CN105357481A - 多维立体巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多维立体巡检系统，包括监控中心、视频巡检系统、无人机巡检系统、机器人巡检系统和人工巡视系统，视频监控系统、无人机巡检系统、机器人巡检系统和人力巡视系统均与监控中心相连接；无人机巡检系统包括地面遥控器和无人机，无人机上设有无线通信模块、无线遥控接收器、摄像头、图像发射器和存储器，地面遥控器通过无线通信模块与无线遥控接收器相连接，无线遥控接收器与摄像头遥控机构、飞行定位模块相连接，摄像头遥控机构安装在摄像头上，摄像头与图像发射器、存储器相连接，图像发射器通过无人机无线通信模块与监控中心相连接。本发明将无人机、机器人、视频监控、人力四种巡检有机结合，更加快捷、准确、科学的巡视输电线路。

Description

多维立体巡检系统

技术领域

本发明涉及输电线路巡检的技术领域，具体涉及一种多维立体巡检系统。

背景技术

输电线路巡检系统现存在如下问题：人员逐渐减少、年龄结构偏大，且人力巡视具有一定的局限性；随着城市建设的快速发展，输电线路长度逐年快速增长，线下隐患点越多，国网公司对四无、“三大盲区”（城乡结合、工业聚集区、市郊）等区域要求巡视到位率。

发明内容

本发明提出一种多维立体巡检系统，解决了现有技术中输电线路巡检单一的问题，将无人机巡检、机器人巡检、视频监控、人力巡视四三者有机结合，优势互补，相辅相成，是一种更加快捷、准确、科学的输电线路巡视方案。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种多维立体巡检系统，包括监控中心、视频巡检系统、无人机巡检系统、机器人巡检系统和人工巡视系统，视频监控系统、无人机巡检系统、机器人巡检系统和人力巡视系统均与监控中心相连接；所述无人机巡检系统包括地面遥控器和无人机，无人机上设有无线通信模块、无线遥控接收器、摄像头、图像发射器和存储器，地面遥控器通过无线通信模块与无线遥控接收器相连接，无线遥控接收器与摄像头遥控机构、飞行定位模块相连接，摄像头遥控机构安装在摄像头上，摄像头与图像发射器、存储器相连接，图像发射器通过无线通信模块与监控中心相连接。

所述无人机内设有锂电池和电量检测模块，杆塔上设有无线充电装置，无线充电装置对锂电池进行无线传能。

所述无线充电装置包括特斯拉发射线圈、特斯拉接收线圈、电源、振荡源、功放、能量转换器和控制电路；所述电源与振荡源相连接，振荡源与功放相连接，功放与特斯拉发射线圈相连接；所述特斯拉接收线圈、控制电路与能量转换器相连接，能量转换器与锂电池相连接。

所述特斯拉发射线圈、电源、振荡源、功放设置在杆塔上，特斯拉接收线圈、能量转换器和控制电路安装在无人机上。

所述视频巡检系统包括高压感应取电装置、视频监控装置和通信装置，视频监控装置、通信装置分别与高压感应取电装置相连接，视频监控装置通过通信装置与监控中心相连接；所述通信装置包括光纤型通信装置和远程无线通信装置，光纤型通信装置设置在光纤接入点，远程无线通信装置设置在无线节点；高压感应取电装置、视频监控装置、光纤型通信装置、远程无线通信装置均设置在杆塔上。

所述视频监控装置主要包括电源控制单元、云台控制单元、图像采集装置、红外测温装置、红外夜视装置、远程控制单元、存储模块和数据传输模块。

所述光纤型通信装置包括OPGW光纤接续盒、数据路由器、wifi通讯模块和太阳能充电管理模块，OPGW光纤接续盒、wifi通讯模块、太阳能充电管理模块分别与数据路由器相连接；所述远程无线通信装置包括天线发射模块、射频收发模块、基带数据处理模块、数据接入接口和电源模块。

所述机器人巡检系统包括爬杆机器人，爬杆机器人上设有图像采集模块、机器人图像存储模块、无线发射模块，图像采集模块与机器人图像存储模块相连接，机器人图像存储模块相连接与无线发射模块，无线发射模块与监控中心相连接。

所述人工巡视系统单兵、手持采集装置、无线发射机和单兵存储装置，单兵携带手持采集装置，手持采集装置与无线发射机、单兵存储装置相连接，无线发射机与监控中心相连接。

本技术方案能产生的有益效果：组建视频巡检、无人机巡检、机器人巡检和人工巡检为结合的新模式，提高巡检管理水平，将隐患点视频监控的理念进行拓展，借助以高清视频图像、感应取电电源、大容量无线通信传输等技术为基础的视频装置，在重要输电线路上搭建以可视距离为单位的输电线路视频监控网，监测信息在监控中心汇集并进行处理，实现巡检高效率、低成本的目的；为增强无人机的巡检数据采集的时效性，通过在无人机设备上安装信息采集和传输装置，传输回监控中心，人员在监控中心可以得到经处理后的现场实时数据，对决策层更好的进行指挥提供帮助；微小型驻塔式输电线路巡检机器人，对无人机巡检和视频巡检进行互补，全方位无死角进行巡视作业。因此，本发明将无人机巡检、机器人巡检、视频监控、人力巡视四者有机结合，优势互补，相辅相成，是一种更加快捷、准确、科学的输电线路巡视方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明无人机巡检系统的原理框图。

图3为本发明无人机巡检系统无线充电装置的原理框图。

图4为本发明视频巡检系统的高压取电装置的原理图。

图5为本发明视频巡检系统的光纤型通信装置的原理图。

图6为本发明视频巡检系统的远程无线通信装置的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种多维立体巡检系统，包括监控中心1、视频巡检系统、无人机巡检系统、机器人巡检系统和人工巡视系统，视频监控系统、无人机巡检系统、机器人巡检系统和人力巡视系统均与监控中心1相连接。

如图2所示，无人机巡检系统包括地面遥控器8和无人机，无人机上设有无线通信模块2、无线遥控接收器10、摄像头5、图像发射器6和存储器7。地面遥控器8通过无线通信模块2与无线遥控接收器10相连接，无线遥控接收器10与摄像头遥控机构4、飞行定位模块9相连接，摄像头遥控机构4安装在摄像头5上，对摄像头5的方向进行调节。通过地面遥控器8可以控制无人机的飞行路线和摄像头5的方向，实现对输电线路精确的拍摄。摄像头5与图像发射器6、存储器7相连接，图像发射器6通过无线通信模块2与监控中心1相连接。通过图像发射器6和无线通信模块2可以实时地将摄像头5采集的图像传送至监控中心1，实现对输电线路的实时巡视。

优选地，无人机内设有锂电池和电量检测模块，杆塔上设有无线充电装置3，无线充电装置对锂电池进行无线传能。

如图3所示，无线充电装置3包括特斯拉发射线圈301、特斯拉接收线圈302、电源303、振荡源304、功放305、能量转换器306和控制电路307。特斯拉发射线圈301、电源303、振荡源304、功放305设置在杆塔上，特斯拉接收线圈302、能量转换器306和控制电路307安装在无人机上。特斯拉发射线圈301、特斯拉接收线圈302实现互感传电。

电源303为高压输电感应取电装置或避雷线感应取电装置，即通过杆塔10上的高压线或避雷线直接取电，减少了其他电源设置，充分利用了杆塔10上的电能。振荡源304与电源303相连接，将直流的电源303能量转化为高频能量，振荡源304与功放305相连接，功放305与特斯拉发射线圈301相连接。功放305对振荡源304产生的高频能量进行放大，然后传送至特斯拉发射线圈301。特斯拉发射线圈301和特斯拉接收线圈302通过互感器进行电能的传递，特斯拉接收线圈302、控制电路307与能量转换器306相连接，能量转换器306与锂电池相连接。能量转换器306通过控制电路307将电能转化为稳定的适合锂电池的电能，从而为锂电池进行充电。无线充电装置3将电源303转化为稳压电能，为无人机的锂电池快速地进行充电，达到利用锂电池或杆塔上的电量快速完成充电，完成一天工作的目的。

电量检测模块持续地检测锂电池的电量，将检测的信息通过无线通信模块2无线传送至无人机，当锂电池8的电量小于总电量的20%时，无人机打开报警系统，实现声光报警；同时，通过无线通信模块2向飞行定位模块9发送信号，无人机向杆塔飞行，将其精确停到杆塔的预留位上；无线通讯模块2可以检测到无人机与杆塔的距离，杆塔上设有重力传感器，重力传感器检测到无人机的重力，当重力传感器检测的重力大于一定值时，打开无线充电装置3实现对锂电池的充电。通过在杆塔上设置无线充电装置可以对无人机进行高效、快速的无线充电，避免频繁起降无人机，提高了工作效率。

视频巡检系统包括高压感应取电装置、视频监控装置和通信装置，视频监控装置、通信装置分别与高压感应取电装置相连接，视频监控装置通过通信装置与监控中心相连接。通信装置包括光纤型通信装置和远程无线通信装置，光纤型通信装置设置在光纤接入点，远程无线通信装置设置在无线节点。高压感应取电装置、视频监控装置、光纤型通信装置、远程无线通信装置均设置在杆塔上。

高压感应取电装置利用高压输电线路感应进行取电，包括等效取能线圈、整流稳压模块、过流保护模块、负载匹配模块，如图4所示。等效取能线圈的输出端与整流稳压模块的一端相连接，整流稳压模块的另一端与过流保护模块的一端相连接，过流保护模块的另一端与负载匹配模块的一端相连接，负载匹配模块的另一端与负载相连接。负载匹配模块为可调变压器，负载匹配控制模块调节可调变压器，改变可调变压器的变化，将负载的等效阻抗和纳米晶磁芯取能线圈内部电阻相匹配。

高压感应取电装置还包括功率检测模块和负载匹配控制模块，功率检测模块的一端与负载相连接，功率检测模块的另一端与负载匹配控制模块的一端相连接，负载匹配控制模块的另一端与负载匹配模块相连接。功率检测模块检测负载所得到的功率，并将该功率转化为检测信号输入负载匹配控制模块，负载匹配控制模块根据检测功率调节可调变压器的变比。根据CT互感器原理，等效取能线圈输出直流电流，经过整流稳压模块转换成稳压输出，由最大输出功率原理，负载匹配模块将输出功率最大化，提供给负载供电。

高压感应取电装置将输电导线周围的辐射电磁场转化为电能，为安装在附近的高压线路电气设备提供稳定的电源，实现了高压输电导线上设备的电能在线补给，能保证外接负载的长期稳定供电，大大提高了取电的效率，且在功率调节电路的控制下，能适应电力线路短路电流的冲击，为用电设备提供高可靠性的、大功率的、稳定的电源供应。高压感应取电装置采用国内领先的高压在线感应取能技术，在高压输电线路上利用通过线路的电流产生的电磁场取得低压工作电能，大大提高了取电的效率，且在功率调节电路的控制下，能适应电力线路短路电流的冲击，能为用电设备提供高可靠性的、大功率的、稳定的电源供应。取能电源与高压输电线路工作在等电位状态，与高压线路绝缘，与高压线路上的电压等级无关；无需敷设任何电缆设备，监控前端设备直接挂接在线路绝缘子的下端，安装后即可使用，免维护。此技术特点决定了其使用范围的广泛性、便捷性和先进性。

视频监控装置主要包括电源控制单元、云台控制单元、图像采集装置、红外测温装置、红外夜视装置、远程控制单元、存储器和数据传输模块。电源控制单元可以设置摄像机的开启，实现定时拍照、录像，也可实现间隔一定的时间进行图像采集。云台控制单元可以扩大图像采集装置的监控范围，使其能监测周围环境及线路金具。图像采集装置包括摄像机，可以采集高清的视频，其图像清晰，视频流畅。红外夜视装置可以采集输电线路夜晚的视频。红外测温装置可以对监测周围环境和线路金具进行温度测量，减少了工作人员登杆塔测温的劳动量。图像采集装置、红外测温装置、红外夜视装置采集的数据可以存储在存储器中，也可以通过数据传输模块传输至通信装置，然后传送至视频监测服务器。图像采集装置、红外测温装置、红外夜视装置的外壳设有加热装置，可以实现防覆冰的功能。远程控制单元可以远程调节摄像机的焦距、光圈、方位、云台控制单元的设置和调整、加热装置的开启。

视频监控装置通过高压感应取电装置获得能源进行工作，对输电线路、塔基以及周围情况实施监视，例如线路覆冰、舞动情况、绝缘子污闪情况、输电杆塔的塔材塔基情况等。视频监控装置能够对恶劣环境中运行的高压输电线路的运行状况进行长期、实时监测，输电线路监控系统可以进行多监控点自动巡检、定时录像，可将线路异常状况下的图片抓拍或录制视频，并通过无线或有线光纤网络传送至后台监控中心提醒值班人员予以人工干预，将事故的发生率或事故危害降至最低，保障了电力输电线路的安全运行，提高输电系统的稳定性。

如图5所示，光纤型通信装置包括OPGW光纤接续盒、数据路由器、wifi通讯模块和太阳能充电管理模块，OPGW光纤接续盒、wifi通讯模块、太阳能充电管理模块分别与数据路由器相连接。太阳能充电管理模块与高压感应取电装置相连接，为数据路由器提供电源，OPGW光纤接续盒、wifi通讯模块分别与数据路由器实现数据传输。

如图6所示，远程无线通信装置包括天线发射模块、射频收发模块、基带数据处理模块、数据接入接口和电源模块。电源模块与高压感应取电装置相连接，为射频收发模块、基带数据处理模块提供电源。天线发射模块与射频收发模块相连接，射频收发模块与基带数据处理模块相连接，基带数据处理模块与数据接入接口相连接，从而实现远程无线通信装置中的数据传输。

通信装置系统采用了光纤型通信装置的单纤光纤环网和远程无线通信装置的远程无线通信技术的多网络融合架构。光纤型通信装置、远程无线通信装置分别通过光纤、无线网桥与变电站相连接，通过变电站与监控中心1相连接。同时，对于3G网络覆盖的杆塔之间也可以通过Internet与监控中心1相连接。远程无线通信装置采用IP传输机制，接口协议采用桥接原理实现，具有组网灵活，成本低的特征，广泛应用于各种基于纯IP构架的数据网络解决方案中。对于光纤中继节点带WIFI覆盖和带移动网络的杆塔，数据还可以实现WIFI、3G的传输。本发明充分利用架空地线复合光缆（OPGW）上光纤型通信装置的光纤宽带通信特性，结合远程无线通信装置的无线自组网通信技术，将多台高清摄像机的视频信号无延迟的、流畅的传输给监控中心1。

多维立体巡检系统在输电线路通道内每3公里左右安装一套视频监控装置，形成高清视频巡视网，同时建立了沿输电线路的、覆盖线路通道宽度200米左右区域的无线通信走廊，输电线路监控中心的工作人员可以利用该无线通信网实时操控在线路走廊中工作的无人机、联系线路巡视工作人员。实现野外工作同监控指挥中心的实时网络链接和资料共享。

机器人巡检系统包括爬杆机器人，爬杆机器人上设有图像采集模块、机器人图像存储模块、无线发射模块，图像采集模块与机器人图像存储模块相连接，机器人图像存储模块相连接与无线发射模块，无线发射模块与监控中心相连接，无线发射模块可以实时地将采集的输电线路图像除送至监控中心。利用爬杆机器人可以采集无人机巡检系统和视频巡检系统不同监测的杆塔上的输电线路的图像。

人工巡视系统单兵、手持采集装置、无线发射机和单兵存储装置，单兵携带手持采集装置，手持采集装置与无线发射机、单兵存储装置相连接，无线发射机与监控中心相连接。人工巡视系统可以补充视频巡检系统、无人机巡检系统和机器人巡检系统，对特殊的输电线路进行采集。

多维立体巡检系统对输电线路的空中无人机巡视，中层视角的视频监控，地面的人工巡视的有机结合。无人机视频等巡视信息实时回传线路监控中心。工作人员足不出户实现通过视频装置的逐基杆塔和线路的顺序巡视。通过监控中心实现对杆塔和线路缺陷的视频分析和缺陷智能查找。工作人员在线路监控中心远方遥控无人机的远程线路巡视，导线温度采集。工作人员在线路监控中心远方遥控无人机的线路缺陷处理。工作人员在线路监控中心远方遥控无人机进行绝缘子憎水性检测等各种现场试验。无人机远程自动线路巡视过程中的无线充电续航。与线路监控中心保持实时联络的人工巡视，通过线路监控中心后台数据库软件，实现线路资料的实时查找，线路缺陷的实时上报。因此，本发明将无人机巡检、机器人巡检、视频监控、人力巡视四者有机结合，优势互补，相辅相成，是一种更加快捷、准确、科学的输电线路巡视方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多维立体巡检系统，其特征在于，包括监控中心（1）、视频巡检系统、无人机巡检系统、机器人巡检系统和人工巡视系统，视频监控系统、无人机巡检系统、机器人巡检系统和人力巡视系统均与监控中心相连接；所述无人机巡检系统包括地面遥控器（8）和无人机，无人机上设有无线通信模块（2）、无线遥控接收器（10）、摄像头（5）、图像发射器（6）和存储器（7），地面遥控器通过无线通信模块（2）与无线遥控接收器（3）相连接，无线遥控接收器（3）与摄像头遥控机构（4）、飞行定位模块（9）相连接，摄像头遥控机构（4）安装在摄像头（5）上，摄像头（5）与图像发射器（6）、存储器（7）相连接，图像发射器（6）通过无线通信模块（2）与监控中心（1）相连接。

2.根据权利要求1所述的多维立体巡检系统，其特征在于，所述无人机内设有锂电池和电量检测模块，杆塔上设有无线充电装置（3），无线充电装置对锂电池进行无线传能。

3.根据权利要求2所述的多维立体巡检系统，其特征在于，所述无线充电装置（3）包括特斯拉发射线圈（301）、特斯拉接收线圈（302）、电源（303）、振荡源（304）、功放（305）、能量转换器（306）和控制电路（307）；所述电源（303）与振荡源（304）相连接，振荡源（304）与功放（305）相连接，功放（305）与特斯拉发射线圈（301）相连接；所述特斯拉接收线圈（302）、控制电路（307）与能量转换器（306）相连接，能量转换器（306）与锂电池（8）相连接。

4.根据权利要求3所述的多维立体巡检系统，其特征在于，所述特斯拉发射线圈（301）、电源（303）、振荡源（304）、功放（305）设置在杆塔上，特斯拉接收线圈（302）、能量转换器（306）和控制电路（307）安装在无人机上。

5.根据权利要求1所述的多维立体巡检系统，其特征在于，所述视频巡检系统包括高压感应取电装置、视频监控装置和通信装置，视频监控装置、通信装置分别与高压感应取电装置相连接，视频监控装置通过通信装置与监控中心相连接；所述通信装置包括光纤型通信装置和远程无线通信装置，光纤型通信装置设置在光纤接入点，远程无线通信装置设置在无线节点；高压感应取电装置、视频监控装置、光纤型通信装置、远程无线通信装置均设置在杆塔上。

6.根据权利要求5所述的多维立体巡检系统，其特征在于，所述视频监控装置主要包括电源控制单元、云台控制单元、图像采集装置、红外测温装置、红外夜视装置、远程控制单元、存储模块和数据传输模块。

7.根据权利要求5所述的多维立体巡检系统，其特征在于，所述光纤型通信装置包括OPGW光纤接续盒、数据路由器、wifi通讯模块和太阳能充电管理模块，OPGW光纤接续盒、wifi通讯模块、太阳能充电管理模块分别与数据路由器相连接；所述远程无线通信装置包括天线发射模块、射频收发模块、基带数据处理模块、数据接入接口和电源模块。

8.根据权利要求1所述的多维立体巡检系统，其特征在于，所述机器人巡检系统包括爬杆机器人，爬杆机器人上设有图像采集模块、机器人图像存储模块、无线发射模块，图像采集模块与机器人图像存储模块相连接，机器人图像存储模块相连接与无线发射模块，无线发射模块与监控中心（1）相连接。

9.根据权利要求1所述的多维立体巡检系统，其特征在于，所述人工巡视系统单兵、手持采集装置、无线发射机和单兵存储装置，单兵携带手持采集装置，手持采集装置与无线发射机、单兵存储装置相连接，无线发射机与监控中心（1）相连接。