CN111198004A

CN111198004A - 一种基于无人机的电力巡查信息采集系统

Info

Publication number: CN111198004A
Application number: CN202010010244.3A
Authority: CN
Inventors: 房静; 彭一男; 吴鹏
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2020-05-26

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，包括无人机巡检单元、外部集成处理单元和人机交互单元，所述无人机巡检单元包括无人机，所述无人机上承载有视觉定位模块、数据传输模块、图像信息传输模块、测距避障模块、云台卡口模块、定位模块、定高模块、飞行控制模块和外部负载搭载模块。本发明，该基于无人机的电力巡查系统，克服现有无人机系统的缺点，开发出一套功能全面，成本较低，操作人员易于掌握的无人机信息采集系统，且在无人机及机载设备做出优化，提高数据识别采集的准确性和巡检效率，降低人工成本以及电力巡检工作危险性。

Description

一种基于无人机的电力巡查信息采集系统

技术领域

本发明涉及信息采集技术领域，尤其涉及一种基于无人机的电力巡查信息采集系统。

背景技术

现有的电力巡查：主要包括三个方面，风力发电厂风机叶片检测、火电厂电力盘煤检测和光伏电站的光伏板巡检

（1）现在的风机叶片裂缝检测方法很多都是通过地面敲击辨音、望远镜观测等，或者通过将检修工程师通过简易升降装置送至叶片所在高度，费时费力而且安全性较低。

（2）盘煤对于火电厂是一项繁重却又必不可少的环节，煤炭成本对于火电厂的效益有着直接影响，因此电厂每月必须对月末储煤量进行一次全面测量，不但任务繁重，而且测量结果的准确性直接影响火电厂的发电煤耗率和经济指标，据统计，一般而言，人工盘煤数据成效往往与现实数目的误差在7%左右；

（3）光伏电站并网后带来了大量的运营维护压力，如常规设备检测、光伏板巡检等。传统运维方式采用的是人工巡检，效率低，而且大多依据运维人员经验来判别设备故障，极易产生偏差。同时，在偏远地区恶劣的自然环境下，光伏电站巡检工作是十分困难和危险的。对于农光互补、渔光互补、屋顶电站等光伏区，传统的人工巡检已不能满足需求，无法实现安全高效的光伏巡检目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，包括无人机巡检单元、外部集成处理单元和人机交互单元；

所述无人机巡检单元和外部集成处理单元通过数据线连接，无人机巡检单元和外部集成处理单元与人机交互单元通过无线连接；

所述无人机巡检单元包括无人机，所述无人机上承载有视觉定位模块、数据传输模块、图像信息传输模块、测距避障模块、云台卡口模块、定位模块、定高模块、飞行控制模块和外部负载搭载模块。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述云台卡口模块为三轴增稳云台，采用所述三轴增稳云台可以搭载红外热成像相机或三轴增稳高清变焦相机，用于采集风机叶片表面或者太阳能电池板表面的温度信息以及图像信息，并将温度数据和图像信息通过图像信息传输模块传回至外部集成处理单元。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述视觉定位模块用于地面操作人员根据视觉模块的图像调整无人机悬停姿态，使无人机悬停在有利于拍照的角度和位置。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述数据传输模块采用3DRobotics数据传输模块，具有传输距离远，传输速度快的优点，所述图像信息传输模块采用Lightbridge2首发一体。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述测距避障模块采用KS109收发一体超声波测距模块，用于检测无人机巡检单元与风机叶片以及其它障碍物的距离，同时，测距避障模块可对风机叶片缺陷边缘的距离测量，实现缺陷位置和面积的计算。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述定高模块选择为气压计定高模块，所述定高模块用于测量无人机的飞行高度，并把高度数据传输给飞行控制模块。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述飞行控制模块包括航线预定模块、电量检测模块和飞行姿态控制模块，所述航线预定模块用于控制无人机按照预定航线进行巡检，所述电量检测模块用于实时检测无人机电池电量，所述飞行姿态控制模块用于保证无人机的工作时在不同飞行环境下飞行姿态的正常稳定，所述飞行控制模块根据定高模块的数据与航线预定模块数据比对修正无人机的飞行高度。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述外部集成处理单元2包括数据库模块，图像分析模块，信息传输模块，所述图像分析模块用于对无人机巡检单元传回的数据进行分析处理，形成初步检测报告，所述图像分析模块应用frangi vesselness 筛选器技术将风机叶片图像中的缺陷增强，使缺陷明显化，利用双边滤波技术降低在图像获取过程中受到各种噪声对图像造成的失真，进而影响判断结果，利用meanshift技术对缺陷目标进行追踪，最后应用svm分类器技术在大数据的基础下对缺陷图像进行识别分类，最终生成含扇叶缺陷类型和扇叶缺陷大小的缺陷检测报告，盘煤分析模块将传入的图片计算出经纬度以及航飞的转折点.然后取45度范围的激光面,并用最小二乘法计算向量,得出煤堆的各个方位的信息,最后统一计算出煤堆的长宽高以及体积并将其构建3D网络模型,然后将模型显示出来并保存到本地。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述人机交互单元包括远程控制模块和用户操作界面模块，所述远程控制模块用于接受外部集成处理单元发出的初步检测报告和缺陷图像信息，还用于接受无人机的位置信息，并通过无线数据传输至远端运营管理平台，所述远程控制模块还用于对无人机巡检单元发出巡检指令，所述用户操作界面模块用于操作手对无人机进行可视化操作任务，以及保障无人机的安全。

有益效果

本发明提供了一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，具备以下有益效果：

克服现有无人机系统的缺点，开发出一套功能全面，成本较低，操作人员易于掌握的无人机信息采集系统，且在无人机及机载设备做出优化，提高数据识别采集的准确性和巡检效率，降低人工成本以及电力巡检工作危险性，同时为无人机在电力巡检方面的运用提供更多可能，无人机搭载可见光相机、热红外传感器或激光雷达，采集具体任务类型即风电叶片检测、盘煤或太阳能光斑检测的可见光或热红外图像或三维图，实现无人机智能化巡检，提高电力系统巡检效率和安全性，可见光和热红外图像实时存储，可快速导出至pc端或移动端，后续利用无人机智能诊断软件对无人机采集的热红外图像和可见光图像进行智能化处理，实现组件不发电检测、灰尘污垢遮挡、组件裂纹破损、胶衣开裂、砂眼空洞、裂纹等故障引起电力系统不正常工作的自动化诊断和定位，提高巡检效率和故障诊断的精确度，激光雷达，三维图能精确测量煤堆体积，大大提高煤场的计算煤堆体积质量，进行统计的效率，免去了人工盘煤的成本，和减少盘煤时间。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统的系统结构框图；

图2为本发明中无人机巡检单元的系统结构框图；

图3为本发明中外部集成处理单元的系统结构框图；

图4为本发明中飞行控制模块的系统结构框图；

图5为本发明中人机交互单元的系统结构框图。

附图说明：

1、无人机巡检单元；11、无人机；12、视觉定位模块；13、数据传输模块；14、图像信息传输模块；15、测距避障模块；16、云台卡口模块；17、定位模块；18、定高模块；19、飞行控制模块；20、外部负载搭载模块；2、外部集成处理单元；21、数据库模块；22、图像分析模块；23、信息传输模块；24、航线预定模块；25、电量检测模块；26、飞行姿态控制模块；3、人机交互单元；31、远程控制模块；32、用户操作界面模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，包括无人机巡检单元1、外部集成处理单元2和人机交互单元3；

无人机巡检单元1和外部集成处理单元2通过数据线连接，无人机巡检单元1和外部集成处理单元2与人机交互单元3通过无线连接；

无人机巡检单元1包括无人机11，无人机11上承载有视觉定位模块12、数据传输模块13、图像信息传输模块14、测距避障模块15、云台卡口模块16、定位模块17、定高模块18、飞行控制模块19和外部负载搭载模块20。

云台卡口模块16为三轴增稳云台，采用三轴增稳云台可以搭载红外热成像相机或三轴增稳高清变焦相机，用于采集风机叶片表面或者太阳能电池板表面的温度信息以及图像信息，并将温度数据和图像信息通过图像信息传输模块14传回至外部集成处理单元2。

视觉定位模块12用于地面操作人员根据视觉模块的图像调整无人机11悬停姿态，使无人机11悬停在有利于拍照的角度和位置。

数据传输模块13采用3DRobotics数据传输模块，具有传输距离远，传输速度快的优点，图像信息传输模块14采用Lightbridge2首发一体。

测距避障模块15采用KS109收发一体超声波测距模块，用于检测无人机巡检单元1与风机叶片以及其它障碍物的距离，同时，测距避障模块15可对风机叶片缺陷边缘的距离测量，实现缺陷位置和面积的计算。

定高模块18选择为气压计定高模块，定高模块18用于测量无人机11的飞行高度，并把高度数据传输给飞行控制模块19。

飞行控制模块19包括航线预定模块24、电量检测模块25和飞行姿态控制模块26，航线预定模块24用于控制无人机11按照预定航线进行巡检，电量检测模块25用于实时检测无人机11电池电量，飞行姿态控制模块26用于保证无人机11的工作时在不同飞行环境下飞行姿态的正常稳定，飞行控制模块19根据定高模块18的数据与航线预定模块24数据比对修正无人机11的飞行高度。

外部集成处理单元2包括数据库模块21，图像分析模块22，信息传输模块23，图像分析模块22用于对无人机巡检单元1传回的数据进行分析处理，形成初步检测报告，图像分析模块22应用frangi vesselness 筛选器技术将风机叶片图像中的缺陷增强，使缺陷明显化，利用双边滤波技术降低在图像获取过程中受到各种噪声对图像造成的失真，进而影响判断结果，利用meanshift技术对缺陷目标进行追踪，最后应用svm分类器技术在大数据的基础下对缺陷图像进行识别分类，最终生成含扇叶缺陷类型和扇叶缺陷大小的缺陷检测报告，盘煤分析模块将传入的图片计算出经纬度以及航飞的转折点.然后取45度范围的激光面,并用最小二乘法计算向量,得出煤堆的各个方位的信息,最后统一计算出煤堆的长宽高以及体积并将其构建3D网络模型,然后将模型显示出来并保存到本地。

人机交互单元3包括远程控制模块31和用户操作界面模块32，远程控制模块31用于接受外部集成处理单元2发出的初步检测报告和缺陷图像信息，还用于接受无人机11的位置信息，并通过无线数据传输至远端运营管理平台，远程控制模块31还用于对无人机巡检单元1发出巡检指令，用户操作界面模块32用于操作手对无人机11进行可视化操作任务，以及保障无人机11的安全。

工作原理：（1）巡航航线设定：通过人机交互单元3预先对无人机巡检单元1上的飞行控制模块19的航线预定模块24设定巡检航线，该航线可长时间保存于航线预定模块24。

（2）巡检任务启动：操作人员在人机交互单元3发出巡检指令，无人机巡检单元1通过数据传输模块13接收人机交互单元3的巡检任务指令，按预先设定好的航线，或者有操作人员通过人机交互单元3实时控制飞行，进行巡检任务。

（3）风电场扇叶表面缺陷图像采集：按航线设定，无人机11飞行至待巡检的风机位置，飞行控制模块19通过数据传输模块13向人机交互单元3传输位置信息，提示人机交互单元3到达预定位置；操作人员开启视觉定位模块12,根据视觉定位模块12的图像信息调整无人机11悬停在适宜拍照的角度和位置；操作人员通过人机交互单元3给无人机巡检单元1传输指令，指令云台相机自动对焦拍摄巡检扇叶图像，并将图像信息通过图像信息传输模块14传回至外部集成处理单元2，将图像位置信息通过数据传输模块13传回人机交互单元3，依次重复上述过程。

（4）煤场煤堆三维数据采集：按航线设定，无人机11飞行至盘煤起始位置，飞行控制模块19通过数据传输模块13向人机交互单元3传输位置信息，提示人机交互单元3到达预定位置；操作人员开启视觉定位模块12以及外部负载激光雷达,根据视觉定位模块12的图像信息调整无人机11悬停在适宜采集数据的角度和位置；操作人员通过人机交互单元3给无人机巡检单元1传输指令，指令激光雷达自动扫描下方煤堆，并将采集到的数据和图像通过图像信息传输模块14传回至外部集成处理单元2，将数据位置信息通过数据传输模块13传回人机交互单元3，依次重复上述过程。

当飞行控制模块19上设置的电量检测模块25检测电池电量低于设定值时，飞行控制模块19采集当前位置信息并通过数据传输模块13向人机交互单元3传输位置信息并保存在远程控制模块31上；无人机11自动飞回起飞点，更换电池开启无人机巡检，无人机巡检单元1自动接收人机交互单元3的远程控制模块31的指令按预定航线设置继续执行巡检任务。

（5）风机扇叶缺陷自动诊断：外部集成处理单元2对无人机巡检单元1传回的图像文件进行分析处理，应用frangi vesselness 筛选器技术将风机叶片图像中的缺陷增强，使缺陷明显化；利用双边滤波技术降低在图像获取过程中受到各种噪声对图像造成的失真，进而影响判断结果，利用meanshift技术对缺陷目标进行追踪，最后应用svm分类器技术在大数据的基础下对缺陷图像进行识别分类，最终生成含缺陷类型和缺陷大小的检测报告。

（6）煤场煤堆体积测量：数据库模块21对无人机巡检单元1传回的数据进行存储，由数据传输模块13传回至人机交互单元3，盘煤分析算法将传入的图片计算出经纬度以及航飞的转折点.然后取45度范围的激光面,并用最小二乘法计算向量,得出煤堆的各个方位的信息,最后统一计算出煤堆的长宽高以及体积并将其构建3D网络模型,然后将模型显示出来并保存到本地。

（7）巡检结果反馈：外部集成处理单元2将检测报告及对应叶片表面图像或者煤堆三维数据通过信息传输模块23传输给人机交互单元3，人机交互单元3通过无线数据将风机叶片检测情况传输至远端运营管理平台，管理人员依据检测报告下达检修任务，对存在缺陷的叶片进行维修。人机交互单元3通过无线数据将煤堆三维数据传输至地面工作站，利用软件建模得出煤堆体积；同时，外部集成处理单元2对外部负载搭载模块20和云台卡口模块16传输的数据进行分析，对叶片易出现缺陷区域及以叶片出现缺陷周期或煤堆实际体积以及微小误差做出有效分析和预测。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，包括无人机巡检单元（1）、外部集成处理单元（2）和人机交互单元（3）；

所述无人机巡检单元（1）和外部集成处理单元（2）通过数据线连接，无人机巡检单元（1）和外部集成处理单元（2）与人机交互单元（3）通过无线连接；

所述无人机巡检单元（1）包括无人机（11），所述无人机（11）上承载有视觉定位模块（12）、数据传输模块（13）、图像信息传输模块（14）、测距避障模块（15）、云台卡口模块（16）、定位模块（17）、定高模块（18）、飞行控制模块（19）和外部负载搭载模块（20）。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，所述云台卡口模块（16）为三轴增稳云台，采用所述三轴增稳云台可以搭载红外热成像相机或三轴增稳高清变焦相机，用于采集风机叶片表面或者太阳能电池板表面的温度信息以及图像信息，并将温度数据和图像信息通过图像信息传输模块（14）传回至外部集成处理单元（2）。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，所述视觉定位模块（12）用于地面操作人员根据视觉模块的图像调整无人机（11）悬停姿态，使无人机（11）悬停在有利于拍照的角度和位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，所述数据传输模块（13）采用3DRobotics数据传输模块，具有传输距离远，传输速度快的优点，所述图像信息传输模块（14）采用Lightbridge2首发一体。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，所述测距避障模块（15）采用KS109收发一体超声波测距模块，用于检测无人机巡检单元（1）与风机叶片以及其它障碍物的距离，同时，测距避障模块（15）可对风机叶片缺陷边缘的距离测量，实现缺陷位置和面积的计算。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，所述定高模块（18）选择为气压计定高模块，所述定高模块（18）用于测量无人机（11）的飞行高度，并把高度数据传输给飞行控制模块（19）。

7.根据权利要求1所述的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，所述飞行控制模块（19）包括航线预定模块（24）、电量检测模块（25）和飞行姿态控制模块（26），所述航线预定模块（24）用于控制无人机（11）按照预定航线进行巡检，所述电量检测模块（25）用于实时检测无人机（11）电池电量，所述飞行姿态控制模块（26）用于保证无人机（11）的工作时在不同飞行环境下飞行姿态的正常稳定，所述飞行控制模块（19）根据定高模块（18）的数据与航线预定模块（24）数据比对修正无人机（11）的飞行高度。

8.根据权利要求1所述的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，所述外部集成处理单元2包括数据库模块（21），图像分析模块（22），信息传输模块（23），所述图像分析模块（22）用于对无人机巡检单元（1）传回的数据进行分析处理，形成初步检测报告，所述图像分析模块（22）应用frangi vesselness 筛选器技术将风机叶片图像中的缺陷增强，使缺陷明显化，利用双边滤波技术降低在图像获取过程中受到各种噪声对图像造成的失真，进而影响判断结果，利用meanshift技术对缺陷目标进行追踪，最后应用svm分类器技术在大数据的基础下对缺陷图像进行识别分类，最终生成含扇叶缺陷类型和扇叶缺陷大小的缺陷检测报告，盘煤分析模块将传入的图片计算出经纬度以及航飞的转折点.然后取45度范围的激光面,并用最小二乘法计算向量,得出煤堆的各个方位的信息,最后统一计算出煤堆的长宽高以及体积并将其构建3D网络模型,然后将模型显示出来并保存到本地。

9.根据权利要求1所述的一种基于无人机的电力巡查信息采集系统，其特征在于，所述人机交互单元（3）包括远程控制模块（31）和用户操作界面模块（32），所述远程控制模块（31）用于接受外部集成处理单元（2）发出的初步检测报告和缺陷图像信息，还用于接受无人机（11）的位置信息，并通过无线数据传输至远端运营管理平台，所述远程控制模块（31）还用于对无人机巡检单元（1）发出巡检指令，所述用户操作界面模块（32）用于操作手对无人机（11）进行可视化操作任务，以及保障无人机（11）的安全。