CN111812660A - 一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距系统及方法。解决了架空高压线树障测距效率和精度低的问题。包括以下步骤：S1：根据给定的起点杆塔坐标和终点杆塔坐标设置初始巡航路径；S2：无人机沿初始巡航路径巡检并扫描导线附近的障碍物；S3：计算导线和障碍物之间的净空距离；S4：判断净空距离是否小于最小安全净空距离，如果是则转至步骤S5，如果否则转至步骤S2；S5：对障碍物进行拍照并记录GPS信息。本发明的有益效果是：采用无人机配合激光雷达，效率、精度高；自动化控制，操作简单、运维成本低；克服复杂多变的地理环境的影响，及时性强。
Description
技术领域
本发明涉及高压线路的巡检领域，尤其涉及一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距系统及方法。
背景技术
随着电力的不断发展，高压输电线路已成为电网的主干网，增强了我国电力传输能力，但是随着电网建设加快，输电线路结构变得复杂，线路分布范围也越来越广，输电线路需要穿越各种复杂的地形及植被，给电力线路的检测带来了很多困难。
传统的树障测距是人工手持激光测距仪，一个巡线小组每天最多能翻越两座山，检查2-3个电力基杆塔，造成效率低下、成本高、误差大并且也容易遗漏需要检测的架空高压线。而且树冠遮挡，手持激光测距仪无法取最高点。同时，架空高压线很多设在环境复杂的外环境下，树障所在位置人不能及，给巡检人员的检测工作增加了困难。
发明内容
本发明解决一般架空高压线树障测距效率和精度低的问题，提供了一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距系统及方法。
为了解决上述存在的技术问题，本发明的技术方案是：一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距方法，包括以下步骤：
S1：根据给定的起点杆塔坐标和终点杆塔坐标设置初始巡航路径；
S2：无人机沿初始巡航路径巡检并扫描导线附近的障碍物；
S3：计算导线和障碍物之间的净空距离；
S4：判断净空距离是否小于最小安全净空距离，如果是则转至步骤S5，如果否则转至步骤S2；
S5：对障碍物进行拍照并记录GPS信息。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S3中净空距离的计算包括以下步骤：
S21：确定定位点；
S22：检测导线之间的最大距离；
S23：确定导线搜索区域和障碍物搜索区域；
S24：对导线搜索区域和障碍物搜索区域进行扫描，并将导线搜索区域内所有点作为点集合J，将障碍物搜索区域内所有点作为点集合K；
S25：对点集合J和点集合K进行距离计算，点集合J和点集合K的最短距离即为净空距离。
其中， 导线之间的最大距离指相距最远的两根导线之间的距离。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S21中确定定位点是在垂直于导线的方向上，无人机在0°~45°的探测范围内进行激光测距，并记录导线上距离无人机最短的点作为定位点。无人机飞行时，位于高压线路的侧上方，激光测距是朝向导线发射激光的。其中，0°~45°的探测范围是指在以无人机为原点，垂直于导线的平面内，无人机扇形的探测范围的夹角大小。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S24中障碍物搜索区域包括第一搜索区域和第二搜索区域，确定导线搜索区域和障碍物搜索区域包括以下步骤：
S31：在垂直导线的平面上，以导线之间的最大距离为半径，定位点为圆心画圆作为导线搜索区域；
S32：在垂直导线的平面上，以两倍导线之间的最大距离为半径，定位点为圆心画圆弧，同时处在无人机0°~45°的探测范围内和圆弧外的区域为第一搜索区域；
S33：无人机侧边非0°~45°的探测范围的区域为第二搜索区域。
第二搜索区域也就相当于以无人机为原点，垂直于导线的平面内建立以水平方向为x轴的二维直角坐标系中第一象限和第四象限中除去原先0°~45°的扇形探测范围后的区域。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S25中距离计算包括以下步骤：
S41：以无人机为原点，在垂直于导线的平面上建立二维坐标系；
S42：将点集合J和点集合K所包含的元素转换为坐标；
S43：计算点集合J内所有元素和点集合K内所有元素之间的距离。
点集合J内元素和点集合K内元素之间的距离的最小值也就是点集合J和点集合K之间的最短距离。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S2中巡检还包括以下步骤：
S51：检测初始巡航路径上障碍物与无人机之间的实时距离；
S52：判断实时距离是否小于避障距离，若是则转至步骤S3，若否则转至步骤S1；
S53：规划避障路径并沿避障路径避开障碍物。
一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距系统，包括
脉冲式激光雷达，用于激光测距；
摄像头，用于对障碍物进行拍照；
RTK测量仪器，用于记录GPS信息；
单线激光雷达，用于扫描障碍物；
正交激光雷达，用于对高压线路进行检测；
视觉识别系统，用于对杆塔进行识别；
通讯模块，用于发送信息；
信息处理模块，用于部分信息处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.采用无人机配合激光雷达，效率、精度高；
2.自动化控制，操作简单、运维成本低；
3.克服复杂多变的地理环境的影响，及时性强。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明的净空距离计算的流程示意图；
图3是本发明的确定搜索区域流程示意图；
图4是本发明的巡检流程示意图；
图5是本发明的系统结构示意图。
1-脉冲式激光雷达，2-摄像头，3-RTK测量仪器，4-单线激光雷达，5-正交激光雷达，6-视觉识别系统，7-通讯模块,8-信息处理模块。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：本实施例一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距系统及方法，如图1所示，方法包括以下步骤：
S1：根据给定的起点杆塔坐标和终点杆塔坐标设置初始巡航路径；
S2：无人机沿初始巡航路径巡检并扫描导线附近的障碍物；
S3：计算导线和障碍物之间的净空距离；
S4：判断净空距离是否小于最小安全净空距离，如果是则转至步骤S5，如果否则转至步骤S2；
S5：对障碍物进行拍照并记录GPS信息。
步骤S3中净空距离的计算包括以下步骤：
S21：确定定位点；
S22：检测导线之间的最大距离；
S23：确定导线搜索区域和障碍物搜索区域；
S24：对导线搜索区域和障碍物搜索区域进行扫描，并将导线搜索区域内所有点作为点集合J，将障碍物搜索区域内所有点作为点集合K；
S25：对点集合J和点集合K进行距离计算，点集合J和点集合K的最短距离即为净空距离。
其中，导线之间的最大距离指相距最远的两根导线之间的距离。
步骤S21中确定定位点是在垂直于导线的方向上，无人机在0°~45°的探测范围内进行激光测距，并记录导线上距离无人机最短的点作为定位点。无人机飞行时，位于高压线路的侧上方，激光测距是朝向导线发射激光的。其中，0°~45°的探测范围是指在以无人机为原点，垂直于导线的平面内，无人机扇形的探测范围的夹角大小。
步骤S24中障碍物搜索区域包括第一搜索区域和第二搜索区域，确定导线搜索区域和障碍物搜索区域包括以下步骤：
S31：在垂直导线的平面上，以导线之间的最大距离为半径，定位点为圆心画圆作为导线搜索区域；
S32：在垂直导线的平面上，以两倍导线之间的最大距离为半径，定位点为圆心画圆弧，同时处在无人机0°~45°的探测范围内和圆弧外的区域为第一搜索区域；
S33：无人机侧边非0°~45°的探测范围的区域为第二搜索区域。
第二搜索区域也就相当于以无人机为原点，垂直于导线的平面内建立以水平方向为x轴的二维直角坐标系中第一象限和第四象限中除去原先0°~45°的扇形探测范围后的区域。
步骤S25中距离计算包括以下步骤：
S41：以无人机为原点，在垂直于导线的平面上建立二维坐标系；
S42：将点集合J和点集合K所包含的元素转换为坐标；
S43：计算点集合J内所有元素和点集合K内所有元素之间的距离。
点集合J内元素和点集合K内元素之间的距离的最小值也就是点集合J和点集合K之间的最短距离。
步骤S2中巡检还包括以下步骤：
S51：检测初始巡航路径上障碍物与无人机之间的实时距离；
S52：判断实时距离是否小于避障距离，若是则转至步骤S3，若否则转至步骤S1；
S53：规划避障路径并沿避障路径避开障碍物。
一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距系统，包括
脉冲式激光雷达1，用于激光测距；
摄像头2，用于对障碍物进行拍照；
RTK测量仪器3，用于记录GPS信息；
单线激光雷达4，用于扫描障碍物；
正交激光雷达5，用于对高压线路进行检测；
视觉识别系统6，用于对杆塔进行识别；
通讯模块7，用于发送信息；
信息处理模块8，用于部分信息处理。
其中， 脉冲式激光雷达、摄像头、RTK测量仪器、单线激光雷达、正交激光雷达、视觉识别系统、通讯模块和信息处理模块都是设置在无人机上的。无人机判定导线和障碍物之间的净空距离小于安全净空距离的时候，通过通讯模块将相关信息发送到地面的监控中心。
无人机在起点杆塔上出发，沿制定的初始巡航路径巡检，正交激光雷达实时检测与高压线路，保证无人机和高压线路之间的相对位置和距离，视觉识别系统识别路径上的杆塔，判断是否与初始巡航路径上的杆塔信息匹配，从而确定是否偏离初始巡航路径，当初始巡航路径上的杆塔坐标信息缺失时，无人机会根据之后的杆塔分布情况自主沿高压线路飞行。
Claims (7)
1.一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据给定的起点杆塔坐标和终点杆塔坐标设置初始巡航路径；
S2：无人机沿初始巡航路径巡检并扫描导线附近的障碍物；
S3：计算导线和障碍物之间的净空距离；
S4：判断净空距离是否小于最小安全净空距离，如果是则转至步骤S5，如果否则转至步骤S2；
S5：对障碍物进行拍照并记录GPS信息。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距方法，其特征在于，所述步骤S3中净空距离的计算包括以下步骤：
S21：确定定位点；
S22：检测导线之间的最大距离；
S23：确定导线搜索区域和障碍物搜索区域；
S24：对导线搜索区域和障碍物搜索区域进行扫描，并将导线搜索区域内所有点作为点集合J，将障碍物搜索区域内所有点作为点集合K；
S25：对点集合J和点集合K进行距离计算，点集合J和点集合K的最短距离即为净空距离。
3.根据权利要求2所述的一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距方法，其特征在于，所述步骤S21中确定定位点是在垂直于导线的方向上，无人机在0°~45°的探测范围内进行激光测距，并记录导线上距离无人机最短的点作为定位点。
4.根据权利要求2所述的一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距方法，其特征在于，所述步骤S24中障碍物搜索区域包括第一搜索区域和第二搜索区域，确定导线搜索区域和障碍物搜索区域包括以下步骤：
S31：在垂直导线的平面上，以导线之间的最大距离为半径，定位点为圆心画圆作为导线搜索区域；
S32：在垂直导线的平面上，以两倍导线之间的最大距离为半径，定位点为圆心画圆弧，同时处在无人机0°~45°的探测范围内和圆弧外的区域为第一搜索区域；
S33：无人机侧边非0°~45°的探测范围的区域为第二搜索区域。
5.根据权利要求2所述的一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距方法，其特征在于，所述步骤S25中距离计算包括以下步骤：
S41：以无人机为原点，在垂直于导线的平面上建立二维坐标系；
S42：将点集合J和点集合K所包含的元素转换为坐标；
S43：计算点集合J内所有元素和点集合K内所有元素之间的距离。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距方法，其特征在于，所述步骤S2中巡检还包括以下步骤：
S51：检测初始巡航路径上障碍物与无人机之间的实时距离；
S52：判断实时距离是否小于避障距离，若是则转至步骤S3，若否则转至步骤S1；
S53：规划避障路径并沿避障路径避开障碍物。
7.一种脉冲式激光雷达架空高压线树障实时测距系统，其特征在于，包括
脉冲式激光雷达，用于激光测距；
摄像头，用于对障碍物进行拍照；
RTK测量仪器，用于记录GPS信息；
单线激光雷达，用于扫描障碍物；
正交激光雷达，用于对高压线路进行检测；
视觉识别系统，用于对杆塔进行识别;
通讯模块，用于发送信息；
信息处理模块，用于部分信息处理。
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