CN108957255B - 基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法，采用一种无人机载的监测装置，包括系统采集模块，采集模块依次连接信息处理模块和数据存储模块，采集模块、信息处理模块和数据存储模块均连接在系统电源模块，具体操作如下：首先，无人机载的监测装置初步识别放电位置，并标记此位置信息，确定放电现象的大致方位；然后，无人机飞到标记位置信息的对应点；最后，根据输电线之间的高度与无人机的距离，调整舵机角度进行扫描，确定放电位置，并将放电位置信息存储在数据存储模块。本发明公开的方法通过舵机调转扫描角度可以精准定位到每一个出现电晕放电现象位置，对于预防微弱电晕现象长期累积产生输电线传输故障具有重要意义。

Description

基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法

技术领域

本发明属无人机输电线电晕放电巡检技术领域，涉及一种基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法。

背景技术

随着全国输电线技术的发展，其安全可靠运行至关重要。高压输电线长期暴露在野外受到天气、环境、机械张力等影响，容易出现裂纹以及电晕放电等故障，如不及早发现可能对电力系统安全和稳定运行构成威胁，因此需对输电线定期巡检维护。常规的巡检方法劳动强度大，工作效率底，周期比较长，对于一些地形复杂甚至危险的地区，难以开展巡线工作。

常用电晕检测方法中，红外成像法容易受环境影响，紫外成像是达到一定程度后进行放电拍摄，用作离线的、直观放电观察。电晕放电目标小、强度弱，一些输电线故障位置都是通过拍照或者人工巡检得出的，对于微弱放电现象，难免会存在视角盲区。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法，解决了现有检测方法容易受环境影响、需要人工巡检以及存在检测盲区的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法，采用一种无人机载的监测装置，监测装置包括系统采集模块，采集模块连接信息处理模块，信息处理模块连接数据存储模块，采集模块、信息处理模块和数据存储模块均连接在系统电源模块，并且集成在同一电路板上；

采集模块由光电倍增管和光电倍增管驱动电路组成；信号处理模块包括与光电倍增管驱动电路输出端连接的滤波放大电路，滤波放大电路输出端连接A/D转换电路，A/D转换电路输出端连接主控MCU，主控MCU还与GPS定位模块连接，主控MCU连接数据存储模块；

具体操作过程包括如下步骤：

步骤1.无人机载的监测装置初步识别放电位置，并标记此位置信息，p₁、p₂…p_n，确定放电现象的大致方位；

步骤2.无人机飞到步骤1标记位置信息的对应点p₁′、p₂′…p_n′；

步骤3.根据输电线之间的高度与无人机的距离，调整舵机角度进行扫描，确定放电位置，并将放电位置信息存储在数据存储模块。

本发明的其他特点还在于，

步骤1的具体操作步骤如下：

首先无人机在输电线的一侧安全距离范围内飞行，高度与输电线其中一根线高度保持一致，舵机保持水平角度不动，确保无人机载电晕监测装置中的光电倍增管同时能接受到每条电线的电晕信号，当无人机载电晕监测装置中监测到放电现象，就发送位置信息，标记此位置信息，p₁、p₂…p_n，确定放电现象的大致方位。

步骤2的具体操作过程如下：

无人机沿着相反方向从输电线的下方飞过绕到输电线的另一侧，按照步骤1的方式飞到标记位置信息的对应点p₁′、p₂′…p_n′，此对应点是相对于输电线到标记位置信息同等距离的点，与步骤1的标记位置点连接起来垂直于输电线。

步骤3的具体操作步骤如下：

无人机飞到步骤2的对应点后，使无人机悬停，根据每根线相互之间高度与无人机距离，调整舵机角度，使光电倍增管进行上下扫描接收电晕产生的紫外光信号。

按照如下过程调整舵机角度：

如果三相输电线路位于同一垂直线上，设输电线路之间的相互垂直高度为a，位于中间的输电线距离无人机的水平距离为b，位于中间的输电线距离p₁′点的距离为d，此时，b＝d，则调整舵机的角度

按照从中间线路到一边线路，再从一边线路返回中间线路，再由中间线路到另一边线路，最后从另一边线路到中间线路的方式为一个周期进行接收，接收两个周期后，根据每个方位的放电强弱确定放电位置，然后继续飞行；

如果三相输电线路中两边的输电线路位于同一高度，中间线路位于距离两边线路高度为a的位置，则调整舵机的角度

按照依次从中间线路到两边线路的方式为一个周期进行接收，接收两个周期后，根据每个方位的放电强弱确定放电位置，然后继续飞行。

判断是否产生放电现象的过程是：

步骤1.1准备样本数据库：根据绝缘子电晕放电程度与距离关系的脉冲个数统计库，设定如果在主控MCU内部1s内接收紫外脉冲数为90-100个时，则为电晕放电现象；

步骤1.2计算脉冲个数：光电倍增管将监测到的信号进行光电转换，然后经过A/D转换设定阈值电压，统计1s内大于阈值电压的信号个数，即为脉冲个数；

步骤1.3传输到主控MCU，主控MCU判断是否存在放电现象，如果步骤1.2统计的脉冲个数大于或者落在步骤1.1的样本数据库内，设定程序输出数据为“1”，则存在电晕现象，否则设定程序输出数据为“0”，则无电晕现象；

步骤1.4当主控MCU接收到的数据为“1”时，GPS模块发送相应的位置信息给主控MCU，主控MCU将放电位置发送给数据存储模块并保存该位置信息。

本发明的有益效果是，一种基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法，解决了现有检测方法容易受环境影响、需要人工巡检以及存在检测盲区的问题。通过舵机调转扫描角度可以精准定位到每一个出现电晕放电现象位置，对于预防微弱电晕现象长期累积产生输电线传输故障具有重要意义。使用无人机载电晕监测装置能够快速识别微弱电晕放电现象，节省了巡线时间，弥补人工巡检及传统拍摄测量视角盲区的缺憾，对于预防微弱电晕现象长期累积产生输电线传输故障具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法中所使用的监测装置内部连接示意图；

图2是本发明的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法的流程图；

图3是本发明的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法中初步标记放电位置示意图；

图4是本发明的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法中输电线两侧对应点集合示意图；

图5是本发明的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法中输电线传输方式图；

图6是本发明的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法中输电线传输方式图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法，如图1所示，采用一种无人机载的监测装置，监测装置包括系统采集模块，采集模块连接信息处理模块，信息处理模块连接数据存储模块，采集模块、信息处理模块和数据存储模块均连接在系统电源模块，并且集成在同一电路板上；

采集模块由光电倍增管和光电倍增管驱动电路组成；信号处理模块包括与光电倍增管驱动电路输出端连接的滤波放大电路，滤波放大电路输出端连接A/D转换电路，A/D转换电路输出端连接主控MCU，主控MCU还与GPS定位模块连接，主控MCU连接数据存储模块；

具体操作过程包括如下步骤，如图2所示：

步骤1.无人机载的监测装置初步识别放电位置，并标记此位置信息，p₁、p₂…p_n，确定放电现象的大致方位，如图3所示；

步骤2.无人机飞到步骤1标记位置信息的对应点p₁′、p₂′…p_n′，如图4所示；

步骤3.根据输电线之间的高度与无人机的距离，调整舵机角度进行扫描，确定放电位置，并将放电位置信息存储在数据存储模块。

步骤1的具体操作步骤如下：

首先无人机在输电线的一侧安全距离范围内飞行，高度与输电线其中一根线高度保持一致，舵机保持水平角度不动，确保无人机载电晕监测装置中的光电倍增管同时能接受到每条电线的电晕信号，当无人机载电晕监测装置中监测到放电现象，就发送位置信息，标记此位置信息，p₁、p₂…p_n，确定放电现象的大致方位。

步骤2的具体操作过程如下：

无人机沿着相反方向从输电线的下方飞过绕到输电线的另一侧，按照步骤1的方式飞到标记位置信息的对应点p₁′、p₂′…p_n′，此对应点是相对于输电线到标记位置信息同等距离的点，与步骤1的标记位置点连接起来垂直于输电线。

步骤3的具体操作步骤如下：

无人机飞到步骤2的对应点后，使无人机悬停，根据每根线相互之间高度与无人机距离，调整舵机角度，使光电倍增管进行上下扫描接收电晕产生的紫外光信号。

按照如下过程调整舵机角度：

如果三相输电线路位于同一垂直线上，如图5所示，设输电线路之间的相互垂直高度为a，位于中间的输电线距离无人机的水平距离为b，位于中间的输电线距离p₁′点的距离为d，此时，b＝d，则调整舵机的角度

按照从中间线路到一边线路，再从一边线路返回中间线路，再由中间线路到另一边线路，最后从另一边线路到中间线路的方式为一个周期进行接收，接收两个周期后，根据每个方位的放电强弱确定放电位置，然后继续飞行；

如果三相输电线路中两边的输电线路位于同一高度，中间线路位于距离两边线路高度为a的位置，如图6所示，则调整舵机的角度

按照依次从中间线路到两边线路的方式为一个周期进行接收，接收两个周期后，根据每个方位的放电强弱确定放电位置，然后继续飞行。

判断是否产生放电现象的过程是：

步骤1.1准备样本数据库：根据绝缘子电晕放电程度与距离关系的脉冲个数统计库，在主控MCU内部设定1s内接收紫外脉冲数为90-100个时，则为电晕放电现象；

步骤1.2计算脉冲个数：光电倍增管将监测到的信号进行光电转换，然后经过A/D转换设定阈值电压，统计1s内大于阈值电压的信号个数，即为脉冲个数；

步骤1.3传输到主控MCU，主控MCU判断是否存在放电现象，如果步骤1.2统计的脉冲个数大于或者落在步骤1.1的样本数据库内，设定程序输出数据为“1”，则存在电晕现象，否则设定程序输出数据为“0”，则无电晕现象；

步骤1.4当主控MCU接收到的数据为“1”时，GPS模块发送相应的位置信息给主控MCU，主控MCU将放电位置发送给数据存储模块并保存该位置信息。

系统电源模块是给光电倍增管驱动电路和整个电路板提供电压；采集模块中驱动电路使光电倍增管达到工作电压，选用的光电倍增管的波段为200-280nm，当接收到紫外光信号时，会输出脉冲电压。信号处理模块中放大滤波电路是对输出脉冲电压放大以及对噪声的滤波，输出是整形后的可用的电压信号；A/D转换电路是将信号进行模数转换，方便主控MCU统计脉冲个数。主控MCU会统计单位时间内脉冲个数，如果超过阈值，向GPS模块发送请求，然后GPS模块回馈位置信息，主控MCU将位置信息保存在存储模块。

Claims (2)

1.基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法，其特征在于，采用一种无人机载的监测装置，所述监测装置包括系统采集模块，所述采集模块连接信息处理模块，所述信息处理模块连接数据存储模块，所述采集模块、信息处理模块和数据存储模块均连接在系统电源模块，并且集成在同一电路板上；

所述采集模块由光电倍增管和光电倍增管驱动电路组成；所述信息 处理模块包括与所述光电倍增管驱动电路输出端连接的滤波放大电路，所述滤波放大电路输出端连接A/D转换电路，所述A/D转换电路输出端连接主控MCU，所述主控MCU还与GPS定位模块连接，所述主控MCU连接数据存储模块；

具体操作过程包括如下步骤：

步骤1.无人机载的监测装置初步识别放电位置，并标记此位置信息，p₁、p₂…p_n，确定放电现象的大致方位；

首先无人机在输电线的一侧安全距离范围内飞行，高度与输电线其中一根线高度保持一致，舵机保持水平角度不动，确保无人机载电晕监测装置中的光电倍增管同时能接受到每条电线的电晕信号，当无人机载电晕监测装置中监测到放电现象，就发送位置信息，标记此位置信息，p₁、p₂…p_n，确定放电现象的大致方位；

步骤2.无人机飞到步骤1标记位置信息的对应点p₁′、p₂′…p_n′；

无人机从输电线的下方飞过绕到输电线的另一侧对称位置，然后沿着与步骤1飞行的相反方向，按照步骤1的方式飞到标记位置信息的对应点p₁′、p₂′…p_n′，此对应点是相对于输电线到标记位置信息同等距离的点，与步骤1的标记位置点连接起来垂直于输电线；

步骤3.根据输电线之间的高度与无人机的距离，调整舵机角度进行扫描，确定放电位置，并将放电位置信息存储在数据存储模块；

无人机飞到步骤2的对应点后，使无人机悬停，根据每根线相互之间高度与无人机距离，调整舵机角度，使光电倍增管进行上下扫描接收电晕产生的紫外光信号；

按照如下过程调整舵机角度：

如果三相输电线路位于同一垂直线上，设输电线路之间的相互垂直高度为a，位于中间的输电线距离无人机的水平距离为b，位于中间的输电线距离p₁′点的距离为d，此时，b＝d，则调整舵机的角度

按照从中间线路到一边线路，再从一边线路返回中间线路，再由中间线路到另一边线路，最后从另一边线路到中间线路的方式为一个周期进行接收，接收两个周期后，根据每个方位的放电强弱确定放电位置，然后继续飞行；

如果三相输电线路中两边的输电线路位于同一高度，中间线路位于距离两边线路高度为a的位置，则调整舵机的角度

按照依次从中间线路到两边线路的方式为一个周期进行接收，接收两个周期后，根据每个方位的放电强弱确定放电位置，然后继续飞行。

2.一种如权利要求1所述的基于无人机舵机扫描检测电力线电晕的定位方法，其特征在于，判断是否产生放电现象的过程是：

步骤1.1准备样本数据库：根据绝缘子电晕放电程度与距离关系的脉冲个数统计库，设定如果在主控MCU内部1s内接收紫外脉冲数为90-100个时，则为电晕放电现象；

步骤1.2计算脉冲个数：光电倍增管将监测到的信号进行光电转换，然后经过A/D转换设定阈值电压，统计1s内大于阈值电压的信号个数，即为脉冲个数；

步骤1.3传输到主控MCU，主控MCU判断是否存在放电现象，如果步骤1.2统计的脉冲个数大于或者落在步骤1.1的样本数据库内，设定程序输出数据为“1”，则存在电晕现象，否则设定程序输出数据为“0”，则无电晕现象；

步骤1.4当主控MCU接收到的数据为“1”时，GPS模块发送相应的位置信息给主控MCU，主控MCU将放电位置发送给数据存储模块并保存该位置信息。

Images