CN113093797A - 基于无人机的输电线路智能巡检方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机的输电线路智能巡检方法及系统，包括无人机单元和主控中心，无人机单元包括无人机，设置在无人机上的GPS模块、电场探测传感器、图像采集模块和通信模块，主控中心内设置有路线规划模块、图像分析模块和大数据分析模块。主控中心通过路线规划模块将规划好的巡检路线发送给无人机，通过图像采集模块拍摄输电线路的图像信息，图像分析模块通过目标检测算法识别图像信息中的输电线路的部件特征并提取出来，大数据分析模块结合历史数据判断部件是否发生故障，可以实现全自动的输电线路巡检，并且无人机在飞行过程中通过电场探测传感器保持无人机与输电线路的安全距离，提高了自动巡检过程中的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电力巡线领域，具体的涉及一种基于无人机的输电线路智能巡检方法及系统。
背景技术
架空输电线路长期暴露在自然环境中运行，正常情况下要经受机械载荷和电力负荷的作用，还受到寒暑交替等自然因素的干扰，这些作用使得线路元件老化、疲劳、氧化腐蚀，降低元件的工作性能,形成缺陷，如不及时消除“短板”，缺陷就会由量变到质变发展成故障。
常规的电力巡线需要人工沿着输电线路进行巡逻排障，但是这种方法每年需要投入大量人力物力，成本很高。近几年，随着无人机技术、影像实时传播技术以及5G技术的发展成熟，无人机巡检线路在输电线路巡检中体现出应用价值，但是目前无人机巡检线路存在两个缺陷：
1、需要人工手动操控无人机飞行并且肉眼观察途经的输电线路进行排障，费时费力。
2、无人机在飞行过程中如果距离输电线路太近，内部元器件因起晕或拉弧导致出现飞行故障甚至出现坠机事故，目前与输电线路的飞行距离只能通过肉眼粗略观察，无法实现精确的距离控制，也就不能保持与输电线路的安全距离。
综合以上两点问题，目前的无人机系统无法实现智能化的输电线路全自动巡检。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，为此，本发明提出一种基于无人机的输电线路智能巡检方法及系统，能够实现全自动的输电线路巡航，无需人工手动操控和肉眼排障，并且可以保持与输电线路的安全距离。
本发明第一方面提供基于无人机的输电线路智能巡检系统，包括：无人机单元，所述无人机单元包括无人机，设置在无人机上的GPS模块、电场探测传感器、图像采集模块和通信模块，所述GPS模块用于提供定位信息，所述图像采集模块用于拍摄输电线路的图像信息；主控中心，所述主控中心内设置有路线规划模块、图像分析模块和大数据分析模块；所述无人机通过通信模块与主控中心通讯以用于接收控制命令和传输图像信息；所述路线规划模块用于规划巡检路线，所述图像分析模块通过目标检测算法识别图像信息中的输电线路的部件特征并提取出来，所述图像分析模块与所述大数据分析模块相连以用于传输输电线路的部件特征，所述大数据分析模块用于结合历史数据判断输电线路的部件是否发生故障。
根据本发明的一些实施例，所述电场探测传感器用于感应输电线路的电场强度使无人机保持与输电线路之间的安全距离。
本发明第一方面实施例的基于无人机的输电线路智能巡检系统，至少具有如下技术效果：本发明实施方式中无人机通过GPS模块提供定位信息，主控中心通过路线规划模块将规划好的巡检路线发送给无人机，使无人机开始沿输电线路飞行，飞行过程中无人机通过图像采集模块拍摄输电线路的图像信息并发送给主控中心的图像分析模块，图像分析模块通过目标检测算法识别图像信息中的输电线路的部件特征并提取出来发送给大数据分析模块，大数据分析模块结合历史数据判断部件是否发生故障，可以实现全自动的输电线路巡检，无需人工肉眼排障和手动操控无人机，省时省力。
无人机在飞行过程中通过电场探测传感器感应输电线路的电场强度，通过电场强度和无人机的高度判断并保持无人机与输电线路的安全距离，避免了无人机离输电线路太近时因起晕或拉弧导致飞行故障，提高了飞行安全性，提高了自动巡检过程中的安全性。
根据本发明的一些实施例，所述电场探测传感器包括电场探头、放大模块、滤波模块、升压模块、MCU和用于供电的电源模块，所述电场探头的输出端连接所述放大模块的输入端，所述放大模块的输出端连接所述滤波模块的输入端，所述滤波模块的输出端连接所述升压模块的输入端，所述升压模块的输出端连接所述MCU的输入端，所述MCU通过通信接口电路与无人机的飞控模组相连以用于传输检测到的电场值，所述无人机根据电场值保持与输电线路的安全距离。
根据本发明的一些实施例，所述电场探头采用三轴全向探头。
根据本发明的一些实施例，所述图像采集模块采用双光谱摄像头。
根据本发明的一些实施例，所述通信模块采用5G通信模块。
根据本发明的一些实施例，所述目标检测算法采用YOLO模型提取算法、RCNN模型提取算法、SSD模型提取算法中的一种或多种提取图像信息中的输电线路的部件特征。
根据本发明的一些实施例，所述主控中心还设置有控制面板以用于手动控制无人机。
本发明第二方面提供基于无人机的输电线路智能巡检方法，包括以下步骤：
主控中心通过路线规划模块将预先设计好的输电线路巡检路线发送给无人机，无人机起飞按照指定路线对输电线路进行巡航；
巡航过程中无人机通过电场探测传感器感应输电线路的电场，从而保持与输电线路之间的安全距离；
巡航过程中无人机通过图像采集模块采集输电线路的图像信息并通过通信模块传输给主控中心；
主控中心收到图像信息后，通过图像分析模块提取图像信息中的输电线路的部件特征，大数据分析模块根据输电线路的部件特征结合历史数据判断输电线路的部件是否发生故障。
本发明第二方面实施例的基于无人机的输电线路智能巡检方法，至少具有如下技术效果：本发明实施方式中无人机通过GPS模块提供定位信息，主控中心通过路线规划模块将规划好的巡检路线发送给无人机，使无人机开始沿输电线路飞行，飞行过程中无人机通过图像采集模块拍摄输电线路的图像信息并发送给主控中心的图像分析模块，图像分析模块通过目标检测算法识别图像信息中的输电线路的部件特征并提取出来发送给大数据分析模块，大数据分析模块结合历史数据判断部件是否发生故障，可以实现全自动的输电线路巡检，无需人工肉眼排障和手动操控无人机，省时省力。
无人机在飞行过程中通过电场探测传感器感应输电线路的电场强度，通过电场强度和无人机的高度判断并保持无人机与输电线路的安全距离，避免了无人机离输电线路太近时因起晕或拉弧导致飞行故障，保障了飞行安全，提高了自动巡检过程中的安全性。
本发明的第三方面提供计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如本发明第二方面所述的基于无人机的输电线路智能巡检方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，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为本发明实施例中基于无人机的输电线路智能巡检系统的原理框图；
图2为本发明实施例中电场探测传感器120的硬件原理图；
图3为本发明实施例中基于无人机的输电线路智能巡检方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1，一种基于无人机的输电线路智能巡检系统，包括：无人机单元100和主控中心200。
其中，无人机单元100包括无人机110，设置在无人机110上的电场探测传感器120、图像采集模块130、通信模块140和GPS模块150。
无人机110通过通信模块140接收主控中心的控制命令并且传回采集数据，可预见的，通信模块140可以采用4G、5G、433M无线或其他通信模块，本实施例中采用5G通信模块，GPS模块150的作用是提供定位信息。电场探测传感器120可以感应输电线路的电场强度。
参考图2，电场探测传感器120包括电场探头121、放大模块122、滤波模块123、升压模块124、MCU125和用于供电的电源模块126，电场探头121的输入端连接放大模块122的输出端，放大模块122的输出端连接滤波模块123的输入端，滤波模块123的输出端连接升压模块124的输入端，升压模块124的输出端连接MCU125的输入端，本实施例中电场探头121采用三轴全向电磁场一体探头，具备输电线路周边电场矢量探测能力，放大模块122、滤波模块123、升压模块124、MCU125都采用常规的电路。
电场探测传感器120的工作原理为输电线路近场区电场属于准静态场，其电场值按照工频频率缓慢变化，而电流的变化频率反映了电场强度的变化频率，电流的大小反映了电场强度的大小，因此我们可以通过检测工频电场中导体的感生电流可以计算当前所在的电场值。MCU125通过通信接口电路与无人机110的飞控模组相连从而传输检测到的电场值，无人机110根据电场值保持与输电线路的安全距离。
无人机110通过电场强度结合飞行高度判断与当前输电线路之间的距离，避免靠的太近发生起晕或拉弧的现象，图像采集模块130的作用是拍摄线路的图像信息并通过通信模块140传输给主控中心进行分析处理，图像采集模块130采用双光谱摄像头，既可以拍摄红外图像也可以拍摄正常图像。
主控中心200内设置有路线规划模块210、图像分析模块220和大数据分析模块230；路线规划模块210具有与飞行数据库对接的接口，例如大疆的飞行数据系统，用户可以按照实际的输电线路，通过路线规划模块210进行巡航的路线规划，实际执行任务时无人机110从路线规划模块210中获得航点经纬度和高度，即可按规划好的航点顺序自主飞行和图像采集。
图像分析模块220通过目标检测算法识别图像信息中的输电线路的部件特征提取出来，图像检测算法可以采用YOLO模型提取算法、RCNN模型提取算法、SSD模型提取算法中的一种或多种提取图像信息中的输电线路的部件特征，例如可以采用YOLO模型提取算法对防震锤的圆形部分进行提取，通过RCNN模型提取算法提取图像中的纹理特征来识别绝缘子。图像分析模块220与大数据分析模块230相连以用于传输输电线路的部件特征，大数据分析模块230通过建立神经网络模型结合历史数据进行训练，可以判断部输电线路的部件是否发生故障，例如断股、绝缘子破损等。
其中，主控中心200还设置有控制面板，用户可以随时将自动巡检模式切换为手动模式，通过控制面板手动控制无人机110的工作状态。
参考图3，本发明实施例还涉及一种基于无人机的输电线路智能巡检方法，包括以下步骤：
S1：主控中心200通过路线规划模块210将预先设计好的输电线路巡检路线发送给无人机110，无人机110起飞按照指定路线对输电线路进行巡航。
S2：巡航过程中无人机110通过电场探测传感器120感应输电线路的电场，从而保持与输电线路之间的安全距离。
S3：巡航过程中无人机110通过图像采集模块130采集输电线路的图像信息并通过通信模块140传输给主控中心200。
S4：主控中心200收到图像信息后，通过图像分析模块220提取图像信息中的输电线路的部件特征，大数据分析模块230根据输电线路的部件特征结合历史数据判断输电线路的部件是否发生故障。
综上，本发明实施例中无人机110通过GPS模块150提供定位信息，主控中心200通过路线规划模块210将规划好的巡检路线发送给无人机110，使无人机110开始沿输电线路飞行，飞行过程中，无人机110通过图像采集模块130拍摄输电线路的图像信息并发送给主控中心200的图像分析模块220，图像分析模块220通过目标检测算法识别图像信息中的输电线路的部件特征并提取出来发送给大数据分析模块230，大数据分析模块230结合历史数据判断部件是否发生故障，可以实现全自动的输电线路巡检，无需人工肉眼排障和手动操控无人机，省时省力。
无人机110在飞行过程中通过电场探测传感器120感应输电线路的电场强度，通过电场强度和无人机110的高度判断并保持无人机110与输电线路的安全距离，避免了无人机110离输电线路太近时因起晕或拉弧导致飞行故障，保障了飞行安全，提高了自动巡检过程中的安全性。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行，可使得上述一个或多个控制处理器执行上述方法实施例中的基于无人机的输电线路智能巡检方法。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中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，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模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于无人机的输电线路智能巡检系统，其特征在于，包括：
无人机单元(100)，所述无人机单元(100)包括无人机(110)，设置在所述无人机(110)上的电场探测传感器(120)、图像采集模块(130)、通信模块(140)和GPS模块(150)，所述图像采集模块(130)用于拍摄输电线路的图像信息，所述GPS模块(150)用于提供定位信息；
主控中心(200)，所述主控中心(200)内设置有路线规划模块(210)、图像分析模块(220)和大数据分析模块(230)；所述无人机(110)通过通信模块(140)与主控中心(200)通讯以用于接收控制命令和传输图像信息；所述路线规划模块(210)用于规划巡检路线，所述图像分析模块(220)通过目标检测算法识别图像信息中的输电线路的部件特征并提取出来，所述图像分析模块(220)与所述大数据分析模块(230)相连以用于传输输电线路的部件特征，所述大数据分析模块(230)用于结合历史数据判断输电线路的部件是否发生故障。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线路智能巡检系统，其特征在于，所述电场探测传感器(120)用于感应输电线路的电场强度，使无人机(110)保持与输电线路之间的安全距离。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线路智能巡检系统，其特征在于，所述电场探测传感器(120)包括电场探头(121)、放大模块(122)、滤波模块(123)、升压模块(124)、MCU(125)和用于供电的电源模块(126)，所述电场探头(121)的输出端连接所述放大模块(122)的输入端，所述放大模块(122)的输出端连接所述滤波模块(123)的输入端，所述滤波模块(123)的输出端连接所述升压模块(124)的输入端，所述升压模块(124)的输出端连接所述MCU(125)的输入端，所述MCU(125)通过通信接口电路与无人机(110)的飞控模组相连以用于传输检测到的电场值，所述无人机(110)根据电场值保持与输电线路的安全距离。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的输电线路智能巡检系统，其特征在于，所述电场探头(121)采用三轴全向探头。
5.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线路智能巡检系统，其特征在于，所述图像采集模块(130)采用双光谱摄像头。
6.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线路智能巡检系统，其特征在于，所述通信模块(140)采用5G通信模块。
7.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线路智能巡检系统，其特征在于，所述目标检测算法采用YOLO模型提取算法、RCNN模型提取算法、SSD模型提取算法中的一种或多种提取图像信息中的输电线路的部件特征。
8.根据权利要求1所述的基于无人机的输电线路智能巡检系统，其特征在于，所述主控中心(200)还设置有控制面板以用于手动控制无人机(110)。
9.一种基于无人机的输电线路智能巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：
主控中心(200)通过路线规划模块(210)将预先设计好的输电线路巡检路线发送给无人机(110)，无人机(110)起飞按照指定路线对输电线路进行巡航；
巡航过程中无人机(110)通过电场探测传感器(120)感应输电线路的电场，从而保持与输电线路之间的安全距离；
巡航过程中无人机(110)通过图像采集模块(130)采集输电线路的图像信息并通过通信模块(140)传输给主控中心(200)；
主控中心(200)收到图像信息后，通过图像分析模块(220)提取图像信息中的输电线路的部件特征，大数据分析模块(230)根据输电线路的部件特征结合历史数据判断输电线路的部件是否发生故障。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求9所述的基于无人机的输电线路智能巡检方法。
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