CN105790155B - 一种基于差分gps的输电线路无人机自主巡检系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统，包括无人机和地面站控制系统；无人机的飞控系统接收来自地面站控制系统的杆塔自主巡检航点生成系统的航点信息，根据所述航点信息控制飞行系统进行飞行，所述的航点信息包括无人机飞行经纬度、海拔高度、机头朝向和云台的角度朝向。本发明利用地理信息技术对输电线路杆塔精准标识，利用差分GPS定位技术对飞行中的无人机平台进行精准定位，利用输电线路杆塔巡检技术对巡检点进行固化，利用控制技术对云台的角度位移进行精准控制，以实现输电线路的自主巡检无人机系统及巡检方法。

Description

一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统及方法。

背景技术

近两三年内，随着智能电网的建设，输电线路的智能化巡检也迅速发展，无人机用于输电线路巡检已不是什么新鲜事， 但无人机巡检的过程中，也凸显出一些问题，阻碍了输电线路无人机巡检的发展进程，现在无人机巡检面临的两大问题为：一是实际巡检难，不敢飞的问题；二是后期数据处理难，不愿飞的问题。这两大问题不解决，无人机巡检就不可能作为输电线路常规化巡检方式推广开来。本发明主要针对第一个问题，实际巡检难，不敢飞的问题，为什么不敢飞？一是缺乏专业的飞手，技术不过硬，不敢飞；二是缺乏安全可靠的无人机产品，定位精度不够或抗风能力不足，不敢飞；三是缺乏专业的无人机巡检流程，担心突发状况，不敢飞。本发明提供了一种定位精准的自主飞行无人机系统及巡检方法，有效的解决了不敢飞的问题。

目前也有些厂家及科研单位对用于输电线路自主飞行无人机系统进行了开发，主要思路是增加蔽障传感器，视频或超声波等，这种方式在数据处理方面较为复杂，存在非常大的难度，还处在研究阶段。本发明另辟蹊径，利用差分GPS的精准定位结合杆塔巡检点的自动生成而达到无人机系统的自主巡检。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统及方法，解决了自主蔽障和输电线路杆塔的自主巡检问题，本发明利用差分GPS的精准定位，保证飞机的飞行控制精度在0.2m 范围内，并结合建立的杆塔基本信息数据库，对杆塔的巡检点进行自动生成，从而达到对杆塔巡检进行无人机的全自主巡检。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统，包括无人机和地面站控制系统；所述的无人机包括飞行系统、飞控系统和任务载荷系统，所述的任务载荷系统包括设置有云台的拍摄设备，所述的飞控系统包括差分GPS模块，所述的差分GPS模块用于定位；所述的地面站控制系统包括无人机状态显示及控制系统、杆塔自主巡检航点生成系统和实时影像显示系统；所述的杆塔自主巡检航点生成系统根据杆塔的基本信息以及杆塔电压等级自动生成杆塔巡检点坐标，并向飞控系统发送航点信息，所述的航点信息包括无人机飞行经纬度、海拔高度、机头朝向和云台的角度朝向；所述的飞控系统接收来自杆塔自主巡检航点生成系统的航点信息，根据所述航点信息控制飞行系统进行飞行；飞控系统还对无人机的位置与状态实时获取并发送至无人机状态显示及控制系统，所述的无人机状态显示及控制系统进行遥测；同时飞控系统根据航点信息控制任务载荷系统进行拍摄，包括控制云台的角度位移，所述的任务载荷系统将拍摄数据发送至实时影像显示系统，所述的实时影像显示系统对实时影像进行显示。

所述的飞行系统作为无人机的主体，包括无人机机体、飞行器件和动力系统，所述的飞行器件设置于无人机机体之上，所述的动力系统为飞行器件提供飞行动力。

所述的杆塔的基本信息包括杆塔坐标、杆塔塔形、横担长度和绝缘子材质。

所述的飞控系统还包括飞控与导航模块和数传模块；所述的飞控与导航模块分别控制飞行系统的飞行以及控制任务载荷系统的拍摄；所述的数传模块用于接收来自杆塔自主巡检航点生成系统的航点信息，并发送至飞控与导航模块；数传模块还用于向无人机状态显示及控制系统发送遥测数据。

所述的任务载荷系统包括拍摄设备、云台和图传模块；所述的拍摄设备和云台接收来自飞控系统的控制数据；所述的图传模块将拍摄设备拍摄到的影像发送至实时影像显示系统。

所述的飞控系统还包括一个电量检测模块，所述的电量检测模块用于在每次完成拍摄之后判断无人机电池电量是否足够。

一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检的方法，包括以下步骤：

S1：杆塔自主巡检航点生成系统根据杆塔的基本信息结合杆塔巡检作业规范，自动生成杆塔巡检点坐标；

S2：杆塔自主巡检航点生成系统对无人机的航点信息进行设置，所述的航点信息包括无人机飞行经纬度、海拔高度、机头朝向、云台的角度朝向，同时将飞行计划发送至无人机的飞控系统；

S3：飞控系统通过差分GPS进行定位，按照所述飞行计划逐个航点飞行；其中当飞行到达每一个航点时，飞控系统控制无人机的机头朝向以及云台定角度并控制在巡检点的停留，对准杆塔着重关注点进行拍照，在拍照完成后将图片/视频实时回传至实时影像显示系统；完成拍照后按照飞行计划前往下一个航点。

所述的杆塔巡检作业规范基于不同电压等级的不同塔形杆塔。

所述的步骤S3还包括一个电量判断子步骤：在每一次杆塔的巡检点巡检完成后，判断电池电量，决定返航或者是前往下一个巡检点。

本发明的有益效果是：

（1）地面站控制系统可根据杆塔的基本信息以及现有的杆塔巡检作业规范，自动生成杆塔巡检点，即无人机的飞行航点；

（2）无人机飞控系统采用差分GPS 精准定位，解决了自主屏蔽的问题，并且可以将飞控控制精度在0.2m范围内；

（3）在到达每一个巡检点时，可通过地面站设置，利用飞控系统控制角度，实现飞机定姿态，云台定角度的停留，对准杆塔的着重关注点进行拍照云台；控制精度可达为0.01度；

（4）在每一个杆塔的巡检点巡检完毕后，自动判断电池电量，从而决定返航还是前往下一基杆塔，使得系统更加安全可靠，避免因没电而未发现的情况下造成无人机损坏的问题。

（5）将上述4点进行结合，让对飞机零操控基础的操作人员进行杆塔输电线路的全自主巡检。

附图说明

图1为本发明结构方框图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统，包括无人机和地面站控制系统；所述的无人机包括飞行系统、飞控系统和任务载荷系统，所述的任务载荷系统包括设置有云台的拍摄设备，所述的飞控系统包括差分GPS模块，所述的差分GPS模块用于定位；所述的地面站控制系统包括无人机状态显示及控制系统、杆塔自主巡检航点生成系统和实时影像显示系统；所述的杆塔自主巡检航点生成系统根据杆塔的基本信息以及杆塔电压等级自动生成杆塔巡检点坐标，并向飞控系统发送航点信息，所述的航点信息包括无人机飞行经纬度、海拔高度、机头朝向和云台的角度朝向；所述的飞控系统接收来自杆塔自主巡检航点生成系统的航点信息，根据所述航点信息控制飞行系统进行飞行；飞控系统还对无人机的位置与状态实时获取并发送至无人机状态显示及控制系统，所述的无人机状态显示及控制系统进行遥测；同时飞控系统根据航点信息控制任务载荷系统进行拍摄，包括控制云台的角度位移，所述的任务载荷系统将拍摄数据发送至实时影像显示系统，所述的实时影像显示系统对实时影像进行显示。

其中，在所述的杆塔自主巡检航点生成系统根据杆塔的基本信息以及杆塔电压等级自动生成杆塔巡检点坐标，所述的杆塔电压等级以杆塔巡检作业规范为准。并且可以将不同电压等级不同塔形的杆塔进行分类处理。

即在上述情况下，使用者可以选择想要巡检的杆塔的类别，比如高电压等级或者矮杆塔等级等。而选择类别之后，杆塔自主巡检航点生成系统自动生成路线。

所述的飞行系统作为无人机的主体，包括无人机机体、飞行器件和动力系统，所述的飞行器件设置于无人机机体之上，所述的动力系统为飞行器件提供飞行动力。

所述的杆塔的基本信息包括杆塔坐标、杆塔塔形、横担长度和绝缘子材质。

所述的飞控系统还包括飞控与导航模块和数传模块；所述的飞控与导航模块分别控制飞行系统的飞行以及控制任务载荷系统的拍摄；所述的数传模块用于接收来自杆塔自主巡检航点生成系统的航点信息，并发送至飞控与导航模块；数传模块还用于向无人机状态显示及控制系统发送遥测数据。

所述的任务载荷系统包括拍摄设备、云台和图传模块；所述的拍摄设备和云台接收来自飞控系统的控制数据；所述的图传模块将拍摄设备拍摄到的影像发送至实时影像显示系统。

所述的飞控系统还包括一个电量检测模块，所述的电量检测模块用于在每次完成拍摄之后判断无人机电池电量是否足够。

另外，各个杆塔的基本信息可存储于一个专门设置的杆塔基本信息数据库中，方便于后期的调整，包括增加、删除与修改。

如图2所示，一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检的方法，包括以下步骤：

S1：杆塔自主巡检航点生成系统根据杆塔的基本信息结合杆塔巡检作业规范，自动生成杆塔巡检点坐标；

S2：杆塔自主巡检航点生成系统对无人机的航点信息进行设置，所述的航点信息包括无人机飞行经纬度、海拔高度、机头朝向、云台的角度朝向，同时将飞行计划发送至无人机的飞控系统；

S3：飞控系统通过差分GPS进行定位，按照所述飞行计划逐个航点飞行；其中当飞行到达每一个航点时，飞控系统控制无人机的机头朝向以及云台定角度并控制在巡检点的停留，对准杆塔着重关注点进行拍照，在拍照完成后将图片/视频实时回传至实时影像显示系统；完成拍照后按照飞行计划前往下一个航点。

所述的杆塔巡检作业规范基于不同电压等级的不同塔形杆塔。

所述的步骤S3还包括一个电量判断子步骤：在每一次杆塔的巡检点巡检完成后，判断电池电量，决定返航或者是前往下一个巡检点。

本发明利用地理信息技术对输电线路杆塔精准标识，利用差分GPS定位技术对飞行中的无人机平台进行精准定位，利用输电线路杆塔巡检技术对巡检点进行固化，利用控制技术对云台的角度位移进行精准控制，以实现输电线路的自主巡检无人机系统及巡检方法。

Claims (8)

1.一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统，包括无人机和地面站控制系统；其特征在于：所述的无人机包括飞行系统、飞控系统和任务载荷系统，所述的任务载荷系统包括设置有云台的拍摄设备，所述的飞控系统包括差分GPS模块，所述的差分GPS模块用于定位；所述的地面站控制系统包括无人机状态显示及控制系统、杆塔自主巡检航点生成系统和实时影像显示系统；所述的杆塔自主巡检航点生成系统根据杆塔的基本信息以及杆塔电压等级自动生成杆塔巡检点坐标，并向飞控系统发送航点信息，所述的航点信息包括无人机飞行经纬度、海拔高度、机头朝向和云台的角度朝向；所述的飞控系统接收来自杆塔自主巡检航点生成系统的航点信息，根据所述航点信息控制飞行系统进行飞行；飞控系统还对无人机的位置与状态实时获取并发送至无人机状态显示及控制系统，所述的无人机状态显示及控制系统进行遥测；同时飞控系统根据航点信息控制任务载荷系统进行拍摄，包括控制云台的角度位移，所述的任务载荷系统将拍摄数据发送至实时影像显示系统，所述的实时影像显示系统对实时影像进行显示，其中，所述的杆塔的基本信息包括杆塔坐标、杆塔塔形、横担长度和绝缘子材质。

2.根据权利要求1所述的一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统，其特征在于：所述的飞行系统作为无人机的主体，包括无人机机体、飞行器件和动力系统，所述的飞行器件设置于无人机机体之上，所述的动力系统为飞行器件提供飞行动力。

3.根据权利要求1所述的一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统，其特征在于：所述的飞控系统还包括飞控与导航模块、数传模块；所述的飞控与导航模块分别控制飞行系统的飞行以及控制任务载荷系统的拍摄；所述的数传模块用于接收来自杆塔自主巡检航点生成系统的航点信息，并发送至飞控与导航模块；数传模块还用于向无人机状态显示及控制系统发送遥测数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统，其特征在于：所述的任务载荷系统包括拍摄设备、云台和图传模块；所述的拍摄设备和云台接收来自飞控系统的控制数据；所述的图传模块将拍摄设备拍摄到的影像发送至实时影像显示系统。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述的一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检系统，其特征在于：所述的飞控系统还包括一个电量检测模块，所述的电量检测模块用于在每次完成拍摄之后判断无人机电池电量是否足够。

6.一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：杆塔自主巡检航点生成系统根据杆塔的基本信息结合杆塔巡检作业规范，自动生成杆塔巡检点坐标，其中，所述的杆塔的基本信息包括杆塔坐标、杆塔塔形、横担长度和绝缘子材质；

S2：杆塔自主巡检航点生成系统对无人机的航点信息进行设置，所述的航点信息包括无人机飞行经纬度、海拔高度、机头朝向、云台的角度朝向，同时将飞行计划发送至无人机的飞控系统；

S3：飞控系统利用差分GPS进行定位，按照所述飞行计划逐个航点飞行；其中当飞行到达每一个航点时，飞控系统控制无人机的机头朝向以及云台角度并控制在巡检点的停留，对准杆塔着重关注点进行拍照，在拍照完成后将图片或视频实时回传至实时影像显示系统；完成拍照后按照飞行计划前往下一个航点。

7.根据权利要求6所述的一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检的方法，其特征在于：所述的杆塔巡检作业规范基于不同电压等级的不同塔形杆塔。

8.根据权利要求6或7所述的一种基于差分GPS的输电线路无人机自主巡检的方法，其特征在于：所述的步骤S3还包括一个电量判断子步骤：在每一次杆塔的巡检点巡检完成后，判断电池电量，决定返航或者是前往下一个巡检点。