CN105514872A - 一种高效率无人机群电力巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效率无人机群电力巡检系统，特别应用于复杂地面环境下电力线路的巡检。系统包括：轻型载人直升机及多旋翼无人机机群。载人直升机设置有巡检数据处理平台，多旋翼无人机控制平台，多旋翼无人机群状态监控平台。多旋翼无人机设置有高清监控摄像机，红外热成像仪。作为空中移动控制指挥平台的轻型载人直升机与多旋翼无人机群以一对多的方式通信。空中移动控制指挥平台发布命令，多旋翼无人机群分别根据接收到的指令执行巡检任务，并实时分别将采集到的数据发送至空中移动控制指挥平台。位于空中移动控制指挥平台上的巡检数据处理平台对传回来的数据进行分析处理，按照不同的区域分类，并标记数据采集的地理位置。

Description

一种高效率无人机群电力巡检系统

技术领域

本发明属于电力系统的运行检修领域，涉及无人机输电线路巡检领域，尤其是一种高效率无人机输电线路巡检系统及巡检方法。

背景技术

我国地域辽阔，地形复杂多变，架空电力线路更是覆盖范围广泛、穿越区域地形复杂而且自然环境恶劣。传统的人工线路巡检方法不但劳动强度大、耗时多，而且效率低下不能全面检查故障。如果遇到跨越高速公路，铁路，河道及其他带电线路等复杂路况，人工巡检方式因不能全面检查线路状况而存在检查死角，留下安全隐患。近年来，无人机巡检在电力系统方面得到极大的应用，最常见的有载人直升机巡检、固定翼无人机巡检和多旋翼无人机电力巡检等。固定翼无人机具有速度快、滞空时间长、飞行半径大等优势，但是固定翼无人机无法在空中悬停因此无法发现一些细小的故障；载人直升机具有固定翼无人机相似的问题，虽然无人直升机可以做到空中悬停，但是波动大、体积大，检查存在死角。多旋翼无人机具有操作简单、易于维修、悬停稳定等优势，但是续航能力不足成为限制多旋翼无人机应用的最大阻碍。用于电力巡检的无人机除受上面所述的问题限制外，还受到通信距离短、抗干扰能力弱、安全性难以保证等难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高效率无人机群电力巡检系统。用于弥补在现有技术条件基础上无人机电力线路巡检的缺陷。

为解决目前无人机巡检存在的上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高效率无人机群电力巡检系统，包括轻型载人直升机及多旋翼无人机群；所述轻型载人直升机1搭载有巡检数据处理平台2，多旋翼无人机群状态监控平台3多旋翼无人机控制平台4，以及通信系统；所述多旋翼无人机搭载有红外热成像仪13、高清摄像机14、数据传输电台15、图像传输电台16；作为空中移动控制指挥平台的轻型载人直升机与多旋翼无人机群以一对多的方式通信；空中移动控制指挥平台发布控制指令，多旋翼无人机群根据该控制指令对所述检修对象进行多方位协同巡检以获取所述检修对象的实时图像数据，同时分别将该实时图像数据通过所述图像传输电台发送至所述空中移动控制指挥平台。

每一个构成多旋翼无人机群的无人机都可以在空中悬停的载人直升机上面的多旋翼无人机操作员区域5采用多旋翼无人机收发装置6完成放飞和收回的任务。

这样，空中移动控制指挥平台和多旋翼无人机群保持一定的距离一起飞行，用于监控多旋翼无人机群的状态信息，对多旋翼无人机反馈回来的巡检数据进行处理，负责对多旋翼无人机群的控制。在某个子多旋翼无人机发生故障或者电力不足时负责收回该多旋翼无人机，待故障清除后继续当前的工作。

位于载人直升机上面的控制人员可以通过两种方式来控制无人机群：第一种控制方式为：控制人员通过观察图像传回来的摄像机实时图像来控制无人机；第二种控制方式为：当载人直升机与多旋翼无人机群间的距离比较短时，位于载人直升机上面的控制人员可以直接通过人眼观察来控制多旋翼无人机经行巡检任务。

多旋翼无人机群接收空中移动控制指挥平台的控制指令，负责对输电线路和杆塔的检查，用于对巡检状态信息和巡检数据进行本地监控，对巡检图像数据进行预处理。最后将检测到的图像发送到空中移动控制指挥平台。

空中移动控制指挥平台包括：轻型载人直升机，巡检数据处理平台，多旋翼无人机控制平台，多旋翼无人机群状态监控平台以及通讯系统。

多旋翼无人机群由多个相同的带旋翼保护罩的四旋翼无人机组成，具体数量视工作需要以及空中移动控制指挥平台搭载的控制人员的数量而定。

轻型载人直升机为性能稳定的贝尔系列轻型直升机，该轻型载人直升机沿输电线路随多旋翼无人机群同时运动，负责搭载各种控制平台和多旋翼无人机控制人员。

巡检数据处理平台对多旋翼无人机群中每个多旋翼无人机反馈回来的摄像机图像以及红外热成像仪的图像经相应的图像处理算法过滤后发现其中存在的故障并标记。

多旋翼无人机控制平台由无人机控制人员通过飞机图传电台传回来的实时图像对多旋翼无人机群中的每一个多旋翼无人机经行运动控制。

多旋翼无人机群状态监控平台监控显示正在工作的多旋翼无人机的实时状态，包括电量以及各个模块的运行状态。当正在工作的某个多旋翼无人机发生故障或者电量不足时发出警报。

通信系统负责将每个多旋翼无人机传回来的数据分类显示，并且向每个多旋翼无人机发送控制指令。

带旋翼保护罩的多旋翼无人机整机由体积相对较小的四轴飞行器担任，上面能够同时挂载高清摄像机和红外热成像仪，而且高清摄像机是挂载在四轴飞行器下面的云台上的。

高清照相机主要用于拍摄可视图像。可视图像由图传电台发送到空中移动控制指挥平台。红外热成像仪则探测出巡检线路上的实时的温度数据。红外热成像仪的图像由图传电台发送到空中移动控制指挥平台。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：依据本发明，在多旋翼无人机出现电量不足时，空中移动控制指挥平台即可收回该多旋翼无人机，待更换电量充足的电池后可继续经行巡检工作。这种方式在现有电池技术的瓶颈下，大大地提高了多旋翼无人机的续航能力。

采用本发明系统，包括多旋翼无人机控制人员在内的所有各个系统均在空中运动。这种巡检方式突破了传统的以地面为基站的巡检方式，也使得执行巡检任务不再受地形的限制。因此该发明可以执行各种复杂的电力线路的巡检任务。空中移动控制指挥平台随执行巡检任务的多旋翼无人机群一起运动，并且空中移动控制指挥平台与多旋翼无人机群间的距离很短。在这个距离的范围内，位于空中移动控制指挥平台上的多旋翼控制人员也可以不通过图传电台传回来的图像经行多旋翼无人机的控制，而是通过人眼观察直接控制多旋翼无人机的巡检运动。这样可以克服摄像机图像范围窄的限制，极大的提高多旋翼无人机操控的安全性。

采用本发明对电力线路的巡检，多旋翼无人机尺寸小、运动灵活，而且是多个多旋翼无人机一起协同检查，这样使得巡检效率提高的同时，又使得检查更见全面，发现故障的可能性更大。载人直升机和多旋翼无人机同时执行电力线路巡检的工作方式提高了整个系统的适应性，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明所述的高效率无人机群电力巡检系统的框图；

图2为多旋翼无人机结构框图

图3为本发明所述的高效率无人机群电力巡检系统同时检查多个杆塔的作业图；

图4为本发明所述的高效率无人机群电力巡检系统电力巡线的作业图；

图5为本发明所述的高效率无人机群电力巡检系统检查单个杆塔的作业图。

其中，1.轻型载人直升机，2.巡检数据处理平台，3.多旋翼无人机群状态监控平台，4.多旋翼无人机群控制平台，5.多旋翼无人机操作员区域，6.多旋翼无人机收发装置，7.通信系统，8-10：子多旋翼无人机，11.通信装置，12.四轴飞行器，13.红外热成像仪，14.高清摄像机,15.数据传输电台，16.图像传输电台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。

如图1所示，本发明提供的高效率无人机群电力巡检系统主要包括：轻型载人直升机主体1，多个带旋翼保护罩的多旋翼无人机整机8，巡检数据处理平台2，多旋翼无人机群控制平台4，多旋翼无人机群状态监控平台。

如图2所示，多旋翼无人机上设置有高清监控摄像机14，红外热成像仪13，飞机数据传输电台15，飞机图像传输电台16。

如图3所示，为该高效率无人机群电力巡检系统用于同时巡检多个杆塔或目标的巡检方式。对巡检目标分布密集的区域可以采取该种巡检方式。在图3中画出了同时经行4个目标杆塔的巡检，在实际中可以根据具体情况适当的增加和减少多旋翼无人机的数量。

如图4所示，为该高效率无人机群电力巡检系统在电力线路巡检中的具体应用。在整个电力线路沿线同时采取三个多旋翼无人机分别从电力线缆的上部、左部及右部对同一段电力线路同时经行巡检任务。可以做到无死角的巡检。

如图5所示，为该高效率无人机群电力巡检系统对一个杆塔巡检的具体应用。在一个伫立的杆塔四周同时采用3个多旋翼无人机采取有下到上的巡检方式。避免同一个多旋翼无人机在危险区域停留过多时间，减少发生故障的可能性。

在该高效率无人机群电力巡检系统中所有的多旋翼无人机携带的高清摄像机均搭载在多旋翼无人机上面的云台上。

在本发明中，轻型载人直升机1与多旋翼无人机群通信连接。其中，多旋翼无人机群根据数据控制指令对检修对象进行巡检拍摄以获取实时图像数据，并将实时图像数据通过图像传输电台16发送至空中移动控制指挥平台控制终端，进而实现对检修对象的巡检作业。

在本发明的实施例中，轻型载人直升机悬空在空中，距离多旋翼无人机群一定的距离；传统的巡检系统中因任务直升机主要飞行在多山环境中，多山的环境以及复杂的磁场会对地面站和任务直升机之间的通讯信号造成干扰，进而制约了传统巡检系统的作业范围和优势。本实施例中，通过将载人直升机飞行在空中，并随多旋翼无人机群一起运动，即空中移动控制指挥平台与任务无人机直接通讯连接，因此避免了多山环境对通讯信号的阻碍削弱。

在本发明的实施例中，轻型载人直升机与多旋翼无人机群的最远距离可达15公里。在实际巡检任务中，一般轻型载人直升机与待巡检目标间的距离在50米至100米范围间巡检效果最理想。

下面示例一个所述电力巡线系统进行电力线路巡线的具体操作方式：

(1)、轻型载人无人直升机1携带组成多旋翼无人机群的四轴飞行器和无人机控制人员飞到距待测巡检目标100米范围内；

(2)、无人机控制人员分别在悬停的载人直升机上面放飞用于执行巡检任务的多旋翼无人机，至少放飞三架多旋翼无人机；

(3)、每个无人机控制人员操作一个用于执行巡检任务的无人机，在轻型载人直升机上起飞后飞临待检测线路既定区域。在待巡检的电力线缆的上部，左部，右部分别有一架多旋翼无人机。使得机头朝向和线路方向一致，控制无人机悬停；尽量控制三个多旋翼无人机在同一个垂直的平面上；

(4)、监控摄像机采集监控场景画面，并通过图像传输电台将监控摄像机采集的画面传输给空中移动控制指挥平台的图像分析处理器；

(5)、空中移动控制指挥平台的图像分析处理器对接收到的机载监控摄像机采集的画面进行操作；

(6)、位于直升机上面的多旋翼无人机控制人员力争使被控制的多旋翼无人机能够速度一致的向前飞行，并不断的传输采集到的图像数据；

(7)、待巡检任务结束，位于直升机上面的多旋翼无人机控制人员将执行完任务的多旋翼无人机依次收回到直升机上面；

(8)、任务结束、直升机携带无人机及控制人员返航。

以上所述为电力巡线系统进行电力线路巡线的具体操作方式，如果对于多个杆塔或者一个杆塔的具体巡检操作可以参考对电力线路巡检的操作方式。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效率无人机群电力巡检系统，其特征在于,包括轻型载人直升机及多旋翼无人机群；所述轻型载人直升机(1)搭载有巡检数据处理平台(2)，多旋翼无人机群状态监控平台(3)多旋翼无人机控制平台(4)以及通信系统；所述多旋翼无人机搭载有红外热成像仪(13)、高清摄像机(14)、数据传输电台(15)、图像传输电台(16)；作为空中移动控制指挥平台的轻型载人直升机与多旋翼无人机群以一对多的方式通信；空中移动控制指挥平台发布控制指令，多旋翼无人机群根据该控制指令对所述检修对象进行多方位协同巡检以获取所述检修对象的实时图像数据，同时分别将该实时图像数据通过所述图像传输电台发送至所述空中移动控制指挥平台。

2.根据权利要求1所述的高效率无人机群电力巡检系统，其特征在于，多旋翼无人机群由多个相同的带旋翼保护罩的四旋翼无人机组成。

3.根据权利要求2所述的高效率无人机群电力巡检系统，其特征在于：每一个构成多旋翼无人机群的无人机都可以在空中悬停的载人直升机上面的多旋翼无人机操作员区域(5)采用多旋翼无人机收发装置(6)完成放飞和收回的任务。

4.根据权利要求1所述的高效率无人机群电力巡检系统，其特征在于，位于载人直升机上面的控制人员可以通过两种方式来控制无人机群：第一种控制方式为：控制人员通过观察图像传回来的摄像机实时图像来控制无人机；第二种控制方式为：当载人直升机与多旋翼无人机群间的距离比较短时，位于载人直升机上面的控制人员可以直接通过人眼观察来控制多旋翼无人机经行巡检任务。

5.根据权利要求1所述的高效率无人机群电力巡检系统，其特征在于，于载人直升机上面的控制人员在距离较远时观察执行任务的无人机群时可以采用防抖望远镜。

6.根据权利要求1所述的高效率无人机群电力巡检系统，其特征在于，多旋翼无人机通信系统包括数据传输电台和图像传输电台。