CN111311967A - 基于无人机的电力线路巡检系统及方法 - Google Patents

基于无人机的电力线路巡检系统及方法 Download PDF

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Abstract

发明公开了一种基于无人机的电力线路巡检系统及方法，其包括无人机、搭载在所述无人机上的云台、连接所述云台的成像设备以及操作端，且所述操作端用于控制所述无人机飞行，以及通过控制成像设备的动作获取电力目标的图像信息。本发明可根据任务需要挂载多种云台和对应的成像设备，满足不同任务的巡检需求，同时，可通过图像分析提高异常判断的精确度和巡检效率，以及大幅降低巡检成本。

Description

基于无人机的电力线路巡检系统及方法
技术领域
本发明涉及电力系统运维领域，具体为一种基于无人机的电力线路巡检系统及方法。
背景技术
在电力系统运维时，需要定期对电力线路杆塔及其器件进行精细化巡检。目前的巡检方法包括：1、直升机巡线：由航检员对通过防抖望远镜等对线路进行检查，同时使用直升机装备的可见光检测仪与红外热成像仪精确拍摄设备缺陷和实时运行状态，但该种巡视方法需事先根据线路走廊的路径、周边环境、杆塔结构、电气结构等制定飞行方案，且巡线费用高，长期频繁使用将支付高昂的成本，且安全性差、精度低；2、机器人巡线：即将机器人悬挂在输电线路架空避雷线上，避雷线走廊与导线走廊几乎重合，因此能够通过远程控制方式控制巡线机器人沿避雷线行走，以完成输电线路巡检作业，但该种方式下，机器人只能按照规定路径进行巡线，观测视场角太小。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于无人机的电力线路巡检系统及方法，其可根据任务需要挂载多种云台和对应的成像设备，满足不同任务的巡检需求，同时，可通过图像分析提高异常判断的精确度和巡检效率，以及大幅降低巡检成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
提供一种基于无人机的电力线路巡检系统，其包括：无人机、搭载在所述无人机上的云台、连接所述云台的成像设备以及操作端；其特征在于，所述操作端包括：
飞行路线规划单元，其用于根据若干杆塔的位置信息确定输电路线，再根据所述输电路线确定无人机的飞行路线；
建模单元，用于构建输电路线上预定电力目标的二维/三维模型，并从所述二维/三维模型中获得预定电力目标的位置信息；
飞行控制单元，其连接所述无人机、飞行路线规划单元以及建模单元，用于控制所述无人机沿输电路线飞行，或，根据预定电力目标的位置信息控制所述无人机飞行到预定位置；
成像控制单元，其用于当无人机沿输电路线飞行时，控制所述成像设备动作，以通过所述成像设备获得输电路线沿途电力目标的图像信息，或，当无人机飞行到所述预定位置时，控制所述成像设备动作，以通过所述成像设备获得预定电力目标的图像信息；
以及图像识别单元，其连接所述成像设备，用于对获得的沿途电力目标和/或预定电力目标的图像信息进行目标识别，以判断沿途电力目标和/或所述预定电力目标是否存在异常，且生成异常判断结果。
优选的，所述电力线路巡检系统还包括：显示屏，其连接所述建模单元、飞行控制单元、成像控制单元以及图像识别单元中的一种或几种，用于显示二维/三维模型、无人机飞行参数、沿途电力目标和/或所述预定电力目标的图像信息以及异常判断结果中的一种或几种。
优选的，所述图像识别单元包括AI图像识别芯片。
优选的，所述云台包括4K定焦可见光云台、10×变倍可见光云台、30×变倍可见光云台、热成像云台、三光云台中的一种或几种。
优选的，所述成像设备包括双目相机/单目相机。
优选的，所述无人机包括：RTK通信模块以及4G/5G通信模块。
优选的，所述沿途电力目标和/或预定电力目标的图像信息包括：塔杆的可见光/红外图像、连接塔杆的器件的可见光/红外图像、输电线的可见光/红外图像、建筑物的可见光/红外图像、树障的可见光/红外图像中的一种或几种。
优选的，所述杆塔的位置信息包括杆塔的海拔高度和经纬度。
还提供一种电力线路巡检方法，其包括如下步骤：
S1、根据若干杆塔的位置信息确定输电路线，再根据所述输电线路确定无人机的飞行路线；
S2、控制无人机沿飞行路线飞行，且在飞行途中获取输电路线沿途电力目标的图像信息；
S3、从所述沿途电力目标中确定预定电力目标，并构建预定电力目标的二维/三维模型，并从所述二维/三维模型中获得预定电力目标的位置信息；
S4、根据预定电力目标的位置信息控制所述无人机飞行到预定位置，且在该预定位置获取预定电力目标的图像信息；
以及S5、对获得的沿途电力目标和/或所述预定电力目标的图像信息进行图像识别，以判断沿途电力目标和/或所述预定电力目标是否存在异常，且生成异常判断结果。
优选的，步骤S1中，首先控制无人机飞行到某一杆塔上方，记录杆塔的经纬度坐标，然后飞行到该杆塔侧边，将飞机下降到和杆塔一样高度，记录该杆塔海拔高度，以此确定该杆塔的位置，依次反复，以获得若干杆塔的位置信息；再连接其中若干杆塔以确定输电路线；再根据所述输电路线确定无人机的飞行路线。。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明可根据任务需要挂载多种云台和对应的成像设备，以获得电力线路的可见光和/或红外图像信息，由此无论是在何种光线环境下均可以实现电力线路巡检，进一步的，既可以针对电力线路整体进行巡检，也可以针对单个塔杆进行其器件的状况评估，以满足多种任务需求。同时，通过对所述电力线路的图像信息进行判断，如在可见光图像中判断塔杆上存在鸟窝、雷击痕迹、断股，相关器件是否损坏、变形、松脱、被盗等，规定范围内是否有违章建筑、超范围生长的树障，以及在红外光图像中判断输电线上有无红色发热点等，以此提高异常判断的精确度，并且及时标识反馈异常部件，提醒人员及时处理。由此可在降低巡检成本低同时及时、高效、准确的反应巡检结果，提高巡检效率。
附图说明
图1为本发明中电力线路巡检系统的整体结构图；
图2为本发明操作端的整体结构图；
图3为本发明中在显示屏上显示飞行路线、杆塔的示意图；
图4为本发明中杆塔、输电线的三维点云模型；
图5为本发明中在显示屏上显示无人机围绕杆塔飞行的路线示意图；
图6为本发明中在可见光下识别连接塔杆的器件的效果图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例中的基于无人机的电力线路巡检系统包括：
无人机1；具体的，所述无人机1包括：RTK通信模块以及4G/5G通信模块，目前无人机普遍使用GPS定位，其容易因天气和环境影响导致定位误差大，使其不能精确的拍摄到电力器件的图像信息，从而导致器件检测不准；因此，本实施例中的无人机1可通过包含有RTK天线等组件的RTK通信模块增强GPS搜索能力，以及获取差分数据，以进行差分定位，且定位精度能达到厘米级，由此提高定位的精确度，同时采用4G/5G通信模块实现稳定、高效的信号传输，使得图像数据以及控制指令等传输过程中不会受图传距离影响而掉线，以实现对无人机飞行的高精度控制和数据的实时传输；
云台2，其搭载在所述无人机1上，所述云台2类型包括4K定焦可见光云台、10×变倍可见光云台、30×变倍可见光云台、热成像云台、三光云台等，其可根据实际任务需要选择；
成像设备3(包括双目相机/单目相机等)，其连接所述云台2，用于获取电力目标的图像信息；所述电力目标包括：电力塔杆、连接电力塔杆的电力器件(如防震锤、电力金具、绝缘子等)、输电线路、电力通道建筑物以及电力通道树障中的一种或几种；
操作端4，其用于控制所述无人机飞行，以及通过控制成像设备3的动作获取电力目标的图像信息，并对所述图像信息中的电力目标进行识别，生成异常判断结果并输出。
具体的，如图2所示，所述操作端4可以集成为APP，其具体包括：
飞行路线规划单元41，其用于根据若干杆塔(即图3中的001、002...005)的位置信息确定输电路线S，再根据所述输电路线S确定无人机1的飞行路线L；所述杆塔的位置信息包括杆塔的海拔高度、经纬度；如本实施例中，如图3所示，所述飞行路线规划单元41先获取若干杆塔(如图2中的001、002、003...005)的海拔高度、经纬度信息，由此可确定每一杆塔的位置，再连接其中若干杆塔以确定输电路线S(如图2中，电力沿001、002、003三个塔杆以及其相互之间连接的输电线输送)；所述飞行路线L为途经输电路线S上每一杆塔的封闭/半封闭路线，如封闭的“□”型路线或者“]”型路线等；
建模单元42，用于构建输电路线S上预定电力目标的二维/三维模型(如图4即示出了杆塔S1、输电线S2的三维点云模型)，并从所述二维/三维模型中获得预定电力目标的位置信息；如本实施例中，无人机1可先沿输电路线S飞行，以获得沿途电力目标的可见光和/或红外图像信息，然后从所述图像信息中提取预定电力目标的特征点，建模单元42再基于OpenMVG(SfM工具)、CMVS/PMVS(MVS工具)等对已分离的特征点进行匹配和重建，生成稠密点云，最终完成预定电力目标的三维建模，进一步从三维模型中获得预定电力目标位置信息；
飞行控制单元43，其连接所述无人机1、飞行路线规划单元42以及建模单元43，用于控制所述无人机1沿输电路线S飞行，或，根据预定电力目标的位置信息控制所述无人机1飞行到预定位置，如图5中所示，飞行控制单元43可控制无人机1沿虚线围绕某一塔杆飞行，直至达到预定位置；
成像控制单元44，其用于当无人机1沿输电路线S飞行时，控制所述成像设备3动作，以通过所述成像设备3获得输电路线沿途电力目标的图像信息，或，当无人机1飞行到所述预定位置时，控制所述成像设备3动作，以通过所述成像设备3获得预定电力目标的图像信息；
图像识别单元45(包括AI图像识别芯片)，其连接所述成像设备3，用于对经成像控制单元44控制成像设备3获得的沿途电力目标和/或所述预定电力目标的图像信息进行图像识别，以判断沿途电力目标和/或所述预定电力目标是否存在异常，且生成异常判断结果并输出，所述异常判断结果包括异常部位标识；如图6所示，通过成像设备3获得预定电力目标(如某一杆塔的线夹、绝缘子、防震锤等)的图像信息后，通过图像识别单元45分析在可见光下线夹有无松脱，绝缘子P有无闪络、污秽，防震锤P’是否缺损等，以及在红外光下判断有无接触点发热等，且若判断存在异常，则在图像上通过标记(如图6中的矩形框)标识；
以及显示屏46，其连接所述建模单元42、飞行控制单元43、成像控制单元44以及图像识别单元45中的一种或几种，用于显示二维/三维模型、无人机飞行参数、沿途电力目标和/或所述预定电力目标的图像信息以及异常判断结果中的一种或几种。
所述沿途电力目标和/或预定电力目标的图像信息包括：塔杆的可见光/红外图像、连接塔杆的器件的可见光/红外图像、输电线的可见光/红外图像、建筑物的可见光/红外图像、树障的可见光/红外图像中的一种或几种，且所述连接塔杆的器件包括：绝缘子、电力金具等。
本实施例中的电力线路巡检系统可根据任务需要挂载多种云台和对应的成像设备，以获得电力线路的可见光和/或红外图像信息，由此无论是在何种光线环境下均可以实现电力线路巡检，进一步的，既可以针对电力线路整体(如输电路线S上涉及的塔杆、输电线)进行巡检，也可以针对单个塔杆进行其器件的状况评估，以满足多种任务需求。同时，通过图像识别单元45对所述电力线路的图像信息进行判断，如在可见光图像中判断塔杆上存在鸟窝、雷击痕迹、断股，相关器件是否损坏、变形、松脱、被盗等，以及观察规定范围内是否有违章建筑、超范围生长的树障，以便于定期对线路通道内树木、违章建筑等情况进行重点排查、清理，确保输电通道安全，以及在红外光图像中判断输电线上有无红色发热点等，以此提高异常判断的精确度，并且及时标识反馈异常部件，提醒人员及时处理。由此可在降低巡检成本低同时及时、高效、准确的反应巡检结果，提高巡检效率。
实施例2：
本实施例提供了一种通过上述电力线路巡检系统实现的电力线路巡检方法，其包括：
S1、根据若干杆塔的位置信息确定输电路线，再根据所述输电路线确定无人机的飞行路线；
具体的，首先控制无人机飞行到某一杆塔(如图3中的001)上方，记录杆塔的经纬度坐标，然后飞行到该杆塔侧边，将飞机下降到和杆塔一样高度，记录该杆塔海拔高度，以此确定该杆塔的位置，依次反复，以获得若干杆塔(如图2中的002、003...005)的位置信息，再连接其中若干杆塔以确定输电路线S(如图2中，电力沿001、002、003三个塔杆以及其相互之间连接的输电线输送)，再根据所述输电路线S确定无人机的飞行路线L；所述飞行路线L为途经输电路线S上每一杆塔的封闭/半封闭路线，如封闭的“□”型路线或者“]”型路线等；
S2、控制无人机沿飞行路线L飞行，且在飞行途中实时获取输电路线S沿途电力目标的图像信息；
S3、从步骤S2中获取的沿途电力目标中确定预定电力目标，并构建电力目标的二维/三维模型，并从所述二维/三维模型中获得预定电力目标的的位置信息；
S4、根据预定电力目标的位置信息控制所述无人机飞行到预定位置，且在该预定位置获取预定电力目标的图像信息；
以及S5、对获得的沿途电力目标和/或所述预定电力目标的图像信息进行图像识别，以判断沿途电力目标和/或所述预定电力目标是否存在异常，且生成异常判断结果，且对异常部位进行标识。
综上所述，本实施例中的电力线路巡检系统及巡检方法所产生的巡检成本低，巡检效率高，且巡检结果准确，其可根据任务需要挂载多种云台和对应的成像设备，以获得电力线路的可见光和/或红外图像信息，由此无论是在何种光线环境下均可以实现电力线路巡检，进一步的，既可以针对电力线路整体(如输电路线S上涉及的塔杆、输电线)进行巡检，也可以针对单个塔杆进行其器件的状况评估，以满足多种任务需求。同时，通过对所述电力线路的图像信息的判断确定是否存在异常，如在可见光图像中判断塔杆上存在鸟窝、雷击痕迹、断股，相关器件是否损坏、变形、松脱、被盗等，规定范围内是否有违章建筑、超范围生长的树障，以及在红外光图像中判断输电线上有无红色发热点等，以此提高异常判断的精确度，并且及时标识反馈异常部件，提醒人员及时处理。
需要说明的是，上述实施例1-2中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于无人机的电力线路巡检系统，其包括：无人机、搭载在所述无人机上的云台、连接所述云台的成像设备以及操作端；其特征在于，所述操作端包括：
飞行路线规划单元，其用于根据若干杆塔的位置信息确定输电路线，再根据所述输电路线确定无人机的飞行路线；
建模单元，用于构建输电路线上预定电力目标的二维/三维模型，并从所述二维/三维模型中获得预定电力目标的位置信息；
飞行控制单元，其连接所述无人机、飞行路线规划单元以及建模单元，用于控制所述无人机沿输电路线飞行，或，根据预定电力目标的位置信息控制所述无人机飞行到预定位置；
成像控制单元，其用于当无人机沿输电路线飞行时，控制所述成像设备动作，以通过所述成像设备获得输电路线沿途电力目标的图像信息，或，当无人机飞行到所述预定位置时，控制所述成像设备动作，以通过所述成像设备获得预定电力目标的图像信息；
以及图像识别单元，其连接所述成像设备，用于对获得的沿途电力目标和/或预定电力目标的图像信息进行目标识别，以判断沿途电力目标和/或所述预定电力目标是否存在异常，且生成异常判断结果。
2.如权利要求1所述的电力线路巡检系统，其特征在于，所述电力线路巡检系统还包括：显示屏，其连接所述建模单元、飞行控制单元、成像控制单元以及图像识别单元中的一种或几种，用于显示二维/三维模型、无人机飞行参数、沿途电力目标和/或所述预定电力目标的图像信息以及异常判断结果中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的电力线路巡检系统，其特征在于，所述图像识别单元包括AI图像识别芯片。
4.如权利要求1所述的电力线路巡检系统，其特征在于，所述云台包括4K定焦可见光云台、10×变倍可见光云台、30×变倍可见光云台、热成像云台、三光云台中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的电力线路巡检系统，其特征在于，所述成像设备包括双目相机/单目相机。
6.如权利要求1所述的电力线路巡检系统，其特征在于，所述无人机包括：RTK通信模块以及4G/5G通信模块。
7.如权利要求1所述的电力线路巡检系统，其特征在于，所述沿途电力目标和/或预定电力目标的图像信息包括：塔杆的可见光/红外图像、连接塔杆的器件的可见光/红外图像、输电线的可见光/红外图像、建筑物的可见光/红外图像、树障的可见光/红外图像中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的电力线路巡检系统，其特征在于，所述杆塔的位置信息包括杆塔的海拔高度和经纬度。
9.一种电力线路巡检方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据若干杆塔的位置信息确定输电路线，再根据所述输电线路确定无人机的飞行路线；
S2、控制无人机沿飞行路线飞行，且在飞行途中获取输电路线沿途电力目标的图像信息；
S3、从所述沿途电力目标中确定预定电力目标，并构建预定电力目标的二维/三维模型，并从所述二维/三维模型中获得预定电力目标的位置信息；
S4、根据预定电力目标的位置信息控制所述无人机飞行到预定位置，且在该预定位置获取预定电力目标的图像信息；
以及S5、对获得的沿途电力目标和/或所述预定电力目标的图像信息进行图像识别，以判断沿途电力目标和/或所述预定电力目标是否存在异常，且生成异常判断结果。
10.如权利要求8所述的电力线路巡检方法，其特征在于，步骤S1中，首先控制无人机飞行到某一杆塔上方，记录杆塔的经纬度坐标，然后飞行到该杆塔侧边，将飞机下降到和杆塔一样高度，记录该杆塔海拔高度，以此确定该杆塔的位置，依次反复，以获得若干杆塔的位置信息；再连接其中若干杆塔以确定输电路线；再根据所述输电路线确定无人机的飞行路线。
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