架空输电线路巡检作业系统、飞行作业平台及其调控方法
技术领域
本文涉及架空输电线路检测领域,尤其涉及一种架空输电线路巡检作业系统、飞行作业平台及其调控方法。
背景技术
目前超特高压线路承担着我国电力输送的主要工作,全国500kV及以上电压等级输电线路回路长度达30多万公里,且大部分线路建设在地形复杂、环境恶劣地区,运维人员及车辆难以进入,导致巡视难度大、效率低、准确性差。由于直升机、无人机可以从空中观察输电线路及周边环境,具有观测距离近、范围大、视角宽、不受地域限制等优势,再搭载先进巡查仪器,成为架空输电线路、特别是险峻环境下的新型巡视手段,目前已广泛应用于输电线路巡视。
现有技术中直升机、无人机巡视方式主要有可见光巡视、红外巡视、紫外巡视,存在如下缺陷:1.各种巡线方式是单独作业的,这将引起架空输电线路多次巡视飞行,不能充分发挥直升机、无人机优势的问题,存在成本高、浪费人力、效率低的缺陷;2.当前直升机无人机巡查作业,主要通过目视观测及可见光镜头视场变化情况确定与架空输电线路位置关系,部分直升机、无人机搭载毫米波雷达避障方式,但存在人为经验判断有误或毫米波测距不准等问题,无法定量化反应架空输电线路位置。
发明内容
本文用于解决现有技术中直升机无人机巡查作业时,存在获取信息单一、作业成本高、效率低及无法准确测量直升机无人机与架空输电线路位置关系的问题。
为了解决上述技术问题,本文的第一方面提供一种架空输电线路巡检作业系统包括:三维激光器、定位设备、成像设备及控制模块;
所述三维激光器、所述定位设备、所述成像设备设置于飞行平台下部外侧面;
所述三维激光器连接所述控制模块,用于获取目标物体的三维激光点云数据;
所述定位设备连接所述控制模块,用于测量所述目标物体的空间位置及姿态信息、获取并发送标准时间至所述控制模块;
所述成像设备连接所述控制模块,用于获取所述目标物体的成像数据;
所述控制模块设置于所述飞行平台内部,用于触发所述三维激光器、所述定位设备、所述成像设备工作,记录所述三维激光器及所述成像设备工作时的系统时间及所述标准时间。
进一步实施例中,所述控制模块包括:第一分控制系统、主控制系统及第二分控制系统;
所述第一分控制系统连接所述三维激光器及所述定位设备,用于触发所述三维激光器及所述定位设备工作,将所述定位设备反馈的标准时间发送至所述主控制系统,记录所述三维激光器工作时的系统时间及所述标准时间;
所述主控制系统连接所述第一分控制系统及所述第二分控制系统,用于接收所述激光器分控系统发送的标准时间,将接收到的标准时间发送至所述第二分控制系统以进行时间同步;
所述第二分控制系统连接所述成像设备,用于接收所述主控制系统发送的标准时间,触发所述成像设备工作,记录所述成像设备工作时的系统时间及所述标准时间。
进一步实施例中,所述定位设备包括:卫星信号接收机及惯性测量单元;
所述卫星信号接收机用于确定标准时间及测量所述目标物体的空间位置;
所述惯性测量单元用于测量所述目标物体的姿态信息。
进一步实施例中,所述成像设备包括:相机、录像机、红外成像仪及紫外成像仪中的一个或多个;
所述相机用于采集所述目标物体的可见光图像数据;
所述录像机用于采集所述目标物体的视频数据;
所述红外热像仪用于采集所述目标物体的红外图像数据;
所述紫外成像仪用于采集所述目标物体的紫外图像数据。
进一步实施例中,架空输电线路巡检作业系统还包括:避震器,设置于所述飞行平台上;
所述三维激光器及定位设备集成于所述避震器上,所述避震器用于避免所述三维激光器及定位设备振动。
进一步实施例中,所述的架空输电线路巡检作业系统还包括:陀螺稳定平台,设置于所述飞行平台上;
所述成像设备集成于所述陀螺稳定平台上,所述陀螺稳定平台用于平衡所述成像设备。
进一步实施例中,架空输电线路巡检作业系统还包括:电源模块,连接所述三维激光器、所述定位设备、所述成像设备及所述控制模块,用于提供电能。
进一步实施例中,所述电源模块包括:电池单元、防反接单元及分线单元;
所述电池单元用于提供电能;
所述防反接单元连接所述电池单元,用于防止电源极性接反;
所述分线单元连接所述防反接电源,具有至少四个接口,分别连接三维激光器、定位设备、成像设备及控制模块。
本文的第二方面提供一种飞行作业平台,包括:前述任一实施例所述的架空输电线路巡检作业系统及飞行平台;
所述架空输电线路巡检作业系统设置于所述飞行平台上,用于进行输电线路巡检作业;
所述飞行平台用于带动所述架空输电线路巡检作业系统在空中移动。
本文的第三方面提供一种飞行作业平台的调控方法,包括:
利用上一实施例所述的飞行作业平台中的三维激光器采集目标物体的三维激光点云数据;
根据所述目标物体的三维激光点云数据,确定所述飞行平台与所述架空输电线路间的距离;
比较所述飞行平台与所述架空输电线路间的距离、第一预定距离及第二预定距离,其中,所述第一预定距离大于所述第二预定距离;
若所述飞行平台与所述架空输电线路间的距离大于或等于所述第一预定距离,则调整所述飞行平台向所述架空输电线路移动;
若所述飞行平台与所述架空输电线路间的距离小于或等于所述第二预定距离,则调整所述飞行平台远离所述架空输电线路移动。
本文提供的架空输电线路巡检作业系统、飞行作业平台及其调控方法,通过同时将三维激光器、定位设备、成像设备设置于一飞行平台下部外侧面,由控制模块完成数据之间的同步,能够在保证数据完整性及同步性的基础上,同时采集多种类型数据,通过一次飞行完成多项巡视,提高飞行平台的作业效率,节约作业成本。
为让本文的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本文实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本文的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本文实施例的架空输电线路巡检作业系统的第一示意图;
图2示出了本文实施例的架空输电线路巡检作业系统的第二示意图;
图3示出了本文实施例的定位设备示意图;
图4示出了本文实施例的架空输电线路巡检作业系统的第三示意图;
图5示出了本文实施例的架空输电线路巡检作业系统的第四示意图;
图6示出了本文实施例的架空输电线路巡检作业系统的第五示意图;
图7示出了本文实施例的飞行作业平台调控方法的流程图;
图8示出了本文实施例的飞行作业平台开展作业时的示意图。
具体实施方式
为了使本文的技术特点及效果更加明显,下面结合附图对本文的技术方案做进一步说明,本文也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施,任何本领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本文的保护范畴。
图1示出了本文一实施例的架空输电线路巡检作业系统的示意图。本实施例用于解决现有技术中直升机无人机巡查作业时,存在获取信息单一、作业成本高、效率低及无法准确测量直升机无人机与架空输电线路位置关系的问题。
具体的,如图1所示,架空输电线路巡检作业系统包括:三维激光器100、定位设备200、成像设备300及控制模块400。三维激光器100、定位设备200、成像设备300设置于飞行平台下部外侧面的不同位置。本实施例所述的飞行平台下部外侧面指的是飞行平台底部外侧面及飞行平台底部与侧部交界处的外侧面。具体实施时,飞行平台下部外侧面上有多个挂点,分别用于固定三维激光器100、定位设备200、成像设备300。
三维激光器100连接控制模块400,用于获取目标物体的三维激光点云数据,基于三维激光点云数据构建目标物体的三维模型,以用于飞行平台与架空输电线路间的距离检测、工况模拟分析、交叉跨越提取、平断面图制作和架空输电线路通道三维展示。三维激光器100具有多回波特性,扫描视场角不少于330°,如图8所示,灰色范围为被扫描范围,角A为扫描视场角,利用多回波特性能够精确测量目标的距离,还能够从回波信号中提取倾斜度、粗糙度等特征信息。三维激光器100获取目标物体的三维激光点云数据的过程包括:三维激光器100发射激光脉冲信号,同时将三维激光器发射激光脉冲信号时的系统时间发送至控制模块400;三维激光器100接收激光脉冲信号的反射信号,该反射信号为激光脉冲信号碰到目标物体后反射的信号,同时将接收到反射信号时的系统时间发送至控制模块400;三维激光器100根据发射激光脉冲的时间和接收反射信号的时间解算得到目标物体三维激光点云数据,进而根据三维激光点云数据计算飞行平台与目标物体之间的距离。本文所述的时间如不作特殊说明,均指时刻。本文所述的飞行平台包括无人机、直升机等飞行设备。本文所述的目标物体为距离飞行平台最近的物体,一般为架空输电线路上的设备,例如包括但不限于导地线、绝缘子、金具等等。
定位设备200连接控制模块400,用于确定标准时间及测量目标物体的空间位置及姿态信息。详细的说,目标物体的空间位置及姿态信息中包含:标准时间、空间位置值和姿态信息值。定位设备200确定的标准时间,是架空输电线路巡检作业系统的基准,为了保证数据质量,时间记录频率至少为200Hz。一些具体实施例中,本文所述的标准时间可以为UTC时间(Universal Time Coordinated,即协调世界时),又称统一世界时,是世界上最通用的时间标准,相当于本初子午线(即经度0度)上的平均太阳时,是以国际原子时秒长为基础,在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。本文所述的标准时间还可以为其它标准时间,例如为国家授时中心标准时间等。目标物体的姿态信息包括:俯仰角、侧滚角和偏航角。
成像设备300连接控制模块400,用于采集目标物体的成像数据,通过分析成像数据实现对目标物体的巡视。详细的说,成像设备300采集的成像数据包含:图像采集时的系统时间(由成像设备内部时钟提供)和图像。
控制模块400设置于飞行平台内部,用于触发三维激光器100、定位设备200、成像设备300工作,记录三维激光器100及成像设备300工作时的系统时间及标准时间,以根据记录的三维激光器100及成像设备300工作时的系统时间及标准时间,完成三维激光器100、定位设备200及成像设备300采集数据的同步。具体的,三维激光器100工作时的系统时间指的是三维激光器发射激光脉冲信号的时刻及接收反射信号的时刻,由三维激光器100内部时钟确定。成像设备300工作时的系统时间指的是成像设备采集图像的时刻,由成像设备300内部时钟确定。
具体实施时,架空输电线路巡检作业系统启动后,控制模块400会先触发定位设备200工作。控制模块还可以控制各模块参数(例如三维激光器频率,图像采集模块IOS参数)。三维激光器100及成像设备300工作时的系统时间及标准时间可采用如下表的形式进行记录:
控制模块400通过记录的三维激光器100及成像设备300工作时的系统时间及标准时间之间的关系,能够同步三维激光器100获取的目标物体的三维激光点云数据、定位设备200测量的目标物体的空间位置及姿态信息、成像设备300采集的图像。
本文所述的三维激光器、定位设备及成像设备为现有设备,本文对其厂商、型号等不做具体限定。控制模块可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor,DSP)、可编程控制器、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit,ASIC)或其他类似元件或上述元件的组合。
本实施例提供的架空输电线路巡检作业系统,通过三维激光器可以准确的确定飞行平台与架空输电线路间的距离,通过同时将三维激光器、定位设备、成像设备设置于一飞行平台下部外侧面,由控制模块完成数据之间的同步,能够在保证数据完整性及同步性的基础上,同时采集多种类型数据,通过一次飞行完成多项巡视,提高飞行平台的作业效率,节约作业成本。
本文一实施例中,为了保证各模块的触发效率,采用分控制系统的方式对各模块进行控制,如图2所示,控制模块400包括:第一分控制系统410、主控制系统420及第二分控制系统430。
第一分控制系统410连接三维激光器100及定位设备200,用于触发三维激光器100及定位设备200工作,将定位设备200反馈的标准时间发送至主控制系统420,记录三维激光器100工作时的系统时间及标准时间。
主控制系统420连接第一分控制系统410及第二分控制系统430,用于接收激光器分控系统410发送的标准时间,将接收到的标准时间发送至第二分控制系统430以进行时间同步。
第二分控制系统430连接成像设备300,用于接收主控制系统420发送的标准时间,触发成像设备300工作,记录成像设备300工作时的系统时间及标准时间。
本文一实施例中,如图3所示,定位设备200包括:卫星信号接收机210及惯性测量单元220。卫星信号接收机例如为GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)接收机,用于获取卫星信号,根据卫星信号确定标准时间及飞行平台的空间位置。惯性测量单元(Inertial measurement unit,IMU)220用于测量飞行平台的姿态信息。
本文一实施例中,如图4所示,成像设备300包括:相机310、录像机320、红外热像仪330及紫外成像仪340中的一个或多个。相机310用于采集目标物体的可见光图像数据,以对目标物体进行图像巡视。录像机320为可见光录像机,用于采集目标物体的视频数据,以对目标物体进行录像巡视。红外热像仪用于采集目标物体的红外图像数据,以检测目标物体的温度情况,由光机组件、调焦/变倍组件、内部非均匀性校正组件、成像电路组件和红外探测器/制冷机组件组成,是一种利用红外热成像技术,通过对目标物体的探测,加以信号处理、光电转换,将目标物体的温度分布图像转换成可视图像的设备,图像的每个像素点可进行任意温度分析和测量。紫外成像仪用于采集目标物体的紫外图像数据,以检测带电体放电情况。
本文一具体实施例中,为了便于获取各设备采集的数据,如图5所示,三维激光器100、定位设备200、相机310、录像机320、红外热像仪330及紫外成像仪340分别连接一存储设备。对于三维激光器100、定位设备200、录像机320、红外热像仪330及紫外成像仪340,将采集的数据存储于固态硬盘中。对于相机310,将采集的数据存储于CF(Compact Flash)存储卡中。
本文一实施例中,为了避免因为飞行平台飞行时的不稳定性影响采集数据的精度,架空输电线路巡检作业系统还包括:避震器及陀螺稳定平台,设置于飞行平台上。
三维激光器及定位设备集成于避震器上,避震器用于避免所述三维激光器及定位设备振动。具体实施时,三维激光器及定位设备之间的距离固定,与避震器之间为刚性连接。一具体实施例中,还在避震器上集成一相机,该相机连接第一分控制系统(如图5所示),具体实施时,还可将相机直接固定于三维激光器上。
成像设备集成于陀螺稳定平台上,陀螺稳定平台用于稳定及平衡成像设备。陀螺稳定平台具体结构参见现有技术,本文对此不做限定。
本文一实施例中,如图6所示,架空输电线路巡检作业系统还包括:电源模块500,连接三维激光器100、定位设备200、成像设备300及控制模块400,用于将机载电源转换为各个模块需要的匹配电压和电流,为各模块提供能量。
具体的,电源模块500包括:电池单元、防反接单元及分线单元。电池单元用于提供电能。防反接单元连接电池单元,用于防止电源极性接反,若用户因误操作将电源极性接反,则防反接单元会断开,使得电流不会流入其它模型,从而产生保护作用。分线单元连接防反接单元,具有至少四个接口,分别连接三维激光器、定位设备、成像设备及控制模块。具体实施时,防反接单元可以选用二极管或MOS管反接保护电路,本文对防反接单元具体为何不做限定。电源模块还可直连接控制模块中的第一分控制系统、主控制系统及第二分控制系统,由控制模块为连接三维激光器、定位设备、成像设备供电。
本文一实施例中,还提供一种飞行作业平台,包括:前述任一实施例所述的架空输电线路巡检作业系统及飞行平台。架空输电线路巡检作业系统设置于飞行平台上,用于进行输电线路巡检作业。飞行平台用于带动架空输电线路巡检作业系统在空中移动。
具体实施时,为了三维激光器发射的激光信号能够覆盖整个输电线路本体及通道,飞行平台在架空输电线路侧上方开展作业,如图8所示,飞行平台距离架空输电线路的距离L小于飞行平台距离地面的距离H。
本文一实施例中,如图7所示,还提供一种飞行作业平台的调控方法,包括:
步骤710,利用上述飞行作业平台(即架空输电线路巡检作业系统)中的三维激光器采集目标物体的三维激光点云数据。
步骤720,根据所述目标物体的三维激光点云数据,确定所述飞行平台与所述架空输电线路间的距离。具体的,一束激光扫描信号发射出去后,最先接收到的激光信号点云即为距离飞行平台最近点,由于飞行平台距离架空输电线路的距离L小于飞行平台距离地面的距离H,如图8所示,因此,基于最先接收到的激光信号即可确定飞行平台距离架空输电线路间的距离。
步骤730,比较所述飞行平台与架空输电线路间的距离、第一预定距离及第二预定距离,其中,所述第一预定距离大于所述第二预定距离。详细的说,第一预定距离和第二预定距离可根据飞行平台、架空输电线路巡检作业系统的性能,例如飞行速度、反应速度、三维激光器及成像设备的扫描范围等确定,本文对其具体取值不做限定。
步骤740,若所述飞行平台与架空输电线路间距离大于或等于所述第一预定距离,则调整所述飞行平台向所述架空输电线路移动;
步骤750,若所述飞行平台与架空输电线路间距离小于或等于所述第二预定距离,则调整所述飞行平台远离所述架空输电线路移动。
本实施例能够使飞行平台与架空输电线路保持安全距离,保障飞行平台和架空输电线路安全,相比传统巡检方式人工调控飞行平台位置的方式,具有安全性高、数据质量有保障的优势。
本文提供的架空输电线路巡检作业系统、飞行作业平台及其调控方法,通过三维激光器可以准确的确定飞行平台与架空输电线路间的距离,通过同时将三维激光器、定位设备、成像设备设置于一飞行平台下部外侧面,由控制模块完成数据之间的同步,能够在保证数据完整性及同步性的基础上,同时采集多种类型数据,通过一次飞行完成多项巡视,提高飞行平台的作业效率,节约作业成本。
应理解,在本文的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。
还应理解,在本文实施例中,术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系。例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本文的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本文所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另外,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接,也可以是电的,机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。
另外,在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本文的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分,或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本文各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本文的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本文的限制。