CN107885229A - 一种可实现电力线自动巡检的无人机及其电力线巡检方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现电力线自动巡检的无人机及其电力线巡检方法，所述无人机包括：视频采集单元，用于采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频；视频分析单元，用于对所述视频采集单元采集的视频进行分析，将视频分析结果发送至中央处理单元；电力线感应单元，用于通过电磁感应获得电力线的电压值，并传送至中央处理单元；定位单元，用于获得无人机的实时位置；中央处理单元，用于与其他模块进行交互，其根据所述视频分析单元、电力线感应单元以及定位单元的信息产生控制所述无人机飞行的控制指令；飞行控制单元，用于根据所述中央处理单元的控制指令，控制所述无人机按照控制指令进行飞行；电池单元，用于为其他单元提供电量。
Description
技术领域
本发明涉及电力线巡检技术领域，特别是涉及一种可实现电力线自动巡检的无人机及其电力线巡检方法。
背景技术
输配电电路是电力系统的重要组成部分，由于架空输电线路的覆盖区域广、穿越区域地形复杂、自然环境恶劣，线路基础、杆塔、导地线、金具等长期暴露在自然环境中，不仅要承受正常机械载荷和电力负荷，还要经受雷击、雨水、滑坡、沉陷、地震和鸟害等外界因素的危害。这些因素会加快线路的老化、疲劳，导致线路故障跳闸威胁电网的安全和稳定运行。电力线巡检是有效保证电力系统安全运行的一项基础工作。通过电力线巡检可以掌握线路运行状况和周围环境的变化，及时发现设备缺陷和危及线路安全的隐患，提出具体检修意见，以便及时消除缺陷和隐患，避免事故发生。
传统技术中运用最广泛的巡线方法是人工周期巡线，这种方法劳动强度大、耗时多、效率低下，风险大，并且有些线路受制于地形因素造成线路巡视异常困难。
随着近几年来无人机技术以及导航技术和无线通信技术的快速发展和不断成熟，国内外许多电力企业开始尝试采用无人机辅助进行电力系统建设，由于无人机在进行线路巡检以及地形勘测时不受地形的影响，因此其实现难度相对较低，成本也易于进行控制，在目前的无人机应用过程中，通常会在无人机上搭载相关的光学检测仪器，从而可以实现对电网工作状态的检测，以便及时发现潜在的安全隐患。
但实，现有的无人机巡检方案中，人的操控还是必不可少，尤其是无人机只是将视频传回，靠人观察图像，查看线路，这样，无人机必须在操作的人附近，或者开车跟着无人机，无法实现真正意义上的自动巡检，彻底减少人力成本。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种可实现电力线自动巡检的无人机及其电力线巡检方法，以实现一种高度自动化的无人机巡检系统，其可自主飞行、自行巡线、自行判断故障并将故障点图片实施传回，真正做到巡检人员足不出户实现电力线巡检，降低电力线巡检的人力成本。
为达上述及其它目的，本发明提出一种可实现电力线自动巡检的无人机，包括：
视频采集单元，用于采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频；
视频分析单元，用于对所述视频采集单元采集的视频进行分析，将视频分析结果发送至中央处理单元；
电力线感应单元，用于通过电磁感应获得电力线的电压值，并传送至中央处理单元；
定位单元，用于获得无人机的实时位置；
中央处理单元，用于与其他模块进行交互，其根据所述视频分析单元、电力线感应单元以及定位单元的信息产生控制所述无人机飞行的控制指令；
飞行控制单元，用于根据所述中央处理单元的控制指令，控制所述无人机按照控制指令进行飞行；
电池单元，用于为其他单元提供电量。
进一步地，若所述视频分析结果为出现异常情况时，所述中央处理单元发出控制指令控制所述无人机在该异常情况发生点悬停，并利用视频采集单元拍摄各种角度图像。
进一步地，所述中央处理单元监测到所述电池单元的电量不足时，产生返航的控制指令至所述飞行控制单元以使无人机实现返航。
进一步地，所述无人机还包括通讯单元，用于无人机与巡检人员的设备之间的通讯，以便所述无人机通过所述通讯单元将巡检结果传送至所述巡检人员的设备上。
进一步地，所述通讯单元包括无线传输模块和公网通信模块，所述无线传输模块用于使无人机和巡检人员的设备在一定范围内通信，所述公网通信模块在所述无人机超出所述无线传输模块的范围时，通过所述公网通信模块与巡检人员的设备进行通信。
进一步地，所述视频采集单元包括两个前向摄像头与两个向下/向上的摄像头，所述两个前向摄像头用于采集飞行方向的视频，以保障所述无人机飞行过程中不撞上障碍物，所述两个向下/向上的摄像头用于采集下方/上方的电力线的视频。
进一步地，所述视频分析单元对所述两个向下/向上的摄像头采集的电力线视频进行分析处理，将其与预设的特征视频进行对比，以识别异常情况。
进一步地，所述电力线感应单元通过电力线感应电流的大小计算电力线的电压值，以便所述中央处理单元分析处理获得电力线短路点。
进一步地，所述中央处理单元还可根据感应电流大小，控制所述无人机保持与电力线的距离。
为达到上述目的，本发明还提供一种可实现电力线自动巡检的无人机的电力线巡检方法，包括如下步骤：
步骤一，于巡检过程中，利用视频采集单元实时采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频；
步骤二，利用视频分析单元对采集的视频进行分析，将视频分析结果发送至中央处理单元；
步骤三，利用中央处理单元实时获取电力线感应单元获得的电力线的电压值以及定位单元获得的实时位置，并根据视频分析结果以及电力线感应单元和定位单元获得的信息产生控制飞行控制单元的控制指令，以使无人机可自动沿着电力线上方/下方一定高度实现巡航，实现电力线的自动巡检。
与现有技术相比，本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机及其电力线巡检方法通过于巡检过程中，利用视频采集单元实时采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频，利用视频分析单元对采集的视频进行分析，利用中央处理单元根据视频分析结果以及电力线感应单元和定位单元获得的信息产生控制飞行控制单元的控制指令，以使无人机可自动沿着电力线上方/下方一定高度实现巡航，实现高度自动化的电力线的自动巡检，本发明之无人机可自主飞行、自行巡线、自行判断故障并将故障点图片实时传回，真正做到巡检人员足不出户实现电力线巡检，降低了电力线巡检的人力成本。
附图说明
图1为本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机的系统结构图；
图2为本发明具体实施例之可实现电力线自动巡检的无人机的系统结构图；
图3为本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机的电力线巡检方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机的系统结构图。如图1所示，本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机，包括：视频采集单元101、视频分析单元102、电力线感应单元103、定位单元104、中央处理单元105以及电池单元107。
视频采集单元101，用于采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频，具体地，视频采集单元101通过两个前向摄像头采集飞行方向的视频，以保障飞行过程中不撞上障碍物，通过两个向下/向上的摄像头用于采集下方/上方的电力线的视频，在本发明具体实施例中，前向摄像头角度可调，优选地，该前向角度可调摄像头可根据需要用于其它方向的拍摄，例如从下斜向上拍摄铁塔、变压器等，向下或向上的摄像头可自动调整焦距对准下方/上方电力线，这样视频分析单元可通过对两个摄像头图像差别的分析计算出目标(电力线)与摄像头的距离，进而控制无人机的飞行。
视频分析单元102，用于对视频采集单元101采集的视频进行分析，将视频分析结果发送至中央处理单元105，以便中央处理单元105发出相应的控制指令，具体地，对于前向摄像头采集的视频，视频分析单元102会对其进行分析，判断无人机飞行方向的前方是否有障碍物等，对于向上/向下摄像头采集的视频，视频分析单元102会将采集到的电力线视频与预先存储的特征视频进行对比，以识别异常情况，例如电力线破损等，若前向摄像头采集的视频具有铁塔、变压器等，视频分析单元102也会将采集到的视频与存储模块中存储的特征视频进行对比，以识别出相应的异常情况，例如电力铁塔倾斜、被破坏，变压器故障等。也就是说，本发明无人机中预先存储有所要巡检的电力设施相关的特征视频，以便视频分析单元102的分析比对。
电力线感应单元103，用于通过电磁感应获得电力线的电压值，并传送至中央处理单元105，以便检测出电力线短路点。在本发明具体实施例中，电力线感应单元103通过电力线感应电流的大小计算电力线的电压值，以便中央处理单元分析处理获得电力线短路点，同时，中央处理单元还可根据感应电流大小，控制无人机保持与电力线的距离。
定位单元104，用于获得无人机的实时位置，并传送至中央处理单元105。在本发明具体实施例中，定位单元104可采用GPS模块获得无人机的实时位置信息。
中央处理单元105，用于与其他模块进行交互，其根据视频分析单元102、电力线感应单元103以及定位单元104的信息产生控制无人机飞行的控制指令，使无人机可自动沿着电力线上方/下方一定高度实现巡航，实现电力线的自动巡检。
飞行控制单元106，用于根据中央处理单元105的控制指令，控制无人机按照控制指令进行飞行，例如前进，悬停，降落等。
电池单元107，用于为其他单元提供电量，负责无人机的供电。优选地，当中央处理单元105监测到电池单元107的电量不足时，则产生返航的控制指令至飞行控制单元106以使无人机实现返航。
优选地，本发明之可实现电力线自动巡检的无人机，还包括：通讯单元，用于无人机与工作人员之间的通讯，以便无人机通过所述通讯单元将巡检结果传送至巡检人员的设备上。在本发明具体实施例中，所述通讯单元包括无线传输模块和公网通信模块，所述无线传输模块用于使无人机和使用人员在一定范围内通信，具体地，无线传输模块使用WiFi(2.4GWiFi)技术，使无人机和使用人员在一定范围内通信。无人机返航时，通过无线传输模块传输大量的巡线视频，所述公网通信模块，以便无人机在超出无线传输模块的范围时，可通过所述公网通信模块与地面工作人员进行通信，具体地，公网通信模块采用2G/3G/4G模块，当无人机超出2.4G无线模块范围时，无人机可通过2G/3G/4G模块与地面人员进行通信，通过公网运营商将无人机巡线结果信息，关键点拍摄照片等，实时发送给任何地点的巡线人员的设备上。
选地，本发明之可实现电力线自动巡检的无人机，还包括：存储单元，用于存储供视频分析的特征图像，同时还用于存储巡线视频。
图2为本发明具体实施例之可实现电力线自动巡检的无人机的系统结构图。如图2所示，该无人机包括：
1、视频采集模块12，包括多个摄像头：两个前向摄像头8和9，前向摄像头角度可调；两个向下摄像头10和11，两个向下摄像头可以自动调整焦距对准下方电力线，本发明通过两个摄像头图像差别的分析，可计算目标与摄像头的距离；两个前向摄像头保障飞行过程中不撞上障碍物，前向角度可调摄像头根据需要用与其他方向的拍摄。如从下斜向上拍摄铁塔、变压器等；
2、中央处理单元2为核心模块，与其他模块进行交互；
3、飞行控制模块1，根据中央处理单元的控制指令控制无人机按确定指令飞行，前进，悬停，降落等；
4、电力线感应模块7通过电力线感应电流的大小计算电力线的电压值，并通过感应电流大小，保持与电力线的距离。电力感应模块可发现电力线短路点；
5、无人机通过定位模块14的GPS模块获得GPS的实时位置；
6、无人机通过摄像头采集图像的视频分析、电力感应模块、GPS信息三者互相配合，共同完成自动沿着电力线上方一定高度巡航；
7、视频分析模块13采集的视频进行分析处理，例如对电力线视频分析处理，与存储模块中特征视频对比，可识别异常情况，如电力线破损、电力铁塔倾斜、被破坏等情况；
8、具有足够大的容量的存储模块6，用于存储供视频分析的特征图像，同时用于存储巡检过程中的巡线视频；
9、电池模块3负责无人机供电，当监测电池模块的电量不足时，中央处理单元通知无人机返航；
10、无线传输模块5，使用2.4GWiFi技术，使无人机和使用人员在一定范围内通信。无人机返航时，通过无线传输模块传输大量的巡线视频。
11、当无人机超出2.4G无线模块范围时，无人机可通过4G模块4与地面人员进行通信，通过公网运营商将无人机巡线结果信息，关键点拍摄照片等，实时发送给任何地点的巡线人员。
以下将说明本发明无人机的工作过程：中央处理单元根据电力线的高度和方位控制无人机沿着电力线飞行，无人机在飞行过程中，视频采集单元实时采集飞行前方视频以及对着的电力线视频，视频分析单元对视频进行分析，如分析飞行前方是否有障碍物，将所采集到的视频与预先存储的特征视频进行比对分析，以确定是否有异常情况，如电力线破损、电力铁塔倾斜、被破坏等，若根据视频分析发现故障地点、变压器等关键地点，则中央处理单元控制无人机在该故障点和关键点悬停，拍摄并传回各种角度图像。
图3为本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机的电力线巡检方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机的电力线巡检方法，包括如下步骤：
步骤301，于巡检过程中，利用视频采集单元实时采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频，具体地，于步骤301中，通过两个前向摄像头采集飞行方向的视频，以保障飞行过程中不撞上障碍物，通过两个向下/向上的摄像头用于采集下方/上方的电力线的视频，在本发明具体实施例中，前向摄像头角度可调，优选地，该前向角度可调摄像头可根据需要用于其它方向的拍摄，例如从下斜向上拍摄铁塔、变压器等，向下或向上的摄像头可自动调整焦距对准下方/上方电力线，这样视频分析单元可通过对两个摄像头图像差别的分析计算出目标(电力线)与摄像头的距离，进而控制无人机的飞行。
步骤302，利用视频分析单元对采集的视频进行分析，将视频分析结果发送至中央处理单元，以便中央处理单元发出相应的控制指令，具体地，对于前向摄像头采集的视频，视频分析单元会对其进行分析，判断无人机飞行方向的前方是否有障碍物等，对于向上/向下摄像头采集的视频，视频分析单元会将采集到的电力线视频与预先存储的特征视频进行对比，以识别异常情况，例如电力线破损等，若前向摄像头采集的视频具有铁塔、变压器等，视频分析单元也会将采集到的视频与存储模块中存储的特征视频进行对比，以识别出相应的异常情况，例如电力铁塔倾斜、被破坏，变压器故障等。也就是说，本发明无人机中预先存储有所要巡检的电力设施相关的特征视频，以便视频分析单元的分析比对。
步骤303，利用中央处理单元实时获取电力线感应单元获得的电力线的电压值以及定位单元获得的实时位置，并根据视频分析结果以及电力线感应单元和定位单元获得的信息产生控制飞行控制单元的控制指令，以使无人机可自动沿着电力线上方/下方一定高度实现巡航，实现电力线的自动巡检。
优选地，本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机的电力线巡检方法，还包括如下步骤：
所述中央处理单元将巡检结果通过通信单元传送至巡检人员的设备上。在本发明具体实施例中，通讯单元包括无线传输模块和公网通信模块，所述无线传输模块用于使无人机和使用人员在一定范围内通信，具体地，无线传输模块使用2.4GWiFi技术，使无人机和使用人员在一定范围内通信，无人机返航时，通过无线传输模块传输大量的巡线视频，所述公网通信模块，以便无人机在超出无线传输模块的范围时，可通过所述公网通信模块与地面工作人员进行通信，具体地，公网通信模块采用2G/3G/4G模块，当无人机超出2.4G无线模块范围时，无人机可通过2G/3G/4G模块与地面人员进行通信，通过公网运营商将无人机巡线结果信息，关键点拍摄照片等，实时发送给任何地点的巡线人员的设备上。
优选地，本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机的电力线巡检方法，还包括如下步骤：
于根据视频分析结果判断出异常情况时，所述中央处理单元产生控制无人机于异常情况产生点悬停的控制指令，并通过视频采集单元采集各种角度图像传回。
综上所述，本发明一种可实现电力线自动巡检的无人机及其电力线巡检方法通过于巡检过程中，利用视频采集单元实时采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频，利用视频分析单元对采集的视频进行分析，利用中央处理单元根据视频分析结果以及电力线感应单元和定位单元获得的信息产生控制飞行控制单元的控制指令，以使无人机可自动沿着电力线上方/下方一定高度实现巡航，实现高度自动化的电力线的自动巡检，本发明之无人机可自主飞行、自行巡线、自行判断故障并将故障点图片实时传回，真正做到巡检人员足不出户实现电力线巡检，降低了电力线巡检的人力成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种可实现电力线自动巡检的无人机，包括：
视频采集单元，用于采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频；
视频分析单元，用于对所述视频采集单元采集的视频进行分析，将视频分析结果发送至中央处理单元；
电力线感应单元，用于通过电磁感应获得电力线的电压值，并传送至中央处理单元；
定位单元，用于获得无人机的实时位置；
中央处理单元，用于与其他模块进行交互，其根据所述视频分析单元、电力线感应单元以及定位单元的信息产生控制所述无人机飞行的控制指令；
飞行控制单元，用于根据所述中央处理单元的控制指令，控制所述无人机按照控制指令进行飞行；
电池单元，用于为其他单元提供电量。
2.如权利要求1所述的一种可实现电力线自动巡检的无人机，其特征在于：若所述视频分析结果为出现异常情况时，所述中央处理单元发出控制指令控制所述无人机在该异常情况发生点悬停，并利用视频采集单元拍摄各种角度图像。
3.如权利要求1所述的一种可实现电力线自动巡检的无人机，其特征在于：所述中央处理单元监测到所述电池单元的电量不足时，产生返航的控制指令至所述飞行控制单元以使无人机实现返航。
4.如权利要求1所述的一种可实现电力线自动巡检的无人机，其特征在于：所述无人机还包括通讯单元，用于无人机与巡检人员的设备之间的通讯，以便所述无人机通过所述通讯单元将巡检结果传送至所述巡检人员的设备上。
5.如权利要求4所述的一种可实现电力线自动巡检的无人机，其特征在于：所述通讯单元包括无线传输模块和公网通信模块，所述无线传输模块用于使无人机和巡检人员的设备在一定范围内通信，所述公网通信模块在所述无人机超出所述无线传输模块的范围时，通过所述公网通信模块与巡检人员的设备进行通信。
6.如权利要求1所述的一种可实现电力线自动巡检的无人机，其特征在于：所述视频采集单元包括两个前向摄像头与两个向下/向上的摄像头，所述两个前向摄像头用于采集飞行方向的视频，以保障所述无人机飞行过程中不撞上障碍物，所述两个向下/向上的摄像头用于采集下方/上方的电力线的视频。
7.如权利要求6所述的一种可实现电力线自动巡检的无人机，其特征在于：所述视频分析单元对所述两个向下/向上的摄像头采集的电力线视频进行分析处理，将其与预设的特征视频进行对比，以识别异常情况。
8.如权利要求6所述的一种可实现电力线自动巡检的无人机，其特征在于：所述电力线感应单元通过电力线感应电流的大小计算电力线的电压值，以便所述中央处理单元分析处理获得电力线短路点。
9.如权利要求8所述的一种可实现电力线自动巡检的无人机，其特征在于：所述中央处理单元还可根据感应电流大小，控制所述无人机保持与电力线的距离。
10.一种可实现电力线自动巡检的无人机的电力线巡检方法，包括如下步骤：
步骤一，于巡检过程中，利用视频采集单元实时采集无人机飞行方向以及正对电力线方向的视频；
步骤二，利用视频分析单元对采集的视频进行分析，将视频分析结果发送至中央处理单元；
步骤三，利用中央处理单元实时获取电力线感应单元获得的电力线的电压值以及定位单元获得的实时位置，并根据视频分析结果以及电力线感应单元和定位单元获得的信息产生控制飞行控制单元的控制指令，以使无人机可自动沿着电力线上方/下方一定高度实现巡航，实现电力线的自动巡检。
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