CN105173081B - 一种利用无人机进行绝缘子除污的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种利用无人机进行绝缘子除污的系统和方法，包括无人机和地面控制平台，所述无人机上包括：图像获取单元、飞行单元、除污单元，所示地面控制平台包括：图像分析单元、飞行分析单元、除污分析单元、显示单元、输入单元和指令单元。本发明利用获取的图像、飞行和除污数据建立相应的模型，根据相应的模拟除污结果选择合适的参数，生成相应的指令以控制飞行单元和除污单元完成对绝缘子的除污。本发明可以检测和清除在高压线上的绝缘子的污秽，大大降低了因污秽对绝缘子造成的绝缘能力下降而导致高压线漏电的情形，提高了电路巡检的工作效率。

Description

一种利用无人机进行绝缘子除污的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种利用无人机进行绝缘子除污的系统及方法。

背景技术

在输电线路经过的地区，由于工业污秽、空气中的尘埃等污秽物渐渐积累并附着在绝缘子表面，形成污秽层，这些污秽物大多含有酸碱和盐的成分，在干燥时电性不好，遇水受潮后，具有较高的导电系数，当下雨、积雪融化、下雾等不良天气时，污秽绝缘子的绝缘强度大大降低，引起绝缘子在正常运行电压下闪络造成大面积停电，危及电网安全。通常，工作人员均通过人工对绝缘子上的污秽进行清理和检查，但是这样工作效率及低，而且在恶劣的天气下，还容易造成人员伤亡。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种利用无人机进行绝缘子除污的系统及方法，尤其是以下技术方案。

1、一种利用无人机进行绝缘子除污的系统，包括无人机和地面控制平台，

所述无人机包括：

图像获取单元，包括采集绝缘子及其周边环境的图像数据的相机或摄像机，将采集到的图像数据和传输到地面控制平台的图像数据传输模块；

飞行单元，包括飞行执行机构，实时提供无人机三维姿态数据的航姿传感器，实时提供无人机三维位置及时间数据的定位系统，实时提供无人机状态数据的无人机状态传感器，以及与地面控制平台通讯的飞行控制通讯数据链以及飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、定位系统、状态传感器、飞行控制通讯数据链和无人机飞行执行机构连接以便按照地面控制平台的飞行控制指令控制无人机；

除污单元，包括除污剂储罐，除污剂增压系统，除污剂喷头，实时提供除污单元状态数据的除污单元状态传感器，与地面控制平台通讯的除污控制通讯数据链以及除污控制计算机，所示除污控制计算机分别与所示除污剂储罐、除污剂增压系统、除污剂喷头、除污单元状态传感器和除污控制通讯数据链连接以便按照地面控制平台的除污控制指令控制除污单元；

所述地面控制平台包括：

图像分析单元，包括接收来自无人机图像获取单元的图像数据的图像数据接收模块，分析图像数据以确定绝缘子的位置和形状、绝缘子上污点的位置和形状以及绝缘子周边环境中障碍物的位置和形状的图像分析模块，以及根据图像分析模块所得数据建立绝缘子、绝缘子上污点以及绝缘子周边环境中障碍物的三维环境模型的环境建模模块；

飞行分析单元，包括接收无人机三维航姿数据、无人机三维位置和时间数据、无人机状态数据的飞行数据接收模块，根据这些飞行数据建立无人机飞行模型的飞行建模模块；

除污分析单元，包括接收除污单元状态数据的除污单元状态数据接收模块，根据三维环境模型、飞行模型和除污单元状态数据建立除污单元工作模型的除污建模模块；

显示单元，用于显示三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型以及相应的模拟除污结果的显示装置；

输入单元，用于输入调整三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型的一个或多个参数；

指令单元，包括根据输入的参数生成飞行控制指令和除污控制指令的指令生成模块，以及用于发送生成的飞行控制指令和除污控制指令的指令发送模块。

2、根据技术方案1所述的利用无人机进行绝缘子除污的系统，所述图像获取单元还包括：图像预处理模块，用于在向地面控制平台传输图像数据之前对采集到的图像数据进行存储、压缩和去噪处理。

3、根据技术方案1所述的利用无人机进行绝缘子除污的系统，所述飞行控制指令包括无人机的飞行轨迹。

4、根据技术方案1所述的利用无人机进行绝缘子除污的系统，所述除污控制指令包括除污剂压力、除污剂流量、除污剂喷头的开启时间和关闭时间、除污剂喷头在开启到关闭期间的三维轨迹。

5、一种利用无人机进行绝缘子除污的方法，包括以下步骤：

S000，提供根据技术方案1-4中任一项所述的利用无人机进行绝缘子除污的系统；

S100，实时采集高压线上的绝缘子及其周边环境的图像数据，任选地对采集到的图像数据进行存储、压缩和去噪处理，然后将采集到的或处理后的图像数据发送到地面控制平台；

S200，分析图像数据以确定绝缘子的位置和形状、绝缘子上污点的位置和形状以及绝缘子周边环境中障碍物的位置和形状，并且建立绝缘子、绝缘子上污点以及绝缘子周边环境障碍物的三维环境模型；

S300，实时采集无人机三维航姿数据、无人机三维位置和时间数据、无人机状态数据，并根据这些飞行数据建立无人机的飞行模型；

S400，实时采集除污单元状态数据，并根据三维环境模型、飞行模型和除污单元状态数据建立除污单元工作模型；

S500，显示三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型以及相应的模拟除污结果；

S600，根据S500的模拟除污结果，输入调整三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型的一个或多个参数，并显示相应的模拟除污结果；

S700，根据S600中输入的参数和相应的模拟除污结果生成飞行控制指令和除污控制指令，并将生成的飞行控制指令和除污控制指令分别发送给飞行单元和除污单元；

S800，飞行单元控制无人机按照飞行控制指令中的飞行轨迹飞行，除污单元按照除污控制指令将除污剂储罐中的除污剂经除污剂增压系统增压后，在除污控制指令中设定的位置和时间通过除污剂喷头将除污剂喷射至绝缘子上污点。

本发明提供的利用无人机进行绝缘子除污的系统和方法，包括无人机和地面控制平台，所述无人机上包括：图像获取单元、飞行单元、除污单元，所示地面控制平台包括：图像分析单元、飞行分析单元、除污分析单元、显示单元、输入单元和指令单元。本发明利用获取的图像、飞行和除污数据建立相应的模型，根据相应的模拟除污结果选择合适的参数，生成相应的指令以控制飞行单元和除污单元完成对绝缘子的除污。本发明可以检测和清除在高压线上的绝缘子的污秽，大大降低了因污秽对绝缘子造成的绝缘能力下降而导致高压线漏电的情形，提高了电路巡检的工作效率。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明的实施例可以具有各种变化，并且这些变化均不脱离本发明的范围。

根据本发明的一个实施例，提供一种利用无人机进行绝缘子除污的系统，包括无人机和地面控制平台，

所述无人机包括：

图像获取单元，包括采集绝缘子及其周边环境的图像数据的相机或摄像机，将采集到的图像数据和传输到地面控制平台的图像数据传输模块；

飞行单元，包括飞行执行机构，实时提供无人机三维姿态数据的航姿传感器，实时提供无人机三维位置及时间数据的定位系统，实时提供无人机状态数据的无人机状态传感器，以及与地面控制平台通讯的飞行控制通讯数据链以及飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、定位系统、状态传感器、飞行控制通讯数据链和飞行执行机构连接以便按照地面控制平台的飞行控制指令控制无人机；

除污单元，包括除污剂储罐，除污剂增压系统，除污剂喷头，实时提供除污单元状态数据的除污单元状态传感器，与地面控制平台通讯的除污控制通讯数据链以及除污控制计算机，所示除污控制计算机分别与所示除污剂储罐、除污剂增压系统、除污剂喷头、除污单元状态传感器和除污控制通讯数据链连接以便按照地面控制平台的除污控制指令控制除污单元；

所述地面控制平台包括：

图像分析单元，包括接收来自无人机图像获取单元的图像数据的图像数据接收模块，分析图像数据以确定绝缘子的位置和形状、绝缘子上污点的位置和形状以及绝缘子周边环境中障碍物的位置和形状的图像分析模块，以及根据图像分析模块所得数据建立绝缘子、绝缘子上污点以及绝缘子周边环境中障碍物的三维环境模型的环境建模模块；

飞行分析单元，包括接收无人机三维航姿数据、无人机三维位置和时间数据、无人机状态数据的飞行数据接收模块，根据这些飞行数据建立无人机飞行模型的飞行建模模块；

除污分析单元，包括接收除污单元状态数据的除污单元状态数据接收模块，根据三维环境模型、飞行模型和除污单元状态数据建立除污单元工作模型的除污建模模块；

显示单元，用于显示三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型以及相应的模拟除污结果的显示装置；

输入单元，用于输入调整环境建模模块、飞行建模模块和/或除污建模模块的一个或多个参数；

指令单元，包括根据输入的参数生成飞行控制指令和除污控制指令的指令生成模块，以及用于发送生成的飞行控制指令和除污控制指令的指令发送模块。

在上述实施例中，所述图像获取单元还包括：图像预处理模块，用于在向地面控制平台传输图像数据之前对采集到的图像数据进行存储、压缩和去噪处理。

在上述实施例中，所述飞行控制指令可以包括无人机的飞行轨迹；所述除污控制指令包括除污剂压力、除污剂流量、除污剂喷头的开启时间和关闭时间、除污剂喷头在开启到关闭期间的三维轨迹。

利用无人机进行绝缘子除污的方法可以按照以下步骤进行：

S000，首先提供根据上述实施例的利用无人机进行绝缘子除污的系统；

S100，启动系统后，控制无人机飞至待检测绝缘子附近，利用设置与无人机上的图像获取单元中的相机或摄像机实时采集高压线上的绝缘子及其周边环境的图像数据，任选地利用图像预处理模块对采集到的图像数据进行存储、压缩和去噪处理，然后通过图像数据传输模块将采集到的或处理后的图像数据发送到地面控制平台；

S200，利用设置于地面控制平台上的图像分析单元中的图像数据接收模块接收S100中的图像数据，利用图像分析模块分析图像数据以确定绝缘子的位置和形状、绝缘子上污点的位置和形状以及绝缘子周边环境中障碍物的位置和形状，利用环境建模模块建立绝缘子、绝缘子上污点以及绝缘子周边环境障碍物的三维环境模型；

S300，利用设置于无人机上的飞行单元中的航姿传感器、定位系统和无人机状态传感器实时采集无人机三维航姿数据、无人机三维位置和时间数据和无人机状态数据，利用与地面控制平台通讯的飞行控制通讯数据链和设于地面控制平台上的飞行分析单元中的飞行数据接收模块将这些数据传输至飞行分析单元，利用飞行建模模块并根据这些飞行数据建立无人机的飞行模型；在建立飞行模型时可以参考历史上在类似飞行数据条件下的实际记录的数据；

S400，利用设置于无人机上的除污单元中的除污单元状态传感器实时采集除污单元状态数据，利用与地面控制平台通讯的除污控制图像数据链路和设于地面控制平台上的除污分析单元中的除污单元状态数据接收模块将除污单元状态数据传输至除污分析单元，利用除污建模模块根据三维环境模型、飞行模型和除污单元状态数据建立除污单元工作模型；

S500，利用设于地面控制平台上的显示单元显示三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型以及相应的模拟除污结果；

S600，输入调整三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型的一个或多个参数，并显示相应的模拟除污结果；

S700，根据过往经验和所面对的实际情况以及S500和S600的模拟除污结果重复进行S600，直至获得满意的模拟除污结果，然后根据获得满意模拟除污结果的S600中输入的参数生成飞行控制指令和除污控制指令，并将生成的飞行控制指令和除污控制指令分别发送给飞行单元和除污单元；优选地，飞行控制指令在保证无人机安全的前提下，使无人机尽量靠近待处理污点，并使无人机在待处理污点附近停留尽可能长的时间。优选地，除污控制指令采用尽可能高的除污剂压力，在除污剂喷头离待处理污点尽可能近的位置向污点喷洒除污剂，以尽量避免将除污剂喷洒在污点以外的区域，并且尽可能利用除污剂喷射的冲击力清洗去除污点。

S800，飞行单元控制无人机按照飞行控制指令中的飞行轨迹飞行，除污单元按照除污控制指令将除污剂储罐中的除污剂经除污剂增压系统增压后，在除污控制指令中设定的位置和时间通过除污剂喷头将除污剂喷射至绝缘子上污点。

在一些情况下，除污剂喷头由诸如橡胶等的弹性材料制成，使得除污剂喷头内径在喷射的除污剂的压力作用下增加，由此增加了喷射的除污剂的流量。在另一些情况下，由弹性材料制成的除污剂喷头的外部还设有内径可调的箍，以便限制除污剂喷头内径的最大值，这样可以控制除污剂的喷射流量在设定范围，同时保证除污剂的压力不至于过低。

在一些情况下，除污剂增压系统包括用于输送和增压除污剂的活塞泵或离心泵。在另一些情况下，除污剂增压系统包括与除污剂储罐和除污剂喷头可控地流体连通的加压室以及可以向加压室输送高压气体的高压气源；在除污操作中，先将除污剂从除污剂储罐引入加压室，然后将高压气体引入加压室对除污剂加压，加压后的除污剂通过除污剂喷头喷射到污点。再另一些情况下，除污剂增压系统包括加热室，通过在加热室中加热和/或气化诸如干冰、液氮、氟利昂等增压介质获得高压气体，并利用获得的高压气体将除污剂通过除污剂喷头喷射至污点。

在本发明中，使用的绝缘子除污剂可以是由专利号：CN201310122641.X的方法所制备的除污剂。在对绝缘子进行除污清洁之后，可以采用由专利号：CN201510063148.4的方法所制备防污闪氟碳涂料或干冰或其他防污剂来替换除污剂进行上述除污操作的步骤，将防污剂喷射在绝缘子上，从而大大减少绝缘子上污点的数量和面积，进一步减轻了因污秽绝缘子绝缘能力下降而导致的高压线漏电问题。

以上实施例描述了本发明，应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种利用无人机进行绝缘子除污的系统，包括无人机和地面控制平台，

所述无人机包括：

图像获取单元，包括采集绝缘子及其周边环境的图像数据的相机或摄像机，将采集到的图像数据和传输到地面控制平台的图像数据传输模块；

飞行单元，包括飞行执行机构，实时提供无人机三维姿态数据的航姿传感器，实时提供无人机三维位置及时间数据的定位系统，实时提供无人机状态数据的无人机状态传感器，以及与地面控制平台通讯的飞行控制通讯数据链以及飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、定位系统、状态传感器、飞行控制通讯数据链和无人机飞行执行机构连接以便按照地面控制平台的飞行控制指令控制无人机；

除污单元，包括除污剂储罐，除污剂增压系统，除污剂喷头，实时提供除污单元状态数据的除污单元状态传感器，与地面控制平台通讯的除污控制通讯数据链以及除污控制计算机，所述 除污控制计算机分别与所述 除污剂储罐、除污剂增压系统、除污剂喷头、除污单元状态传感器和除污控制通讯数据链连接以便按照地面控制平台的除污控制指令控制除污单元，其中所述 除污剂喷头由弹性材料制成，使得除污剂喷头内径在喷射的除污剂的压力作用下增加，并且由弹性材料制成的除污剂喷头的外部还设有内径可调的箍，以便限制除污剂喷头内径的最大值；

所述地面控制平台包括：

图像分析单元，包括接收来自无人机图像获取单元的图像数据的图像数据接收模块，分析图像数据以确定绝缘子的位置和形状、绝缘子上污点的位置和形状以及绝缘子周边环境中障碍物的位置和形状的图像分析模块，以及根据图像分析模块所得数据建立绝缘子、绝缘子上污点以及绝缘子周边环境中障碍物的三维环境模型的环境建模模块；

飞行分析单元，包括接收无人机三维航姿数据、无人机三维位置和时间数据、无人机状态数据的飞行数据接收模块，根据这些飞行数据建立无人机飞行模型的飞行建模模块；

除污分析单元，包括接收除污单元状态数据的除污单元状态数据接收模块，根据三维环境模型、飞行模型和除污单元状态数据建立除污单元工作模型的除污建模模块；

显示单元，用于显示三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型以及相应的模拟除污结果的显示装置；

输入单元，用于输入调整环境建模模块、飞行建模模块和/或除污建模模块的一个或多个参数；

指令单元，包括根据输入的参数生成飞行控制指令和除污控制指令的指令生成模块，以及用于发送生成的飞行控制指令和除污控制指令的指令发送模块。

2.根据权利要求1所述的利用无人机进行绝缘子除污的系统，所述图像获取单元还包括：图像预处理模块，用于在向地面控制平台传输图像数据之前对采集到的图像数据进行存储、压缩和去噪处理。

3.根据权利要求1所述的利用无人机进行绝缘子除污的系统，所述飞行控制指令包括无人机的飞行轨迹。

4.根据权利要求1所述的利用无人机进行绝缘子除污的系统，所述除污控制指令包括除污剂压力、除污剂流量、除污剂喷头的开启时间和关闭时间、除污剂喷头在开启到关闭期间的三维轨迹。

5.一种利用无人机进行绝缘子除污的方法，包括以下步骤：

S000，提供根据权利要求1-4中任一项所述的利用无人机进行绝缘子除污的系统；

S100，实时采集高压线上的绝缘子及其周边环境的图像数据，任选地对采集到的图像数据进行存储、压缩和去噪处理，然后将采集到的或处理后的图像数据发送到地面控制平台；

S200，分析图像数据以确定绝缘子的位置和形状、绝缘子上污点的位置和形状以及绝缘子周边环境中障碍物的位置和形状，并且建立绝缘子、绝缘子上污点以及绝缘子周边环境障碍物的三维环境模型；

S300，实时采集无人机三维航姿数据、无人机三维位置和时间数据、无人机状态数据，并根据这些飞行数据建立无人机的飞行模型；

S400，实时采集除污单元状态数据，并根据三维环境模型、飞行模型和除污单元状态数据建立除污单元工作模型；

S500，显示三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型以及相应的模拟除污结果；

S600，输入调整三维环境模型、飞行模型和除污单元工作模型的一个或多个参数，并显示相应的模拟除污结果；

S700，根据S600中输入的参数和相应的模拟除污结果生成飞行控制指令和除污控制指令，并将生成的飞行控制指令和除污控制指令分别发送给飞行单元和除污单元；

S800，飞行单元控制无人机按照飞行控制指令中的飞行轨迹飞行，除污单元按照除污控制指令将除污剂储罐中的除污剂经除污剂增压系统增压后，在除污控制指令中设定的位置和时间通过除污剂喷头将除污剂喷射至绝缘子上污点。