CN111402661A - 一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，包括无人机仿真模块、场景仿真模块、AOPA训练场模块、应急处理模块、特种作业模块、输电线路巡检模块和配电线路巡检模块，无人机仿真模块包含3款无人机，来供受训者进行自由选择，场景仿真模块为使用3A级3D引擎UE4打造的逼真训练场景，并根据激光Lidar数据还原线路真实场景，涉及电网运行维护技术领域。该输配电线路无人机巡检仿真培训系统，采用三维建模技术，将无人机、杆塔、环境、AOPO训练场等进行实景建模，模拟真实无人机输配电线路巡检流程，训练电网无人机操控手的输配电线路巡检技能，填补会飞无人机到掌握无人机电力巡线之间的空白，保障输配电线路及电网稳定运行。

Description

一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统

技术领域

本发明涉及电网运行维护技术领域，具体为一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统。

背景技术

随着新技术、新方法以及新的管理理念的引入，无人机已逐步得到重视并开始应用于输配电线路巡视作业，在一定程度上弥补了传统人工巡视的不足。目前，电网无人机操控手在上岗前都要进行大量的实操培训，并通过AOPA(中国航空器拥有者及驾驶员协会)认证考试之后才能持证上岗，而AOPA取证培训缺乏电力行业业务专项训练，因此无人机操控手即使取得了AOPA证书，也只是掌握了无人机的基础飞行技能，还不具备利用无人机进行线路巡检的技能，因而急需一种经济实惠、安全可靠的适用于电网无人机操控手的培训方式。

目前市面上虽有一些无人机操控仿真系统，其也能在一定程度上提升无人机操控手的飞行技能，但此类仿真系统大都功能单一、训练场景少，且大多是针对无人机基础飞行技能和输电线路巡检的仿真系统，暂无针对输配电无人机巡检的仿真系统，为此我们提出输配电线路无人机巡检仿真培训系统。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，解决了现有仿真系统大都功能单一、训练场景少，且大多是针对无人机基础飞行技能和输电线路巡检的仿真系统，暂无针对输配电无人机巡检仿真系统的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，包括无人机仿真模块、场景仿真模块、AOPA训练场模块、应急处理模块、特种作业模块、输电线路巡检模块和配电线路巡检模块。

所述无人机仿真模块包含3款无人机，来供受训者进行自由选择。

所述场景仿真模块为使用3A级3D引擎UE4打造的逼真训练场景，并根据激光Lidar数据还原线路真实场景。

所述AOPA训练场模块为参照AOPA取证要求，设置了5种训练科目，来培训学员的基础飞行技巧，从而提高学员的考证通过率。

所述应急处理模块旨在于针对动力缺失和信号干扰两种情况进行操作模拟，让学员积累更多实践经验，减少因突发事故导致的坠机事件。

所述特种作业模块用于训练电网无人机操控手利用无人机进行特种作业的能力。

所述输电线路巡检模块用于训练电网无人机操控手利用无人机进行输电线路常规巡检的能力和缺陷的查找能力，同时针对训练的结果，对学员进行考核并给出相应的分数。

所述配电线路巡检模块用于训练电网无人机操控手利用无人机进行配电线路常规巡检的能力，同时针对训练的结果，对学员进行考核并给出相应的分数。

优选的，所述无人机仿真模块分别包含2款四轴飞行器和1款六轴飞行器，且3款飞行器均按照真实无人机进行建模及仿真模拟。

优选的，所述场景仿真模块分别包含200KV耐张塔、200KV酒杯塔、500KV同塔双回鼓形耐张塔、500KV同塔双回耐张塔和500KV同塔双回羊角形直线塔一共5个仿真场景。

优选的，所述AOPA训练场模块根据AOPA取证要求，分别设计起飞、降落、悬停、8字飞行和四边航线一共5个训练科目。

优选的，所述应急处理模块分别包括动力流失模拟单元和信号干扰模拟单元。

优选的，所述特种作业模块分别包括复合绝缘子憎水性检测的操作培训和架空输配电线路喷火除异物的操作培训。

优选的，所述输电线路巡检模块分别包含输电线路巡检训练单元、输电线路巡检考核单元和输电线路巡检缺陷查找单元。

优选的，所述配电线路巡检模块分别包含配电线路巡检训练单元和配电线路巡检考核单元。

(三)有益效果

本发明提供了一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统。具备以下有益效果：

(1)、该输配电线路无人机巡检仿真培训系统，通过采用三维建模技术，将无人机、杆塔、环境进行实景建模，模拟真实无人机输配电线路巡检流程，训练电网无人机操控手的输配电线路巡检技能，填补会飞无人机到掌握无人机电力巡线之间的空白，保障输配电线路及电网稳定运行。

(2)、该输配电线路无人机巡检仿真培训系统，通过将无人机应急处理环节和特种作业环节重现，让电网无人机操控手更加直接、清晰的了解到无人机紧急情况下的巡线方法和特种作业的操作流程，减少电网无人机操控手由于经验不足造成的经济损失。

(3)、该输配电线路无人机巡检仿真培训系统，涵盖了AOPA取证训练、输配电线路巡检训练、无人机应急处理训练和无人机特种作业训练，并设有训练模式和考核模式，为电网无人机操控手提供了全流程的培训方法，具有很高的经济效益。

附图说明

图1为本发明的系统结构原理框图。

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。

请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，包括无人机仿真模块、场景仿真模块、AOPA训练场模块、应急处理模块、特种作业模块、输电线路巡检模块和配电线路巡检模块。

无人机仿真模块分别包含有3款无人机，可供受训者进行自由选择，无人机仿真模块分别包含2款四轴飞行器和1款六轴飞行器，且3款飞行器均按照真实无人机进行建模及仿真模拟，两款四轴飞行器分别以大疆精灵4和大疆M210的真机进行等比例建模，一款六轴飞行器以大疆M600的真机进行等比例建模，三款无人机仿真模型首先用3DSMax软件进行等比例建模，然后根据每款无人机材质、螺旋桨尺寸、螺旋桨最大角速度等参数和遥控器指令或PWM信号来计算无人机受力情况，最后完成对无人机物理特性的仿真模拟。

场景仿真模块为使用3A级3D引擎UE4打造的逼真训练场景，并根据激光Lidar数据还原线路真实场景，场景仿真模块分别包含200KV耐张塔、200KV酒杯塔、500KV同塔双回鼓形耐张塔、500KV同塔双回耐张塔和500KV同塔双回羊角形直线塔一共5个仿真场景，场景仿真模块的制作首先是利用无人机飞行平台搭载激光LiDAR系统飞至200KV耐张塔、200KV酒杯塔、500KV同塔双回鼓形耐张塔、500KV同塔双回耐张塔和500KV同塔双回羊角形直线塔的真实线路场景下，通过激光扫描获取地物空间信息，实现对地物高密度、高精度三维空间信息的快速获取，得到一系列的“点云”数据，然后利用全景相机采集上述5个真实杆塔线路场景的图片数据，最后利用3A级3D引擎UE4将“点云”数据和全景图片数据进行融合、编辑和渲染，得到200KV耐张塔、200KV酒杯塔、500KV同塔双回鼓形耐张塔、500KV同塔双回耐张塔和500KV同塔双回羊角形直线塔一共5个仿真场景。

AOPA训练场模块为参照AOPA取证要求，设置了5种训练科目，培训学员的基础飞行技巧，从而提高学员的考证通过率，AOPA训练场模块根据AOPA取证要求，分别设计起飞、降落、悬停、8字飞行和四边航线一共5个训练科目；

起飞：遥控器外八解锁，桨叶缓慢转动，缓慢推动油门上升，桨叶转速加快，飞机慢慢上升到预定高度，拨动方向杆判断飞行姿态，正常即完成起飞操作；

降落：飞行任务结束后，将飞行器飞至视野范围内相对空旷的地点做为降落地，从高空中飞至降落点上空，缓慢拨动油门杆的同时观察飞行高度，当飞行离地20米时，机尾对准飞行，再缓慢下拉油门杆直至飞机触地，将油门拉到底3秒后，给飞机上锁；

悬停：包括对尾悬停、左侧悬停、右侧悬停和对头悬停一共四种悬停方式；

8字飞行：在空中设置8字图形和6个悬停点，在飞行过程中要求飞机按照8字图形进行循线飞行，同时飞机不掉高度，6个悬停点均需全部到达；

四边航线：在空中设置正方形图形，无人机按照四边形图形进行循线飞行，飞行过程中无人机高度保持一致。

应急处理模块旨在于针对动力缺失、信号干扰两种情况进行操作模拟，让学员积累更多实践经验，减少因突发事故导致的坠机事件，应急处理模块分别包括动力流失模拟单元和信号干扰模拟单元，动力流失模拟单元用于模拟无人机碰撞到建筑物、杆塔、树木、围栏时，无人机坠落的物理特征；信号干扰此种情况只会出现在巡线场景中，当无人机与杆塔过近时，无人机会出现信号波动并掉高，或者被动的由GPS模式切换成姿态增稳模式，同时无人机传输到地面端的图像会变模糊，信号干扰模拟单元针对此种情况对无人机姿态和图传图像进行模拟。

特种作业模块，用于训练电网无人机操控手利用无人机进行特种作业的能力，特种作业模块分别包括复合绝缘子憎水性检测的操作培训和架空输配电线路喷火除异物的操作培训，复合绝缘子憎水性检测为无人机搭载憎水性检测设备飞至一侧绝缘子顶端齐平位置，启动喷水设备从上往下对绝缘子伞裙喷水，喷水完成后水平撤离并拍摄绝缘子照片；架空输配电线路喷火除异物为无人机搭载喷火装置飞至输配电线路异物点附近，调整喷火嘴方向，对准异物，按下遥控器上的喷火控制按钮，触发喷火装置，实现对异物的清除。

输电线路巡检模块，用于训练电网无人机操控手利用无人机进行输电线路常规巡检的能力和缺陷的查找能力，同时针对训练的结果，对学员进行考核并给出相应的分数，输电线路巡检模块分别包含输电线路巡检训练单元、输电线路巡检考核单元和输电线路巡检缺陷查找单元，输电线路巡检训练单元根据无人机电力巡检规程设置了任务关卡，不同的塔型设置不同的任务关卡。现以220KV单回直线塔为例进行说明，关卡1：操作无人机飞行到2米高度旋转1周；关卡2：操作无人机飞至塔号牌附近，调整好相机云台位置并拍摄塔号牌；关卡3：操作无人机飞至走廊正面，调整好相机云台位置并拍摄塔基；关卡4：操作无人机飞至左相绝缘子串附近，调整好相机云台位置并拍摄左相绝缘子串；关卡5：操作无人机飞至中相绝缘子串附近，调整好相机云台位置并拍摄中相绝缘子串；关卡6：操作无人机飞至杆塔中间位置，调整好相机云台位置并拍摄塔身；关卡7：操作无人机飞至塔头附近，调整好相机云台位置并拍摄塔头；关卡8：操作无人机飞至右相绝缘子串附近，调整好相机云台位置并拍摄右相绝缘子串。输电线路巡检训练单元每一个关卡都会有提示，训练学员无人机输电线路巡检的操作技能；输电线路巡检考核单元则针对以上的训练成果进行相应的考核，学员需按照训练模式的巡线步骤一步一步的完成无人机的相关操作，并综合考虑巡线时间、关卡完成率、图片拍摄质量进行评判，给出考核分数；输电线路巡检缺陷查找单元包含有绝缘子自爆、绝缘子污秽、防震锤脱落、杆塔异物、杆塔锈蚀等输电线路常见缺陷，训练学员对缺陷的查找能力。

配电线路巡检模块，用于训练电网无人机操控手利用无人机进行配电线路常规巡检的能力，同时针对训练的结果，对学员进行考核并给出相应的分数，配电线路巡检模块分别包含配电线路巡检训练单元和配电线路巡检考核单元，配电线路巡检训练单元根据无人机电力巡检规程，设置了9个关卡，涵盖了无人机配电线路杆塔巡检和配电线路通道巡检，每一个关卡均设置提示信息，训练学员的配电线路巡检技能，配电线路巡检考核单元针对以上的训练成果对学员进行相应的考核，综合考虑巡线时间、关卡完成率、图片拍摄质量进行评判，给出考核分数。

综上，本发明通过采用三维建模技术，将无人机、杆塔、环境进行实景建模，模拟真实无人机输配电线路巡检流程，训练电网无人机操控手的输配电线路巡检技能，填补会飞无人机到掌握无人机电力巡线之间的空白，保障输配电线路及电网稳定运行，通过将无人机应急处理环节和特种作业环节重现，让电网无人机操控手更加直接、清晰的了解到无人机紧急情况下的巡线方法和特种作业的操作流程，减少电网无人机操控手由于经验不足造成的经济损失，同时，本发明涵盖了AOPA取证训练、输配电线路巡检训练、无人机应急处理训练和无人机特种作业训练，并设有训练模式和考核模式，为电网无人机操控手提供了全流程的培训方法，具有很高的经济效益。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

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 (8)

1.一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，其特征在于：包括无人机仿真模块、场景仿真模块、AOPA训练场模块、应急处理模块、特种作业模块、输电线路巡检模块和配电线路巡检模块；

所述无人机仿真模块包含3款无人机，来供受训者进行自由选择；

所述场景仿真模块为使用3A级3D引擎UE4打造的逼真训练场景，并根据激光Lidar数据还原线路真实场景；

所述AOPA训练场模块为参照AOPA取证要求，设置了5种训练科目，来培训学员的基础飞行技巧；

所述应急处理模块旨在于针对动力缺失和信号干扰两种情况进行操作模拟；

所述特种作业模块用于训练电网无人机操控手利用无人机进行特种作业的能力；

所述输电线路巡检模块用于训练电网无人机操控手利用无人机进行输电线路常规巡检的能力和缺陷的查找能力，同时针对训练的结果，对学员进行考核并给出相应的分数；

所述配电线路巡检模块用于训练电网无人机操控手利用无人机进行配电线路常规巡检的能力，同时针对训练的结果，对学员进行考核并给出相应的分数。

2.根据权利要求1所述的一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，其特征在于：所述无人机仿真模块分别包含2款四轴飞行器和1款六轴飞行器，且3款飞行器均按照真实无人机进行建模及仿真模拟。

3.根据权利要求1所述的一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，其特征在于：所述场景仿真模块分别包含200KV耐张塔、200KV酒杯塔、500KV同塔双回鼓形耐张塔、500KV同塔双回耐张塔和500KV同塔双回羊角形直线塔一共5个仿真场景。

4.根据权利要求1所述的一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，其特征在于：所述AOPA训练场模块根据AOPA取证要求，分别设计起飞、降落、悬停、8字飞行和四边航线一共5个训练科目。

5.根据权利要求1所述的一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，其特征在于：所述应急处理模块分别包括动力流失模拟单元和信号干扰模拟单元。

6.根据权利要求1所述的一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，其特征在于：所述特种作业模块分别包括复合绝缘子憎水性检测的操作培训和架空输配电线路喷火除异物的操作培训。

7.根据权利要求1所述的一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，其特征在于：所述输电线路巡检模块分别包含输电线路巡检训练单元、输电线路巡检考核单元和输电线路巡检缺陷查找单元。

8.根据权利要求1所述的一种输配电线路无人机巡检仿真培训系统，其特征在于：所述配电线路巡检模块分别包含配电线路巡检训练单元和配电线路巡检考核单元。

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