CN107069549A - 旋翼无人机电力巡线系统 - Google Patents

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孙照辉
陈顺生
李高潮
解玉林
庞国俊
毛万里
宋小波
田娜
王瑞亮
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables

Abstract

一种旋翼无人机电力巡线系统，涉及电力铁塔检测设备与设施，该系统包括无人机飞控系统、实时遥测遥感系统、数据处理系统及数据库，所述的无人机飞控系统包括旋翼无人机、位于内部旋翼无人机的飞行控制模块、位于旋翼无人机内部的信息传输模块、位于旋翼无人机内部的数据采集模块及位于旋翼无人机上的陀螺稳定吊舱；所述的实时遥测遥感系统包括安装于旋翼无人机上的高分摄像机及安装于旋翼无人机上的高分航空数码相机；所述的数据处理系统包括变形判测模块及铁塔状态时间轴模块，无人机对起飞降落环境的要求低，可以适用于山区巡线。且与载人直升机巡线相比可提高作业人员的安全性并且降低了成本。

Description

旋翼无人机电力巡线系统
技术领域：
本发明涉及电力铁塔检测设备与设施，具体涉及一种旋翼无人机电力巡线系统。
背景技术：
随着随着电力事业的快速发展，目前我国各类电力铁塔遍地开花，其分布零散、且很多铁塔布设于山区、建筑物顶端，如何对这些铁塔进行快速巡线，从而保障电力输送畅通成为一个难题。目前，铁塔巡线主要靠人工攀爬来进行，随着电力线路的飞速扩大，巡线的工作量也日益加大，传统的巡线方式存在劳动强度大、工作条件艰苦、效率低等弊端，因此，亟需一种更加先进、科学、高效且自动化程度高的巡线方式，来满足和适应现代化电力网络的建设与发展的需求，传统的的方法经常会遇到以下问题，1、人工巡线面临着危险性高、工作量大且速度缓慢等缺点；2、在冰雪灾害、地震、滑坡等自然灾害时，巡线人员无法到达巡线现场，巡线工作无法开展；3、线人员在山区、水域等地区巡线具有高风险性，复杂的地理环境对巡线人员的生命造成了危险；综上所述为了解决上述技术问题，特提出一种新的技术方案。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种旋翼无人机电力巡线系统。
本发明采用的技术方案为：一种旋翼无人机电力巡线系统，该系统包括无人机飞控系统、实时遥测遥感系统、数据处理系统及数据库，所述的无人机飞控系统包括旋翼无人机、位于内部旋翼无人机的飞行控制模块、位于旋翼无人机内部的信息传输模块、位于旋翼无人机内部的数据采集模块及位于旋翼无人机上的陀螺稳定吊舱；所述的实时遥测遥感系统包括安装于旋翼无人机上的高分摄像机及安装于旋翼无人机上的高分航空数码相机；所述的数据处理系统包括变形判测模块及铁塔状态时间轴模块；所述的数据库包括图像采集记录模块、故障信息数据库及信息管理模块。
所述的飞行控制模块包括至少四个控制器，每个控制器包括安全检测模块、选举模块、数据同步模块及数据发布模块，其中安全检测模块用于获取各个飞行控制器的设备配置信息；选举模块用于根据各个控制器的设备配置信息，确定当前控制器是否为主控制器；数据同步模块，用于在当前飞行控制器为主飞行控制器时，对所述主飞行控制器的无人机飞行状态数据和/或无人机任务配置数据进行同步处理；数据发布模块用于将所述数据同步模块处理后的数据发布到各个备用控制器，以供各备用控制器对所述无人机飞行状态数据或无人机任务配置数据进行备份。
所述信息传输模块至少由控制器、无线传输模块、线路接口、电源构成，控制器与无线传输模块双向联接，线路接口将旋翼无人机信号传输至控制器，无线传输模块负责将接收的无人机信号传输至控制器，和/或将信号传输至外部接收终端，电源负责向该信息传输模块各组件供电。
所述的数据采集模块由影像发送器、GPS天线及单片机组成。
所述的图像采集记录模块由成像组、分光棱镜、摄像组件、图像处理单元及照明光源组成。
本发明的有益效果是：本系统采用旋翼无人机进行电力线路巡线，综合运用倾斜摄影技术及近景摄影测量技术，对电力线路及杆塔进行无人机自动巡线。尤其针对杆塔的巡线采用旋翼无人机定点、定范围，围绕通讯铁塔螺旋式上升，同时采集高清视频及影像，同时分别将拍摄视频与GIS地图相结合，生产巡塔视频时间轴供浏览使用，将拍摄照片运用近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理，恢复计算铁塔的三维点云和模型，通过与上次巡线结果的比对自动检测铁塔配件的变形及损坏，并报警，应用此技术可以解决以下问题：1、无人机具有巡线速度快、应急迅速的特点并及时发现缺陷，及时报警，提高了铁塔的巡线效率；2、无人机具备自主飞行的特点，可按照规划航线进行自主飞行并高效快速巡线并及时传回巡线结果；3、无人机对起飞降落环境的要求低，可以适用于山区巡线。且与载人直升机巡线相比可提高作业人员的安全性并且降低了成本。
附图说明：
图1是本发明结构框图。
图2是本发明流程图。
具体实施方式：
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
参照各图，一种旋翼无人机电力巡线系统，该系统包括无人机飞控系统、实时遥测遥感系统、数据处理系统及数据库，所述的无人机飞控系统包括旋翼无人机、位于内部旋翼无人机的飞行控制模块、位于旋翼无人机内部的信息传输模块、位于旋翼无人机内部的数据采集模块及位于旋翼无人机上的陀螺稳定吊舱；所述的实时遥测遥感系统包括安装于旋翼无人机上的高分摄像机及安装于旋翼无人机上的高分航空数码相机；所述的数据处理系统包括变形判测模块及铁塔状态时间轴模块；所述的数据库包括图像采集记录模块、故障信息数据库及信息管理模块。
所述的飞行控制模块包括至少四个控制器，每个控制器包括安全检测模块、选举模块、数据同步模块及数据发布模块，其中安全检测模块用于获取各个飞行控制器的设备配置信息；选举模块用于根据各个控制器的设备配置信息，确定当前控制器是否为主控制器；数据同步模块，用于在当前飞行控制器为主飞行控制器时，对所述主飞行控制器的无人机飞行状态数据和/或无人机任务配置数据进行同步处理；数据发布模块用于将所述数据同步模块处理后的数据发布到各个备用控制器，以供各备用控制器对所述无人机飞行状态数据或无人机任务配置数据进行备份。
所述信息传输模块至少由控制器、无线传输模块、线路接口、电源构成，控制器与无线传输模块双向联接，线路接口将旋翼无人机信号传输至控制器，无线传输模块负责将接收的无人机信号传输至控制器，和/或将信号传输至外部接收终端，电源负责向该信息传输模块各组件供电。
所述的数据采集模块由影像发送器、GPS天线及单片机组成。
所述的图像采集记录模块由成像组、分光棱镜、摄像组件、图像处理单元及照明光源组成。
具体实施方式如下：利用实时遥测遥感系统与数据处理系统相结合可以做到近景立体影像匹配和数据采集管理，近景立体影像匹配为根据机载立体摄影系统的相机间基距，基于灰度投影和核线约束的立体影像匹配算法，实现了机载立体影像中同名像点的快速自动匹配；针对机载系统中的CCD立体摄影系统，利用现在比较成熟的GIS应用的空间数据采集系统，该系统基于AO组件，嵌入机载CCD影像的立体量测，实现了GPS、INS、CCD影像、基础地理数据的一体化组织、管理及数据处理，在GIS环境下直接可视化地采集、编辑加工矢量地理信息，从而实现影像的建立。
铁塔状态时间轴模块的建立：基于GIS的视频时间轴可以将无人机拍摄的铁塔视频，导入GIS平台并自动生成GIS视频时间轴，通过该功能的实现，铁塔维护人员可以轻松的在地图上找到铁塔，并查询该铁塔各个时间段的视频资料。该功能由以下功能模块组成：1、视频导入功能：将拍摄好的视频导入到GIS平台，并与相应的铁塔对应，并支持铁塔视频时间轴的编辑功能；2、铁塔标注功能：在地图上新增一个电力铁塔；3、铁塔搜索查询功能：根据输入的关键字搜索查询铁塔信息；4、铁塔分布专题：根据选定的行政区域，生成指定区域的铁塔分布专题地图，或铁塔年代专题图；5、铁塔视频时间轴查询：搜索定位铁塔并查询该铁塔的视频时间轴；6、视频及专题地图导出：导出铁塔视频及铁塔分布专题。
变形判测模块：变形判测其主要工作内容为根据GIS视频时间轴人工判测待维修点以及通过将最新的三维点云数据与上次匹配的三维铁塔点云数据进行自动比对，并自动检测铁塔配件的变形损坏，并自动报警并生成检测报告。
具体工作原理如下：无人机电力巡线采用无人机定点、定范围，使无人机围绕杆塔呈螺旋状飞行，即根据当前待维护铁塔的位置点作为无人机飞行的中心点，然后根据铁塔的半径大小以及要求的照片和视频精度的要求，确定无人机螺旋爬升的飞行半径；无人机的飞行模式为螺旋式飞行，可以采用螺旋式上升的方式进行，同时飞行密度的选择则根据视频和影像的重叠度来设定；在无人机飞行的过程中采用无人机携带的高清摄像机拍摄铁塔的高清视频，同时采用飞机携带的高清数码相机根据预定的拍摄间隔拍摄高清照片用于近景摄影测量。
本系统采用旋翼无人机进行电力线路巡线，综合运用倾斜摄影技术及近景摄影测量技术，对电力线路及杆塔进行无人机自动巡线。尤其针对杆塔的巡线采用旋翼无人机定点、定范围，围绕通讯铁塔螺旋式上升，同时采集高清视频及影像，同时分别将拍摄视频与GIS地图相结合，生产巡塔视频时间轴供浏览使用，将拍摄照片运用近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理，恢复计算铁塔的三维点云和模型，通过与上次巡线结果的比对自动检测铁塔配件的变形及损坏，并报警，应用此技术可以解决以下问题：无人机具有巡线速度快、应急迅速的特点并及时发现缺陷，及时报警，提高了铁塔的巡线效率；无人机具备自主飞行的特点，可按照规划航线进行自主飞行并高效快速巡线并及时传回巡线结果；无人机对起飞降落环境的要求低，可以适用于山区巡线。且与载人直升机巡线相比可提高作业人员的安全性并且降低了成本。
图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种旋翼无人机电力巡线系统，其特征在于：该系统包括无人机飞控系统、实时遥测遥感系统、数据处理系统及数据库，所述的无人机飞控系统包括旋翼无人机、位于内部旋翼无人机的飞行控制模块、位于旋翼无人机内部的信息传输模块、位于旋翼无人机内部的数据采集模块及位于旋翼无人机上的陀螺稳定吊舱；所述的实时遥测遥感系统包括安装于旋翼无人机上的高分摄像机及安装于旋翼无人机上的高分航空数码相机；所述的数据处理系统包括变形判测模块及铁塔状态时间轴模块；所述的数据库包括图像采集记录模块、故障信息数据库及信息管理模块。
2.根据权利要求1所述的旋翼无人机电力巡线系统，其特征在于：所述的飞行控制模块包括至少四个控制器，每个控制器包括安全检测模块、选举模块、数据同步模块及数据发布模块，其中安全检测模块用于获取各个飞行控制器的设备配置信息；选举模块用于根据各个控制器的设备配置信息，确定当前控制器是否为主控制器；数据同步模块，用于在当前飞行控制器为主飞行控制器时，对所述主飞行控制器的无人机飞行状态数据和/或无人机任务配置数据进行同步处理；数据发布模块用于将所述数据同步模块处理后的数据发布到各个备用控制器，以供各备用控制器对所述无人机飞行状态数据或无人机任务配置数据进行备份。
3.根据权利要求1所述的旋翼无人机电力巡线系统，其特征在于：所述信息传输模块至少由控制器、无线传输模块、线路接口、电源构成，控制器与无线传输模块双向联接，线路接口将旋翼无人机信号传输至控制器，无线传输模块负责将接收的无人机信号传输至控制器，和/或将信号传输至外部接收终端，电源负责向该信息传输模块各组件供电。
4.根据权利要求1所述的旋翼无人机电力巡线系统，其特征在于：所述的数据采集模块由影像发送器、GPS天线及单片机组成。
5.根据权利要求1所述的旋翼无人机电力巡线系统，其特征在于：所述的图像采集记录模块由成像组、分光棱镜、摄像组件、图像处理单元及照明光源组成。
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