CN109901618A - 电力巡线系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电力巡线系统及方法。其中，一种电力巡线系统包括无人机主体，所述无人机主体上设置有第一控制器、第二控制器和第一机载激光雷达；所述第一控制器，用于规划无人机的飞行轨迹，并在飞行过程中规避障碍物；所述第一机载激光雷达，用于向探测的电力输电线走廊发射激光脉冲，直接获取电力输电线走廊内所有地物信息并传送至第二控制器；所述第二控制器，用于对电力输电线走廊内所有地物信息形成点云数据，利用点云数据对电力输电线走廊进行三维建模，进而分析出电力输电线走廊的实时工况以及模拟工况。

Description

电力巡线系统及方法

技术领域

本公开属于输电线路巡检领域，尤其涉及一种电力巡线系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

输电线路定期巡检，能够有效消除可能的隐患或损失，保障电网运行安全。但是人工巡线劳动强度大、效率低，在高压线路检查作业时存在危险，并且对于穿越荒山野岭、深沟峡谷的输电线路无能为力。无人机巡检技术在电力行业日渐普及，使用无人检替代人工巡检，除了安全性更高外，工作效率也大幅提升。但随着技术应用的深入，电力行业对无人机解决方案提出了更高的信息化与智能化要求。

在无人机巡检之前，驾驶员需要到现场勘察，人为规划航线以及规避障碍物，在飞行过程中无人机也需要人工操控，还不能完全实现巡检的智能化。无人机巡检在数据智能化分析处理方面还不太理想。无人机获取的数据，还不能智能化自主运算处理、输出结果，需要依靠人工在地面上进行分析和比对。

发明内容

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种电力巡线系统，其能完全实现巡检的智能化。

本公开的一种电力巡线系统，包括无人机主体，所述无人机主体上设置有第一控制器、第二控制器和第一机载激光雷达；

所述第一控制器，用于规划无人机的飞行轨迹，并在飞行过程中规避障碍物；

所述第一机载激光雷达，用于向探测的电力输电线走廊发射激光脉冲，直接获取电力输电线走廊内所有地物信息并传送至第二控制器；

所述第二控制器，用于对电力输电线走廊内所有地物信息形成点云数据，利用点云数据对电力输电线走廊进行三维建模，进而分析出电力输电线走廊的实时工况以及模拟工况。

在一个或多个实施例中，所述第一控制器还与第二机载激光雷达相连，所述第二机载激光雷达用于实时获取无人机飞行过程中遇到的障碍物信息并传送至第一控制器，以实现准确避障的目的。

在一个或多个实施例中，所述第二控制器，包括：

点云数据分类模块，其用于根据输电线路走廊内目标物的特征而训练完成的点云数据分类器，对点云数据进行分类；

电力线模拟分析模块，其用于通过各种类型的点云数据进行滤波、空间差值以及影像配准和灾前灾后的差值计算，提取地形变化特征值，获得线路上的异常情况，并从故障对策数据库内查找相应故障对策方案。

所述第二控制器，还包括：

点云数据三维渲染模块，其用于对分类后的点云数据进行输电线路走廊三维重建，并对重建的模型进行渲染。

在一个或多个实施例中，所述第二控制器还与人机交互模块相连。

根据本公开的一个或多个实施例的另一个方面，提供一种电力巡线系统的巡线方法。

本公开的一种电力巡线系统的巡线方法，包括：

规划无人机的飞行轨迹，并在飞行过程中规避障碍物，同时接收第一机载激光雷达向探测的电力输电线走廊发射激光脉冲，直接获取电力输电线走廊内所有地物信息；

对电力输电线走廊内所有地物信息形成点云数据，利用点云数据对电力输电线走廊进行三维建模，进而分析出电力输电线走廊的实时工况以及模拟工况。

在一个或多个实施例中，所述的电力巡线系统的巡线方法，还包括：

第二机载激光雷达实时获取无人机飞行过程中遇到的障碍物信息并传送至第一控制器，以实现准确避障的目的。

在一个或多个实施例中，分析出电力输电线走廊的实时工况以及模拟工况的具体过程为：

根据输电线路走廊内目标物的特征而训练完成的点云数据分类器，对点云数据进行分类；

通过对各种类型的点云数据进行滤波、空间差值以及影像配准和灾前灾后的差值计算，提取地形变化特征值，获得线路上的异常情况，并从故障对策数据库内查找相应故障对策方案。

所述的电力巡线系统的巡线方法，还包括：

对分类后的点云数据进行输电线路走廊三维重建，并对重建的模型进行渲染。

本公开的有益效果是：

本公开在无人机巡检之飞行过程中无人机不需要人工操控，能够实现避障飞行；无人机获取的数据，能够智能化自主运算处理、输出结果，不需要依靠人工在地面上进行分析和比对，完全实现巡检的智能化。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的一种电力巡线原理图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本公开的一种电力巡线系统，包括无人机主体，所述无人机主体上设置有第一控制器、第二控制器和第一机载激光雷达；

所述第一控制器，用于规划无人机的飞行轨迹，并在飞行过程中规避障碍物；

所述第一机载激光雷达，用于向探测的电力输电线走廊发射激光脉冲，直接获取电力输电线走廊内所有地物信息；

所述第二控制器，用于对电力输电线走廊内所有地物信息形成点云数据，利用点云数据对电力输电线走廊进行三维建模，进而分析出电力输电线走廊的实时工况以及模拟工况。

输电线路走廊是电网的主要部分，走廊内地形、地貌、地物(植被、建筑等)、电塔、挂线点位置等是电网建设和管理极为关注的对象。但是一次飞行任务获取的原始点云包括了输电线走廊内的所有地物目标，而实际应用中需要将不同类型地物目标的激光点分离出来，即进行滤波分类。滤波即将原始点分为地面点和非地面点，地面激光点经过插值或构网可得到走廊的数字地形模型(DEM)，而非地面点可经过进一步处理提取各类地物点。

走廊三维重建也即输电线路本体建模，这是输电线路安全分析的基础。目前，除了DEM等可自动重建外，走廊内的很多地物主要还是依赖于人工勾绘和第三方软件，如AutoCAD、3DMax等。此处以电力线建模为例，展示该团队自动或半自动的建模结果。

电力线走廊数字化重建后，即可得在电脑中直观立体显示电力线、电塔的位置、与走廊地物的空间关系；结合杆塔上安装的温度、湿度、风速等监控设备传回的数据，即可在三维数字化电网基础上进行各种电力作业分析，如预测与模拟不同温度、风速、覆冰下弧垂变化情况，模拟树木生长情况等。

在一个或多个实施例中，所述第一控制器还与第二机载激光雷达相连，所述第二机载激光雷达用于实时获取无人机飞行过程中遇到的障碍物信息并传送至第一控制器，以实现准确避障的目的。

激光雷达，LightDetectionAndRanging(LiDAR)，即激光探测与测距，结合了激光技术与现代光电探测技术，以激光器为发射光源，向探测目标发射高频率激光脉冲来获取目标的空间位置等信息。激光雷达系统通常集成了激光测距技术、全球定位技术(GPS)和惯性测量技术(IMU)，能够直接、快速、主动、精确地获取目标的三维空间信息，而且获取的数据密度高、分辨率高。基于这些数据获取优势，激光雷达与成像光谱技术、成像雷达技术并列为对地观测领域的三大前沿技术。激光雷达按照搭载平台的不同可以分为星载、机载和地基激光雷达。星载激光雷达主要用于航天、科学试验等。

如：美国NASA2003年发射ICESat-1卫星上搭载的GLAS(GeoscienceLaserAltimeterSystem)、我国2007年在嫦娥一号上搭载的激光测高仪等。地面激光雷达则主要用于地物三维精细建模，适于小尺度应用。机载激光雷达以无人机、直升机等为平台，高频率激光脉冲具有一定穿透性，能够穿透茂密植被冠层，获取林下地形信息，非常适于狭长区域、植被覆盖、地形复杂区域的三维信息获取，这为数字电网建设和线路安全巡检等提供了强有力的技术支撑，其应用可覆盖前期的电网线路规划、勘测、设计施工，乃至后期的数字化管理、安全运营和维护等。

机载激光雷达的工作方式和原理，即激光测距系统向探测目标主动发射高频率的激光脉冲，直接获取地物表面的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息，经过处理生成高密度的三维空间坐标，即点云。激光点云数据的每个点不仅具有x、y平面坐标信息，还具有高程信息，即z值，同时还可从不同视角对这些点云进行三维显示、量测，计算点云所表达目标的表面积、体积等，这也是激光雷达区别于传统光学遥感和微波遥感数据的最大优点。

在一个或多个实施例中，在所述第一控制器中，基于Dubins路径的避障规划算法实现无人机的避障路径规划；所述基于Dubins路径的避障规划算法是遗传算法结合无人机的飞行性能和最小转弯半径得到的。

在一个或多个实施例中，所述第二控制器，包括：

点云数据分类模块，其用于根据输电线路走廊内目标物的特征而训练完成的点云数据分类器，对点云数据进行分类；

点云数据三维渲染模块，其用于对分类后的点云数据进行输电线路走廊三维重建，并对重建的模型进行渲染；

电力线模拟分析模块，其用于通过点云滤波、空间差值，以及影像配准和灾前灾后的差值计算，提取地形变化或者其他专题变化图，快速、直观地了解线路上的异常情况，并采取相应应对方案。

在一个或多个实施例中，所述第二控制器还与人机交互模块相连。

如图1所示，本实施例的电力巡线系统的巡线方法，包括：

规划无人机的飞行轨迹，并在飞行过程中规避障碍物，同时接收第一机载激光雷达向探测的电力输电线走廊发射激光脉冲，直接获取电力输电线走廊内所有地物信息；

对电力输电线走廊内所有地物信息形成点云数据，利用点云数据对电力输电线走廊进行三维建模，进而分析出电力输电线走廊的实时工况以及模拟工况。

作为一种实施方式，电力巡线系统的巡线方法，还包括：

第二机载激光雷达实时获取无人机飞行过程中遇到的障碍物信息并传送至第一控制器，以实现准确避障的目的。

作为一种实施方式，分析出电力输电线走廊的实时工况及模拟工况的具体过程为：

根据输电线路走廊内目标物的特征而训练完成的点云数据分类器，对点云数据进行分类；

通过各种类型的点云数据进行滤波、空间差值以及影像配准和灾前灾后的差值计算，提取地形变化特征值，获得线路上的异常情况，并从故障对策数据库内查找相应故障对策方案。

以上仅仅是机载激光雷达在数字电网建设与巡检中最基本的工作流程。激光雷达在电力中的应用面非常广，如架设线路选址、砍伐树木与土方量计算、地质灾害监测、走廊变化检测(如违章建筑、树木生长情况等)，还可以结合地面三维激光扫描技术(TerrestrialLaserScanningtechnology,TLS)进行数字变电站建设；融合点云和高分辨率的光学数码影像，实现输电线路走廊真三维数字重建；结合多期点云和影像数据，通过对各种类型的点云数据进行滤波、空间差值以及影像配准和灾前灾后的差值计算，提取地形变化特征值，获得线路上的异常情况，并从故障对策数据库内查找相应故障对策方案。

本实施例在无人机巡检之飞行过程中无人机不需要人工操控，能够实现避障飞行；无人机获取的数据，能够智能化自主运算处理、输出结果，不需要依靠人工在地面上进行分析和比对，完全实现巡检的智能化。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种电力巡线系统，其特征在于，包括无人机主体，所述无人机主体上设置有第一控制器、第二控制器和第一机载激光雷达；

所述第一控制器，用于规划无人机的飞行轨迹，并在飞行过程中规避障碍物；

所述第一机载激光雷达，用于向探测的电力输电线走廊发射激光脉冲，直接获取电力输电线走廊内所有地物信息并传送至第二控制器；

所述第二控制器，用于对电力输电线走廊内所有地物信息形成点云数据，利用点云数据对电力输电线走廊进行三维建模，进而分析出电力输电线走廊的实时工况以及模拟工况。

2.如权利要求1所述的电力巡线系统，其特征在于，所述第一控制器还与第二机载激光雷达相连，所述第二机载激光雷达用于实时获取无人机飞行过程中遇到的障碍物信息并传送至第一控制器，以实现准确避障的目的。

3.如权利要求1所述的电力巡线系统，其特征在于，所述第二控制器，包括：

点云数据分类模块，其用于根据输电线路走廊内目标物的特征而训练完成的点云数据分类器，对点云数据进行分类；

电力线模拟分析模块，其用于通过各种类型的点云数据进行滤波、空间差值以及影像配准和灾前灾后的差值计算，提取地形变化特征值，获得线路上的异常情况，并从故障对策数据库内查找相应故障对策方案。

4.如权利要求3所述的电力巡线系统，其特征在于，所述第二控制器，还包括：

点云数据三维渲染模块，其用于对分类后的点云数据进行输电线路走廊三维重建，并对重建的模型进行渲染。

5.如权利要求1所述的电力巡线系统，其特征在于，所述第二控制器还与人机交互模块相连。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的电力巡线系统的巡线方法，其特征在于，包括：

规划无人机的飞行轨迹，并在飞行过程中规避障碍物，同时接收第一机载激光雷达向探测的电力输电线走廊发射激光脉冲，直接获取电力输电线走廊内所有地物信息；

对电力输电线走廊内所有地物信息形成点云数据，利用点云数据对电力输电线走廊进行三维建模，进而分析出电力输电线走廊的实时工况以及模拟工况。

7.如权利要求6所述的电力巡线系统的巡线方法，其特征在于，还包括：

第二机载激光雷达实时获取无人机飞行过程中遇到的障碍物信息并传送至第一控制器，以实现准确避障的目的。

8.如权利要求6所述的电力巡线系统的巡线方法，其特征在于，分析出电力输电线走廊的实时工况及模拟工况的具体过程为：

根据输电线路走廊内目标物的特征而训练完成的点云数据分类器，对点云数据进行分类；

通过各种类型的点云数据进行滤波、空间差值以及影像配准和灾前灾后的差值计算，提取地形变化特征值，获得线路上的异常情况，并从故障对策数据库内查找相应故障对策方案。