CN109782803B - 一种无人机输电导线巡线系统及方法 - Google Patents
一种无人机输电导线巡线系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种无人机输电导线巡线系统及方法，通过电场测量传感器和高度测量单元推算输电导线电压等级；双目测距单元测量无人机到输电导线的距离；无人机接近输电导线，当电场强度为阈值E，自动悬停，摄像头采集图像，是否能准确拍摄输电导线老化、破损等情况；若不能，按下遥控器上寻线功能按钮，无人机按设定阈值E绕输电导线盘旋，直至拍摄范围可清楚观测故障；找到适当位置后，再次按下寻线功能按钮，寻线完成；拍摄位置确定后，控制无人机沿线巡检，无人机按设定阈值巡线飞行；摄像机拍摄图像经图传单元传给后台显示设备。该系统及方法提高了巡线作业的效率、查找精度和安全系数，降低了无人机作业操控难度，避免了人员伤亡。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种无人机输电导线巡线系统及方法。
背景技术
我国地域辽阔，人口众多，供电范围广，对应架空输电线路的覆盖区域广。架空输电线路沿线地形复杂并且自然环境恶劣。输电线路距离长、线路塔杆较高并且长期在意外暴露，受到机械张力、材料老化、雷击、污秽等外界因素的侵害，可能导致地线断股，金属腐蚀、绝缘子破损、塔顶倾斜等故障的发生，如不及时发现，并进行修复、更换、最终会导致严重事故，严重威胁电力系统的安全和稳定。因此，为了掌握输电线路的运行情况并及时排除输电线路的潜在隐患，需要对输电线路进行巡线。具体地，通过对输电导线的巡线，获取输电线路及周围环境变化情况，及时发现并消除隐患，防止重大事故发生，确保供电的安全和可靠。
现有技术中大多采用人工巡线方式，需要输电线路维护人员利用望远镜和相机现场拍摄架空输电导线。具体操作时，输电电路维护人员需要徒步或依靠地面交通工具到达现场，利用望远镜和相机现场拍摄架空输电导线。由于对于输电线路维护人员来说，巡线劳动强度大，尤其是进入荒山野岭、深沟峡谷和沼泽湖泊等出入困难地方存在很大的局限，从而使得对输电导线的巡线作业效率低，人工查找精度低，操控难度大，安全系数低，甚至可能造成不必要的人员伤亡。
发明内容
本申请提供了一种无人机输电导线巡线系统及方法，以解决对输电导线的巡线作业效率低，人工查找精度低，操控难度大，安全系数低，甚至可能造成不必要的人员伤亡问题。
一种无人机输电导线巡线系统，所述无人机输电巡线系统包括无人机以及与控制所述无人机的遥控器；
所述无人机包括电场测量传感器、高度测量单元、图传单元、探照灯、双目测距单元和摄像机；
所述高度测量单元用于测量所述无人机升空过程的相对高度△h；
所述电场测量传感器用于测量所述无人机所在飞行位置的电场强度；
所述电场测量传感器还用于根据所述无人机升空过程的电场强度差△E和相对高度△h，推算出电压等级，得到距离该输电导线的安全距离；
所述双目测距单元用于测量所述无人机到输电导线的距离，并保证所述无人机在大于安全距离的情况下接近输电导线；
所述探照灯和所述摄像机由所述遥控器控制开启和关闭，用于完成不同光线条件下的巡线作业；
所述图传单元用于将所述摄像机拍摄到的图像传给后台显示设备；
所述遥控器包括遥控天线、摇杆、ON/OFF按钮，寻线功能按钮、探照灯开关和摄像机开关；
所述遥控天线通过无线连接技术连接所述无人机；
所述遥控天线还用于保障所述无人机飞行安全和图传单元的正常使用；
所述摇杆用于通过遥控天线控制所述无人机的上升、下降和左右转向飞行；
所述ON/OFF按钮用于切换所述无人机的开启和关闭状态；
所述寻线功能按钮用于控制所述无人机按指定阈值E绕输电导线盘旋。
进一步地，所述高度测量单元包括气压传感器和加速度传感器；
所述气压传感器和所述加速度传感器协同计算所述无人机升空过程的相对高度△h。
进一步地，所述图传单元用于将所述摄像机拍摄到的图像传给后台显示设备；
所述图传单元实时将所述摄像机拍摄到的图像传给后台显示设备。
一种无人机输电导线巡线方法，所述无人机输电导线巡线方法包括：
步骤S1：通过遥控器控制无人机在输电导线附近启动升空，并朝向所在位置电场强度增大的方向飞行；
步骤S2：无人机内电场测量传感器和高度测量单元分别测量无人机升空过程的电场强度差△E和相对高度△h，并由电场强度差△E和相对高度△h推算出电压等级，得到该输电导线的安全距离；
步骤S3：通过无人机内双目测距单元保障在大于安全距离的情况下接近输电导线；
步骤S4：无人机内电场测量传感器所测电场强度等于设定阈值E时，无人机自动悬停；
步骤S5：通过遥控器内摄像机开关和探照灯开关控制无人机内摄像机和探照灯的开启和关闭，由摄像机拍摄输电导线，并通过无人机内图传单元将的拍摄图像传给后台设备；
步骤S6：通过后台显示设备显示的拍摄图像，判断摄像头视野范围内是否能够准确拍摄输电导线老化、破损等情况，当能够准确拍摄时，执行步骤S9，当不能够准确拍摄时，执行步骤S7；
步骤S7：按下遥控器内寻线功能按钮，无人机按照设定阈值E绕输电导线盘旋；
步骤S8：待后台显示设备上显示摄像机拍摄的图像可清楚观测输电导线情况，再次按下寻线功能按钮，无人机锁定该位置，寻线完成；
步骤S9：通过遥控器控制无人机沿输电导线左、右巡检，并且无人机按照设定阈值巡线飞行；
步骤S10：摄像机拍摄输电导线图像，用图传单元给后台显示设备，完成巡线作业。
进一步地，所述步骤S2：无人机内电场测量传感器和高度测量单元分别测量无人机升空过程的电场强度差△E和相对高度△h，并由电场强度差△E和相对高度△h推算出电压等级，得到该输电导线的安全距离；
所述无人机内气压传感器和加速度传感器协同计算所述无人机升空过程的相对高度△h。
进一步地，所述步骤S5：通过遥控器内摄像机开关和探照灯开关控制无人机内摄像机和探照灯的开启和关闭，由摄像机拍摄输电导线，并通过无人机内图传单元将的拍摄图像传给后台设备；
所述图传单元实时将所述摄像机拍摄到的图像传给后台显示设备。
进一步地，所述步骤S10：摄像机拍摄输电导线图像，用图传单元给后台显示设备，完成巡线作业；
所述图传单元实时将所述摄像机拍摄到的图像传给后台显示设备。
本申请的有益效果是：
由以上技术方案可知，本申请提供了一种无人机输电导线巡线系统及方法，通过电场测量传感器和高度测量单元推算输电导线电压等级和安全距离；通过双目测距单元测量无人机到输电导线的距离，保障工作过程的安全性；无人机接近输电导线，当电场强度为设定阈值E，自动悬停，摄像头采集导线信息，维修人员判断该摄像机视野范围是否能准确拍摄输电导线老化、破损等情况；若不能，按下遥控器上寻线功能按钮，无人机按设定阈值E绕输电导线盘旋，直至摄像机拍摄范围可清楚观测输电导线破损、老化、污秽附着等故障；找到适当位置后，再次按下寻线功能按钮，无人机锁定该位置，寻线完成；拍摄位置确定后，技术人员控制无人机沿线左、右巡检，无人机按设定阈值巡线飞行；摄像机拍摄的导线破损、老化、污秽附着等情况通过图传单元传送给后台显示设备。该系统及方法能够解决输电导线的巡线作业效率低，人工查找精度低，操控难度大，安全系数低，甚至可能造成不必要的人员伤亡问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请无人机的结构示意图；
图2为本申请遥控器的结构示意图；
图3为本申请无人机输电导线巡线系统的结构示意图；
图4为本申请高度测量单元的结构示意图；
图5为本申请无人机输电导线巡线方法的流程图。
其中，1-无人机，2-电场测量传感器，3-高度测量单元，4-图传单元，5-探照灯，6-双目测距单元，7-摄像机，8-遥控器，9-遥控天线，10-摇杆，11-ON/OFF按钮，12-寻线功能按钮，13-探照灯开关，14-摄像机开关，15-后台显示设备，16-气压传感器，17-加速度传感器。
具体实施方式
这里将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。
参见图1为本申请无人机的结构示意图；图2为本申请遥控器的结构示意图；图3为本申请无人机输电导线巡线系统的结构示意图。
一种无人机输电导线巡线系统，所述无人机1输电巡线系统包括无人机1以及与控制所述无人机1的遥控器8；
所述无人机1包括电场测量传感器2、高度测量单元3、图传单元4、探照灯5、双目测距单元6和摄像机7；
所述高度测量单元3用于测量所述无人机1升空过程的相对高度△h；
所述电场测量传感器2用于测量所述无人机1所在飞行位置的电场强度；
所述电场测量传感器2还用于根据所述无人机1升空过程的电场强度差△E和相对高度△h，推算出电压等级，得到该输电导线的安全距离；
所述双目测距单元6用于测量所述无人机1到输电导线的距离，并保证所述无人机1在大于安全距离的情况下接近输电导线；
所述探照灯5和所述摄像机7由所述遥控器8控制开启和关闭，用于完成不同光线条件下的巡线作业；
所述图传单元4用于将所述摄像机7拍摄到的图像传给后台显示设备15；
所述遥控器8包括遥控天线9、摇杆10、ON/OFF按钮11，寻线功能按钮12、探照灯开关13和摄像机开关14；
所述遥控天线9通过无线连接技术连接所述无人机1；
所述遥控天线9还用于保障所述无人机1飞行安全和图传单元4的正常使用；
所述摇杆10用于通过遥控天线9控制所述无人机1的上升、下降和左右转向飞行；
所述ON/OFF按钮11用于切换所述无人机1的开启和关闭状态；
所述寻线功能按钮12用于控制所述无人机1按指定阈值E绕输电导线盘旋。
参见图5为本申请无人机输电导线巡线方法的流程图。
一种无人机输电导线巡线方法，所述无人机1输电导线巡线方法包括：
步骤S1：通过遥控器8控制无人机1在输电导线附近启动升空，并朝向所在位置电场强度增大的方向飞行；
步骤S2：无人机1内电场测量传感器2和高度测量单元3分别测量无人机1升空过程的电场强度差△E和相对高度△h，并由电场强度差△E和相对高度△h推算出电压等级，得到该输电导线的安全距离；
步骤S3：通过无人机1内双目测距单元6保障在大于安全距离的情况下接近输电导线；
步骤S4：无人机1内电场测量传感器2所测电场强度等于设定阈值E时，无人机1自动悬停；
步骤S5：通过遥控器8内摄像机开关14和探照灯开关13控制无人机1内摄像机7和探照灯5的开启和关闭，由摄像机7拍摄输电导线，并通过无人机1内图传单元4将的拍摄图像传给后台设备；
步骤S6：通过后台显示设备15显示的拍摄图像，判断摄像头视野范围内是否能够准确拍摄输电导线老化、破损等情况，当能够准确拍摄时，执行步骤S9，当不能够准确拍摄时，执行步骤S7；
步骤S7：按下遥控器8内寻线功能按钮12，无人机1按照设定阈值E绕输电导线盘旋；
步骤S8：待后台显示设备15上显示摄像机7拍摄的图像可清楚观测输电导线情况，再次按下寻线功能按钮12，无人机1锁定该位置，寻线完成；
步骤S9：通过遥控器8控制无人机1沿输电导线左、右巡检，并且无人机1按照设定阈值巡线飞行；
步骤S10：摄像机7拍摄输电导线图像，用图传单元4给后台显示设备15，完成巡线作业。
具体地，通过遥控器8控制无人机1在输电导线附近启动升空，并朝向所在位置电场强度增大的方向飞行。随着无人机1升空电场测量传感器2和高度测量单元3检测到的数据发生变化，由无人机1内电场测量传感器2和高度测量单元3能够分别测量无人机1升空过程的电场强度差△E和相对高度△h，推算出电压等级，得到该输电导线的安全距离。通过无人机1内双目测距单元6保障在大于安全距离的情况下接近输电导线。双目测距单元6使用深度学习算法识别摄像机7拍摄范围内的输电导线，并基于视差原理计算无人机1与输电导线间的距离。
无人机1内电场测量传感器2所测电场强度等于设定阈值E时，无人机1自动悬停。通过遥控器8内摄像机开关14和探照灯开关13控制无人机1内摄像机7和探照灯5的开启和关闭，由摄像机7拍摄输电导线，并通过无人机1内图传单元4将的拍摄图像传给后台设备。探照灯5初始化为关闭状态，当输电导线所述环境光线不足、视野较暗时，输电线路维护人员通过遥控器8内探照灯开关13将探照灯开启，从而保证摄像机7的视野范围内光线满足拍摄需要。
通过后台显示设备15显示的拍摄图像，判断摄像头视野范围内是否能够准确拍摄输电导线老化、破损等情况，当能够准确拍摄时，执行步骤S9，当不能够准确拍摄时，执行步骤S7。按下遥控器8内寻线功能按钮12，无人机1按照设定阈值E绕输电导线盘旋。待后台显示设备15上显示摄像机7拍摄的图像可清楚观测输电导线情况，再次按下寻线功能按钮12，无人机1锁定该位置，寻线完成。通过遥控器8控制无人机1沿输电导线左、右巡检，并且无人机1按照设定阈值巡线飞行。若电场测量传感器2检测到所在位置的电场强度超过设定阈值，无人机1自动远离输电导线，若电场测量传感器2检测到所在位置的电场强度低于设定阈值，无人机1自动靠近输电导线，从而提高无人机1所在位置处的电场强度到阈值。摄像机7拍摄输电导线图像，用图传单元4给后台显示设备15，完成巡线作业。图传单元4发送摄像机7拍摄的输电导线图像的方式可以包括但不限于：通过蓝牙、红外或Wi-fi(Wireless-Fidelity，无线保真)等方式进行。相应的，后台显示设备15在通过蓝牙方式进行接收输电导线图像的操作时，后台显示设备15内含有蓝牙模块；后台显示设备15在通过红外方式进行接收输电导线图像的操作时，后台显示设备15内含有红外模块；后台显示设备15在通过Wi-fi方式进行接收输电导线图像的操作时，后台显示设备15内含有Wi-fi模块。
利用无人机对输电到线进行巡线方式，相比传统巡线方式，有着以下优势，无人驾驶，不会造成人员伤亡，安全性高；不受地理条件的显示，即使遇到地震、洪涝等重大自然灾害是，依然能够对受灾区域的输电线路进行巡线；巡线速度快，每小时可以达到几十公里。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种无人机输电导线巡线系统及方法，通过电场测量传感器2和高度测量单元3推算输电导线电压等级和安全距离；通过双目测距单元6测量无人机1到输电导线的距离，保障工作过程的安全性；无人机1接近输电导线，当电场强度为阈值E，自动悬停，摄像头采集导线信息，维修人员判断该摄像机7视野范围是否能准确拍摄输电导线老化、破损等情况；若不能，按下遥控器8上寻线功能按钮12，无人机1按设定阈值E绕输电导线盘旋，直至摄像机7拍摄范围可清楚观测输电导线破损、老化、污秽附着等故障；找到适当位置后，再次按下寻线功能按钮12，无人机1锁定该位置，寻线完成；拍摄位置确定后，技术人员控制无人机1沿线左、右巡检，无人机1按设定阈值巡线飞行；摄像机7拍摄的导线破损、老化、污秽附着等情况通过图传单元4传送给后台显示设备15。该系统及方法能够解决输电导线巡线作业效率低，人工查找精度低，操控难度大，安全系数低等问题，避免人员伤亡。
参见图4为本申请高度测量单元的结构示意图；
进一步地，所述高度测量单元3包括气压传感器16和加速度传感器17；
所述气压传感器16和所述加速度传感器17协同计算所述无人机1升空过程的相对高度△h。
进一步地，所述步骤S2：无人机1内电场测量传感器2和高度测量单元3分别测量无人机1升空过程的电场强度差△E和相对高度△h，并由电场强度差△E和相对高度△h推算出电压等级，得到该输电导线的安全距离；
所述无人机1内气压传感器16和加速度传感器17协同计算所述无人机1升空过程的相对高度△h。
具体地，通过气压传感器16中气压计采集海拔高度变化，并通过加速度传感器17中的加速度计采集的三轴加速度矢量系统计算无人机1升空过程的相对高度△h。从而通过电场强度差△E和相对高度△h，推算出电压等级，得到该输电导线的安全距离，保证无人机1巡线过程中的安全性。
进一步地，所述图传单元4用于将所述摄像机7拍摄到的图像传给后台显示设备15；
所述图传单元4实时将所述摄像机7拍摄到的图像传给后台显示设备15。
进一步地，所述步骤S5：通过遥控器8内摄像机开关14和探照灯开关13控制无人机1内摄像机7和探照灯5的开启和关闭，由摄像机7拍摄输电导线，并通过无人机1内图传单元4将的拍摄图像传给后台设备；
所述图传单元4实时将所述摄像机7拍摄到的图像传给后台显示设备15。
进一步地，所述步骤S10：摄像机7拍摄输电导线图像，用图传单元4给后台显示设备15，完成巡线作业；
所述图传单元4实时将所述摄像机7拍摄到的图像传给后台显示设备15。
具体地，图传单元4实时将所述摄像机7拍摄到的图像传给后台显示设备15，以使得后台显示设备15中输电导线图像数据进行实时统计、分析和监控。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种无人机输电导线巡线系统及方法，通过电场测量传感器2和高度测量单元3推算输电导线电压等级和安全距离；通过双目测距单元6测量无人机1到输电导线的距离，保障工作过程的安全性；无人机1接近输电导线，当电场强度为设定阈值E，自动悬停，摄像头采集导线信息，维修人员判断该摄像机7视野范围是否能准确拍摄输电导线老化、破损等情况；若不能，按下遥控器8上寻线功能按钮12，无人机1按设定阈值E绕输电导线盘旋，直至摄像机7拍摄范围可清楚观测输电导线破损、老化、污秽附着等故障；找到适当位置后，再次按下寻线功能按钮12，无人机1锁定该位置，寻线完成；拍摄位置确定后，技术人员控制无人机1沿线左、右巡检，无人机1按设定阈值巡线飞行；摄像机7拍摄的导线破损、老化、污秽附着等情况通过图传单元4传送给后台显示设备15。该系统及方法能够解决输电导线巡线作业效率低，人工查找精度低，操控难度大，安全系数低等问题，避免人员伤亡。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (1)
1.一种无人机输电导线巡线方法，其特征在于，所述无人机(1)输电导线巡线方法包括：
步骤S1：通过遥控器(8)控制无人机(1)在输电导线附近启动升空，并朝向所在位置电场强度增大的方向飞行；
步骤S2：无人机(1)内电场测量传感器(2)和高度测量单元(3)分别测量无人机(1)升空过程的电场强度差△E和相对高度△h，并由电场强度差△E和相对高度△h推算出电压等级，得到该输电导线的安全距离；
步骤S3：通过无人机(1)内双目测距单元(6)保障在大于安全距离的情况下接近输电导线；
步骤S4：无人机(1)内电场测量传感器(2)所测电场强度等于设定阈值E时，无人机(1)自动悬停；
步骤S5：通过遥控器(8)内摄像机开关(14)和探照灯开关(13)控制无人机(1)内摄像机(7)和探照灯(5)的开启和关闭，由摄像机(7)拍摄输电导线，并通过无人机(1)内图传单元(4)将拍摄图像传给后台设备；
步骤S6：通过后台显示设备(15)显示的拍摄图像，判断摄像头视野范围内是否能够准确拍摄输电导线老化、破损等情况，当能够准确拍摄时，执行步骤S9，当不能够准确拍摄时，执行步骤S7；
步骤S7：按下遥控器(8)内寻线功能按钮(12)，无人机(1)按照设定阈值E绕输电导线盘旋；
步骤S8：待后台显示设备(15)上显示摄像机(7)拍摄的图像可清楚观测输电导线情况，再次按下寻线功能按钮(12)，无人机(1)锁定该位置，寻线完成；
步骤S9：通过遥控器(8)控制无人机(1)沿输电导线左、右巡检，并且无人机(1)按照设定阈值巡线飞行；
步骤S10：摄像机(7)拍摄输电导线图像，用图传单元(4)给后台显示设备(15)，完成巡线作业。
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