CN110864630B - 基于无人机的输电线路跳线距离测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无人机的输电线路跳线距离测量方法及系统。该基于无人机的输电线路跳线距离测量方法，可以用于测量跳线与横担之间的距离。该输电线路跳线距离测量方法工作时，通过无人机获取包括横担与跳线的图像，并传递给上位机。上位机可以根据无人机与第一横担之间的距离及无人机获取的图像计算得到跳线与横担之间的距离。该输电线路跳线距离测量方法，通过无人机和上位机配合即可测得跳线与横担之间的距离，从而可以避免人工测量带来的测量不便和安全性较差的问题。

Description

基于无人机的输电线路跳线距离测量方法及系统

技术领域

本发明涉及输电线路数据采集领域，特别是涉及基于无人机的输电线路跳线距离测量方法及系统。

背景技术

按照现有输电线路的设计，输电线路在耐张塔的横担处一般设有跳线，用于让带电的导线与杆塔保持足够的电气距离，如图1所示。跳线与横担之间的距离是否达到要求对输电线路的安全与否具有重大意义。

传统技术中，跳线与横担之间的距离一般依靠人工进行测量。

发明人在实现传统技术的过程中发现：人工测量跳线与横担之间的距离的安全性较差。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中存在的人工测量跳线与横担之间的距离的安全性较差的问题，提供一种基于无人机的输电线路跳线距离测量方法及系统。

一种基于无人机的输电线路跳线距离测量方法，用于测量跳线与横担之间的距离，包括：无人机悬停至与所述横担同一水平面的位置，并获取包括所述横担与所述跳线的图像；无人机获取第一距离，并将所述图像与所述第一距离传输至上位机；所述第一距离为所述无人机至所述横担的距离；所述上位机根据所述图像和所述第一距离，计算所述跳线相对所述无人机的俯视角；所述上位机根据所述俯视角，计算得到所述跳线与所述横担之间距离。

上述基于无人机的输电线路跳线距离测量方法，可以用于测量跳线与横担之间的距离。该输电线路跳线距离测量方法工作时，通过无人机获取包括横担与跳线的图像，并传递给上位机。上位机可以根据无人机与第一横担之间的距离及无人机获取的图像计算得到跳线与横担之间的距离。该输电线路跳线距离测量方法，通过无人机和上位机配合即可测得跳线与横担之间的距离，从而可以避免人工测量带来的测量不便和安全性较差的问题。

一种输电线路跳线距离测量系统，包括无人机和与所述无人机通信连接的上位机；所述输电线路跳线距离测量系统工作时实现上述实施例所述的输电线路跳线距离测量方法。

上述输电线路跳线距离测量系统，包括无人机和与无人机通信连接的上位机。该输电线路跳线距离测量系统工作时可以实现上述实施例所述的输电线路跳线距离测量方法。该输电线路跳线距离测量系统，通过无人机和上位机配合即可测得跳线与横担之间的距离，从而可以避免人工测量带来的测量不便和安全性较差的问题。

附图说明

图1为跳线与横担之间的位置关系示意图。

图2为本申请一个实施例中无人机获取的图像的示意图。

图3为本申请一个实施例中测量表格的示意图。

图4为本申请一个实施例中步骤S300的示意图。

图5为本申请另一个实施例中步骤S300的示意图。

图6为本申请另一个实施例中测量表格的示意图。

图7为本申请一个实施例中步骤S400的示意图。

图8为本申请另一个实施例中步骤S400的示意图。

其中，各附图标号所代表的含义分别为：

110、横担；

120、跳线；

130、引流线；

140、输电导线；

200、测量表格；

210、第一坐标；

220、第二坐标；

230、第三坐标；

240、尺寸变化线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在输电线路中，杆塔是架空输电导线140的基本设备。按照杆塔的不同功能，可以将杆塔分为直线塔、耐张塔、转角塔、分支塔、终端塔和跨越塔等。这是本领域的公知常识，不再赘述。其中，耐张塔顶部一般设有横担110。横担110是一种横向固定的角铁，用于架空输电导线140。如图1所示，横担110的两端为架空的输电导线140。两段输电导线140之间一般连接有跳线120，跳线120可以通过引流线130与输电导线140相连。跳线120的作用是为了让通电的导线与横担110保持足够的电气距离。

一般来说，跳线120与横担110之间的距离可以满足如下条件：当输电导线140的输电电压为110kV时，跳线120与横担110之间的距离应大于等于1.2米；当输电导线140的输电电压为220kV时，跳线120与横担110之间的距离应大于等于1.9米；当输电线的输电电压为500kV时，跳线120与横担110之间的距离应大于等于3.9米。

在这里，跳线120一般为一弧形下垂导线。跳线120与横担110之间的距离可以是跳线120的下垂最低点到横担110的垂直距离。

在传统技术中，跳线120与横担110之间的距离一般依靠人工登塔测量。本申请针对传统技术中人工测量跳线120与横担110之间的距离的安全性较差的问题，提供一种基于无人机的输电线路跳线120距离测量方法及系统。

一种基于无人机的输电线路跳线120距离测量方法，可以用于测量跳线120与横担110之间的距离，包括如下步骤：

S100，无人机悬停至与横担110同一水平面的位置，并获取包括横担110与跳线120的图像。

无人机可以配备有可见光摄像机、红外成像仪和紫外成像仪的至少一个，用于进行图像的获取。

无人机悬停至与横担110同一水平面的位置，即无人机悬停至横担110所在的水平面。悬停后，无人机获取图像，该图像内应包括待进行距离测量的横担110和跳线120。无人机获取图像时，其所配备的可见光摄像机、红外成像仪或紫外成像仪应正对横担110。一般来说，若跳线120的下垂最低点正对横担110的中点，则无人机的位置可以处于横担110的中垂线上，并正对横担110。若跳线120的下垂最低点相对横担110的中点有横向偏移，则无人机的位置也可以相对应的进行横向调节。

上述图像包括横担110与跳线120的意思是：图像应至少包括横担110和跳线120待进行距离测量的位置。例如，在进行跳线120与横担110之间的距离测量时，若测量弧形跳线120的下垂最低点与横担110之间的距离。此时，图像应至少包括跳线120的下垂最低点，以及横担110上与该下垂最低点在同一竖线上的位置。无人机获取到的图像可以如图2所示。

S200，无人机获取第一距离，并将图像与第一距离传输至上位机；第一距离为无人机至横担110的距离。

无人机可以配备有用于进行距离测量的测距仪。

步骤S100之后，即无人机悬停并获取图像后，还需要获取无人机至横担110的距离。在这里，无人机至横担110的距离可以是无人机距离横担110之间的最短距离。无人机可以通过测距仪进行距离的测量。为方便描述，我们将无人机与横担110之间的距离称为第一距离。

无人获取第一距离后，将第一距离和无人机在步骤S100中获取的图像传输至上位机。无人机可以和上位机无线通信连接，从而进行图像的传输。

S300，上位机根据图像和第一距离，计算跳线120相对无人机的俯视角。

上位机获取无人机获取的图像和第一距离后，即可根据该图像和第一距离计算得到跳线120相对无人机的俯视角。其中，跳线120相对无人机的俯视角是指：无人机悬停至与横担110同一水平面后，跳线120待测距点与无人机之间的连线和无人机所在水平面之间构成的夹角。

S400，上位机根据俯视角，计算得到跳线120与横担110之间距离。

得到俯视角和第一距离后，即可根据俯视角和第一距离进行计算，从而得到跳线120与横担110之间的距离。

更具体的，本申请的基于无人机的输电线路跳线120距离测量方法工作时，无人机先悬停至与横担110同一水平面的位置，对横担110和跳线120进行拍摄，从而得到包括横担110和跳线120的图像。同时，无人机还可以获取其到横担110的第一距离。无人机获取第一距离和图像后，可以传递至上位机。此时，上位机根据获取到的图像和第一距离，即可计算得到跳线120相对无人机的俯视角，进而得到跳线120与横担110之间的距离。该输电线路跳线120距离测量方法，通过无人机和上位机配合即可测得跳线120与横担110之间的距离，从而可以避免人工测量带来的测量不便和安全性较差的问题。

在一个实施例中，上述第一距离在三米到五米的预设范围内。

具体的，上述步骤S100之前，包括：

S001，无人机升降至与横担110同一水平面的位置。

无人机工作，进行升降。升降过程中，无人机判断其是否与横担110在同一水平面上。若无人机未与横担110在同一水平面，则继续升降。反之，当无人机与横担110在同一水平面上时，则停止升降。

无人机可以通过发射激光并接收激光回波等手段判断其是否与横担110在同一同一水平面上。

S002，无人机获取无人机至横担110的第二距离，并判断第二距离是否在预设范围。

无人机与横担110在同一水平面后，即可进行无人机至横担110的距离测量。在上述实施例中，我们将步骤S200测得的无人机与横担110之间的距离命名为第一距离。为区别于该第一距离，我们将步骤S002测得的无人机至横担110的距离命名为第二距离。换句话说，第二距离是在步骤S100之前测得的无人机与横担110之间的距离，其不受上述预设范围的约束。第一距离是在步骤S100之后测得的无人机与横担110之间的距离，其范围应控制在预设范围内。

S003，若第二距离超出预设范围，则调整无人机的水平位置，直至无人至横担110的第二距离在预设范围内。

第二距离超出预设范围的意思是：第二距离大于五米或小于三米。若第二距离大于五米，则调整无人机的水平位置，使无人机靠近横担110；反之，若第二距离小于三米，则调整无人机的水平位置，使无人机远离横担110，以使无人机与横担110之间的距离在预设范围内。

无人机与横担110之间的距离在预设范围内后，即可执行步骤S100和步骤S200。此时，步骤S200获取到的第一距离，即满足预设范围的要求。

在一个实施例中，上述步骤S300上位机根据图像和第一距离，计算跳线120相对无人机的俯视角，包括：

S310，上位机获取图像。

S320，上位机获取测量表格200，测量表格200包括相互垂直的第一坐标210和第二坐标220，第一坐标210为第一距离坐标，第二坐标220为俯视角坐标。

上位机获取图像后，还获取测量表格200。测量表格200可以如图3所示。该测量表格200中，包括相互垂直的第一坐标210和第二坐标220。其中，第一坐标210为第一距离做坐标；即第一坐标210对应的是无人机与横担110之间的第一距离。第二坐标220为俯视角坐标；即第二坐标220对应的是跳线120相对无人机的俯视角。

S330，根据测量表格200和图像，获取跳线120在测量表格200上对应的俯视角。

根据测量表格200和图像，获取跳线120在测量表格200上对应的俯视角，如图4或图5所示。

在图4所示中，跳线120与横担110之间的距离是跳线120的下垂最低点到横担110的垂直距离，且第一距离为3米。此时，使第一坐标210与横担110重合，使D＝3m的坐标点与图像上横担110待测位置重合，即可在第二坐标220上找到下垂最低点。该下垂最低点在第二坐标220上的读数即为跳线120相对无人机的俯视角。

进一步的，如图5所示，当第一距离不等于3米时，如第一距离为4米时，测量表格200还可以具有尺寸变化线240。尺寸变化线240与第二坐标220相交，用于反映同一跳线120，在第一距离不同时，跳线120相对无人机俯视角度的变化。在根据测量表格200得到俯视角时，应将第一坐标210与横担110重合，第一距离在第一坐标210的坐标点与图像上横担110待测位置重合。此时，找到下垂最低点，该下垂最低点所在尺寸变化线240与第二坐标220相交的读数即为跳线120相对无人机的俯视角。

更进一步的，如图6所示，测量表格200还可以具有第三坐标230。第三坐标230与第一坐标210垂直，且与尺寸变化线240相交，用于反应跳线120与横担110之间的距离。

此时，步骤S400可以包括：

S410，上位机根据俯视角，获取俯视角所在尺寸变化线240。

S420，上位机根据俯视角所在尺寸变化线240，获取俯视角所在尺寸变化线240与第三坐标230的交点，该交点的读数即为跳线120与横担110之间的距离。

在上述实施例中，已根据测量表格200得到俯视角。在本实施例中，按图6所示的测量表格200，即可根据俯视角，沿尺寸变化线240找到俯视角在第三坐标230上对应的交点，该交点的读数即为跳线120与横担110之间的距离。

例如，在图7所示的实施例中，第一距离为3m，可以得到跳线120的俯视角在35°到40°之间。由此，根据图4中的尺寸变化线240和第三坐标230，即可得到该跳线120与横担110之间的距离在两米到三米之间。

而如果对应图8所示的实施例，即第一距离为4米，可以得到跳线120的俯视角约为45°，跳线120与横担110之间的距离约为三米。

该输电线路跳线120距离测量方法，通过无人机和上位机配合即可测得跳线120与横担110之间的距离，从而可以避免人工测量带来的测量不便和安全性较差的问题。

本申请还提供一种输电线路跳线120距离测量系统，包括无人机和与无人机通信连接的上位机。该输电线路跳线120距离测量系统工作时实现上述任意一项的输电线路跳线120距离测量方法。

具体的，这里的通信连接可以是无线通信连接，例如无人机和上位机可以通过蓝牙连接或数据连接等。该输电线路跳线120距离测量系统工作时，实现如下步骤：

无人机悬停至与横担110同一水平面的位置，并获取包括横担110与跳线120的图像；无人机获取第一距离，并将图像与第一距离传输至上位机；第一距离为无人机至横担110的距离；上位机根据图像和第一距离，计算跳线120相对无人机的俯视角；上位机根据俯视角，计算得到跳线120与横担110之间距离。

其中，该输电线路跳线120距离测量系统的第一距离应在预设范围内，该预设范围为三米至五米。

此时，该输电线路跳线120距离测量系统工作时，其在无人机悬停至与横担110同一水平面的位置，并获取包括横担110与跳线120的图像之前，还可以实现如下步骤：无人机升降至与横担110同一水平面的位置；无人机获取无人机至横担110的第二距离，并判断第二距离是否在预设范围内；若第二距离超出预设范围，则调整无人机的水平位置，直至无人至横担110的第二距离在预设范围内。

在一个实施例中，该输电线路跳线120距离测量系统工作时，在上位机根据图像和第一距离，计算跳线120相对无人机的俯视角之前，还可以执行如下步骤：上位机获取图像；上位机获取测量表格200，测量表格200包括相互垂直的第一坐标210和第二坐标220，第一坐标210为第一距离坐标，第二坐标220为俯视角坐标；根据测量表格200和图像，获取跳线120在测量表格200上对应的俯视角。

进一步的，测量表格200还可以包括与第二坐标220相交的尺寸变化线240。任一尺寸变化线240上对应不同第一距离的俯视角相同。测量表格200还可以包括与第一坐标210垂直的第三坐标230，第三坐标230为跳线120与横担110的距离坐标。第三坐标230与尺寸变化线240相交。

此时，该输电线路跳线120距离测量系统工作时，所执行的“上位机根据俯视角，计算得到跳线120与横担110之间距离”步骤，包括：上位机根据俯视角，获取俯视角所在尺寸变化线240；上位机根据俯视角所在尺寸变化线240，获取俯视角所在尺寸变化线240与第三坐标230的交点，交点的读数即为跳线120与横担110之间的距离。

在一个实施例中，无人机可以配备有可见光摄像机、红外成像仪和紫外成像仪的至少一个，用于获取图像。无人机获取图像时，其所配备的可见光摄像机、红外成像仪或紫外成像仪应水平放置并正对横担110。

同时，该无人机还可以配备有测距仪。测距仪用于距离检测。测距仪可以通过激光或雷达进行距离的检测。

在一个实施例中，上述输电线路跳线120距离测量系统，其工作时所需要的测量表格200可以提前存储于上位机内，以便于上位机执行命令时获取。该测量表格200可以如图3所示，包括相互垂直的第一坐标210和第二坐标220。其中第一坐标210为第一距离的坐标，即第一坐标210的各坐标点代表不同的无人机至横担110的距离。第二坐标220为俯视角坐标，即第二坐标220的各坐标点代表不同的无人机俯视跳线120的俯视角度。

进一步的，如图6所示，测量表格200还可以包括有尺寸变化线240。尺寸变化线240与第二坐标220相交。任一尺寸变化线240上，对应不同第一距离的俯视角相同。换句话说，尺寸变化线240可以反映同一跳线120，在第一距离不同时，跳线120相对无人机俯视角度的变化。

更进一步的，测量表格200还包括与第一坐标210垂直的第三坐标230，第三坐标230为跳线120与横担110的距离坐标。第三坐标230与尺寸变化线240相交。任一尺寸变化线240与第三坐标230的交点读数，即为该尺寸变化线240相应俯视角所对的跳线120的实际待测距离。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于无人机的输电线路跳线距离测量方法，用于测量跳线与横担之间的距离，其特征在于，包括：

无人机悬停至与所述横担同一水平面的位置，并获取包括所述横担与所述跳线的图像；

无人机获取第一距离，并将所述图像与所述第一距离传输至上位机；所述第一距离为所述无人机至所述横担的距离；

所述上位机根据所述图像和所述第一距离，计算所述跳线相对所述无人机的俯视角；

所述上位机根据所述俯视角，计算得到所述跳线与所述横担之间距离。

2.根据权利要求1所述的输电线路跳线距离测量方法，其特征在于，所述第一距离在预设范围内，所述预设范围为三米至五米。

3.根据权利要求2所述的输电线路跳线距离测量方法，其特征在于，所述无人机悬停至与所述横担同一水平面的位置，并获取包括所述横担与所述跳线的图像之前，包括：

所述无人机升降至与所述横担同一水平面的位置；

所述无人机获取所述无人机至所述横担的第二距离，并判断所述第二距离是否在预设范围内；

若所述第二距离超出所述预设范围，则调整所述无人机的水平位置，直至所述无人机至所述横担的第二距离在所述预设范围内。

4.根据权利要求1所述的输电线路跳线距离测量方法，其特征在于，所述上位机根据所述图像和所述第一距离，计算所述跳线相对所述无人机的俯视角，包括：

所述上位机获取所述图像；

所述上位机获取测量表格，所述测量表格包括相互垂直的第一坐标和第二坐标，所述第一坐标为所述第一距离坐标，所述第二坐标为所述俯视角坐标；

根据所述测量表格和所述图像，获取所述跳线在所述测量表格上对应的俯视角。

5.根据权利要求4所述的输电线路跳线距离测量方法，其特征在于，所述测量表格还包括与所述第二坐标相交的尺寸变化线，任一所述尺寸变化线上，对应不同第一距离的所述俯视角相同；

所述测量表格还包括与所述第一坐标垂直的第三坐标，所述第三坐标为所述跳线与所述横担的距离坐标；所述第三坐标与所述尺寸变化线相交；

所述上位机根据所述俯视角，计算得到所述跳线与所述横担之间距离，包括：

所述上位机根据所述俯视角，获取所述俯视角所在尺寸变化线；

所述上位机根据所述俯视角所在尺寸变化线，获取所述俯视角所在尺寸变化线与所述第三坐标的交点，所述交点的读数即为所述跳线与所述横担之间的距离。

6.一种输电线路跳线距离测量系统，其特征在于，包括无人机和与所述无人机通信连接的上位机；

所述输电线路跳线距离测量系统工作时实现如权利要求1至5任意一项所述的输电线路跳线距离测量方法。

7.根据权利要求6所述的输电线路跳线距离测量系统，其特征在于，所述无人机配备有可见光摄像机、红外成像仪和紫外成像仪的至少一个；

所述无人机还配备有测距仪。

8.根据权利要求6所述的输电线路跳线距离测量系统，其特征在于，所述上位机存储有测量表格，所述测量表格包括相互垂直的第一坐标和第二坐标，所述第一坐标为第一距离坐标，所述第二坐标为俯视角坐标。

9.根据权利要求8所述的输电线路跳线距离测量系统，其特征在于，所述测量表格还包括与所述第二坐标相交的尺寸变化线，任一所述尺寸变化线上，对应不同第一距离的所述俯视角相同。

10.根据权利要求9所述的输电线路跳线距离测量系统，其特征在于，所述测量表格还包括与所述第一坐标垂直的第三坐标，所述第三坐标为所述跳线与所述横担的距离坐标；所述第三坐标与所述尺寸变化线相交。

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