CN113189449A - 一种基于无人机的电力电缆智能监测系统 - Google Patents

一种基于无人机的电力电缆智能监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的电力电缆智能监测系统，包括视频图像模块、定位模块、路径计算模块和第一控制器、视频图像模块、第二控制器以及信号调节模块、监测终端，若位置信息B和位置信息A的位置差距大于10米，则第一控制器以位置信息B为主，发送位置信息B至第二控制器内，并修正定位模块的定位位置偏差，也即是让定位模块的定位位置信息A修正为位置信号B，重新开始定位，并且运用三极管Q2和电容C4‑电容C7组成振荡电路提高信号频率，起到补偿LC振荡消耗的作用，同时运用运放器AR3比较运放器AR2输出信号和数据参考信号，若第二控制器输出信号衰减过大，触发可控硅Q1导通，实现补偿信号的作用。

Description

一种基于无人机的电力电缆智能监测系统
技术领域
本发明涉及监测技术领域，特别是涉及一种基于无人机的电力电缆智能监测系统。
背景技术
随着城市现代化建设的需求，以及电力技术的发展，我国大型城市的电缆分为高空电缆和地下配电网络，而地下配电网络环境更为复杂，电缆也时常因自然老化、腐蚀或小动物的噬咬而引起隧道火灾，另外由于由于电缆工作过程中会产生大量热量，电缆防护层在高温释放出大量有害气体；电缆隧道受到环境影响会发生渗水现象，电缆隧道的高温和渗水对巡检人员的安全和健康有危害；
因此基于无人机的电力电缆智能监测系统正在大力发展中，利用电缆隧道无人机巡检作业，对隧道中环境进行巡检，定位故障位置，减少电缆灾害的发生，然而对于一些湖底或深河地下电缆隧道，其深度可达几十米，隧道长度可达上千米，而电缆隧道上面就是湖水或河水，就会大大降低信号穿透力，也即是信号传输衰减严重，很容易导致无人机巡检作业定位不准确，甚至故障图像信息不能准确传输至监测系统终端内。
发明内容
针对上述情况，本发明能够对无人机巡检故障位置进行校正，同时对信号进行补偿，提高无人机巡检作业定位准确性和故障图像传输效率。
其解决的技术方案是，包括视频图像模块、定位模块、路径计算模块和第一控制器、视频图像模块、第二控制器以及信号调节模块、监测终端，监测系统运行具体步骤如下：
S1：监测终端调取无人机巡检电力电缆地下隧道的作业路径，同时以10米一个阶段划分位置区域，并做好依次做好位置区域标记，然后将划分好的的位置区域发送至相应的无人机内的路径计算模块内；
S2：无人机启动，并以一定的速度进行巡检作业，视频图像模块对路径上的电力电缆进行视频监测，并将视频信息发送至第二控制器内；
S3：定位模块实时定位无人机巡检位置，并发送位置信息N至第一控制器内；
S4：路径计算模块实时接收无人机巡检的速度V，同时从无人机开始运行时计算巡检T，根据S＝T*V，路径计算模块计算出无人机巡检路程，定位相应的位置区域标记，并发送位置信息B至第一控制器内；
S5：设立阈值10米，若位置信息B和位置信息A的位置差距大于10米，则第一控制器以位置信息B为主，发送位置信息B至第二控制器内，并修正定位模块的定位位置偏差；
反之，若位置信息B和位置信息A的位置差距小于10米，则第一控制器以位置信息A为主，发送位置信息A至第二控制器内；
S6：视频图像模块实时进行图像对比方法，若遇到电力电缆损坏，此时无人机巡检速度放慢，同时视频图像模块进行图像拍摄，图像和视频信息一起发送至第二控制器内，并且第二控制器以此时的第一控制器发送的位置信息定位图像位置；
S7：第二控制器实时将视频信息和图像信息和步骤S5中的位置信息做融合数据处理，经信号调节模块后发送至监测终端。
进一步地，所述信号调节模块包括降噪输入模块、补偿发送模块，降噪输入模块接收第二控制器发送的信号，此时的信号为第二控制器数模转换后的模拟信号，然后运用运放器AR1缓冲信号，同时运用运放器AR2和电容C1-电容C3组成降噪电路降低信号杂波，补偿发送模块运用三极管Q2和电容C4-电容C7组成振荡电路提高信号频率，然后输入运放器AR4同相输入端内，并且运用运放器AR3比较运放器AR2输出信号和数据参考信号，若第二控制器输出信号衰减过大，此时运放器AR3输出为高电平信号，触发可控硅Q1导通，补偿信号经可控硅Q1直接输入运放器AR4同相输入端内，最后运放器AR4输出信号经信号发射器E1发送至监测终端内。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；
1.设立阈值10米，若位置信息B和位置信息A的位置差距大于10米，则第一控制器以位置信息B为主，发送位置信息B至第二控制器内，并修正定位模块的定位位置偏差，也即是让定位模块的定位位置信息A修正为位置信号B，重新开始定位，起到修正的效果，；反之，若位置信息B和位置信息A的位置差距小于10米，发送位置信息A至第二控制器内；同时视频图像模块实时进行图像对比方法，若遇到电力电缆损坏，此时无人机巡检速度放慢，同时视频图像模块进行图像拍摄，图像和视频信息一起发送至第二控制器内，并且第二控制器以此时的第一控制器发送的位置信息定位图像位置，提高了无人机巡检作业定位准确性。
2.运用三极管Q2和电容C4-电容C7组成振荡电路提高信号频率，起到补偿LC振荡消耗的作用，同时运用运放器AR3比较运放器AR2输出信号和数据参考信号，若第二控制器输出信号衰减过大，触发可控硅Q1导通，补偿信号经可控硅Q1直接输入运放器AR4同相输入端内，实现补偿信号的作用，解决信号传输衰减过大问题。
附图说明
图1为本发明的模块图。
图2为本发明的信号调节模块电路图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
为了对无人机巡检故障位置进行校正，同时对信号进行补偿，提高无人机巡检作业定位准确性和故障图像传输效率，本系统包括视频图像模块、定位模块、路径计算模块和第一控制器、视频图像模块、第二控制器以及信号调节模块、监测终端，监测系统运行具体步骤如下：
S1：监测终端调取无人机巡检电力电缆地下隧道的作业路径，同时以10米一个阶段划分位置区域，并做好依次做好位置区域标记，然后将划分好的的位置区域发送至相应的无人机内的路径计算模块内；
S2：无人机启动，并以一定的速度进行巡检作业，视频图像模块对路径上的电力电缆进行视频监测，并将视频信息发送至第二控制器内；
S3：定位模块实时定位无人机巡检位置，并发送位置信息N至第一控制器内；
S4：路径计算模块实时接收无人机巡检的速度V，同时从无人机开始运行时计算巡检T，根据S＝T*V，路径计算模块计算出无人机巡检路程，定位相应的位置区域标记，并发送位置信息B至第一控制器内；
S5：设立阈值10米(此阈值为人为设定，可以根据实际运行情况修改)，若位置信息B和位置信息A的位置差距大于10米，则第一控制器以位置信息B为主，发送位置信息B至第二控制器内，并修正定位模块的定位位置偏差，也即是让定位模块的定位位置信息A修正为位置信号B，重新开始定位，起到修正的效果，提高无人机巡检作业定位准确性；
反之，若位置信息B和位置信息A的位置差距小于10米，则第一控制器以位置信息A为主，发送位置信息A至第二控制器内；
S6：视频图像模块实时进行图像对比方法，若遇到电力电缆损坏，此时无人机巡检速度放慢，同时视频图像模块进行图像拍摄，图像和视频信息一起发送至第二控制器内，并且第二控制器以此时的第一控制器发送的位置信息定位图像位置；
S7：第二控制器实时将视频信息和图像信息和步骤S5中的位置信息做融合数据处理，经信号调节模块后发送至监测终端。
为了解决信号传输衰减严重问题，同时需要运用信号调节模块对第二控制器发送的信号补偿校准后才发送至监测终端，因此信号调节模块包括降噪输入模块、补偿发送模块，降噪输入模块接收第二控制器发送的信号，此时的信号为第二控制器数模转换后的模拟信号，然后运用运放器AR1缓冲信号，起到平滑信号的作用，同时运用运放器AR2和电容C1-电容C3组成降噪电路降低信号杂波，运用电容C1为耦合电容，将高频信号直接耦合至运放器AR2输出端，起到稳定信号的作用，同时运用电阻R2和电容C2组成RC滤波电路滤除运放器AR2同相输入端信号杂波，运放器AR2同相放大信号，起到放大信号功率的作用，并且运用电容C3进一步滤除运放器AR2输出信号杂波，起到降噪作用，以保证后续电路调节的稳定性和准确性；
所述补偿发送模块运用三极管Q2和电容C4-电容C7组成振荡电路提高信号频率，当信号输入时，此时电容C4不断充电，三极管Q2基极电位不断升高，直到电容C4充电完成，电容C4放电，三极管Q2导通，此时电感L1和电容C2起到LC振荡作用，放大信号频率，电源+3.3V经三极管Q2输入LC电路内，起到补偿LC振荡消耗的作用，然后电容C4放电完成，继续充电，三极管Q2截止，如此往复，起到调节信号频率的作用，其中电容C6、电容C7为滤波电容，进一步滤除信号杂波。
同时运用运放器AR3比较运放器AR2输出信号和数据参考信号，若第二控制器输出信号衰减过大，也即是运放器AR2输出电压过低，此时运放器AR3输出为高电平信号，触发可控硅Q1导通，补偿信号经可控硅Q1直接输入运放器AR4同相输入端内，实现补偿信号的作用，防止信号传输衰减过大，其中电源+2.5V经电阻R8拉升可控硅Q1控制极电位，防止运放器AR3输出高电平强度不够，提高可控硅Q1的可靠性，最后运放器AR4输出信号经信号发射器E1发送至监测终端内。
所述降噪输入模块具体结构，运放器AR1的同相输入端接第二控制器信号输出端口，运放器AR1的反相输入端接运放器AR1的输出端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2、电容C1的一端，电阻R2的另一端接运放器AR2的同相输入端和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，运放器AR2的反相输入端接电阻R4、电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R5的另一端接运放器AR2的输出端和电阻R3、电容C3的一端，电阻R3的另一端接电容C1的另一端，电容C3的另一端接地；所述补偿发送模块包括运放器AR3，运放器AR3的反相输入端接运放器AR2的输出端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接三极管Q2的基极和电容C4、电容C6、电容C7、电阻R10的一端，电容C7的另一端接电阻R11的一端，电阻R10、电容C6、电阻R11的另一端接地，三极管Q2的集电极接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电源+3.3V，三极管Q2的发射极接电容C4的另一端接电容C5的一端，电容C5的另一端接电阻R12、电感L1的一端，电感L1的另一端接地，运放器AR3的同相输入端接数据参考信号，运放器AR3的输出端接可控硅Q1的控制极和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接电源+2.5V，可控硅Q1的正极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接补偿信号，可控硅Q1的负极接电阻R12的另一端和运放器AR4的同相输入端，运放器AR4的反相输入端接电阻R13、电阻R14的一端，电阻R13的另一端接地，电阻R14的另一端接运放器AR4的输出端和信号发射器E1。
本发明具体使用时，监测终端调取无人机巡检电力电缆地下隧道的作业路径，同时以10米一个阶段划分位置区域，并做好依次做好位置区域标记，然后将划分好的的位置区域发送至相应的无人机内的路径计算模块内；无人机启动，并以一定的速度进行巡检作业，视频图像模块对路径上的电力电缆进行视频监测，并将视频信息发送至第二控制器内；定位模块实时定位无人机巡检位置，并发送位置信息N至第一控制器内；路径计算模块实时接收无人机巡检的速度V，同时从无人机开始运行时计算巡检T，根据S＝T*V，路径计算模块计算出无人机巡检路程，定位相应的位置区域标记，并发送位置信息B至第一控制器内；设立阈值10米(此阈值为人为设定，可以根据实际运行情况修改)，若位置信息B和位置信息A的位置差距大于10米，则第一控制器以位置信息B为主，发送位置信息B至第二控制器内，并修正定位模块的定位位置偏差，也即是让定位模块的定位位置信息A修正为位置信号B，重新开始定位，起到修正的效果，提高无人机巡检作业定位准确性；反之，若位置信息B和位置信息A的位置差距小于10米，则第一控制器以位置信息A为主，发送位置信息A至第二控制器内；视频图像模块实时进行图像对比方法，若遇到电力电缆损坏，此时无人机巡检速度放慢，同时视频图像模块进行图像拍摄，图像和视频信息一起发送至第二控制器内，并且第二控制器以此时的第一控制器发送的位置信息定位图像位置；第二控制器实时将视频信息和图像信息和步骤S5中的位置信息做融合数据处理，经信号调节模块后发送至监测终端。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于无人机的电力电缆智能监测系统，其特征在于，包括视频图像模块、定位模块、路径计算模块和第一控制器、视频图像模块、第二控制器以及信号调节模块、监测终端，监测系统运行具体步骤如下：
S1：监测终端调取无人机巡检电力电缆地下隧道的作业路径，同时以10米一个阶段划分位置区域，并做好依次做好位置区域标记，然后将划分好的的位置区域发送至相应的无人机内的路径计算模块内；
S2：无人机启动，并以一定的速度进行巡检作业，视频图像模块对路径上的电力电缆进行视频监测，并将视频信息发送至第二控制器内；
S3：定位模块实时定位无人机巡检位置，并发送位置信息N至第一控制器内；
S4：路径计算模块实时接收无人机巡检的速度V，同时从无人机开始运行时计算巡检T，根据S＝T*V，路径计算模块计算出无人机巡检路程，定位相应的位置区域标记，并发送位置信息B至第一控制器内；
S5：设立阈值10米，若位置信息B和位置信息A的位置差距大于10米，则第一控制器以位置信息B为主，发送位置信息B至第二控制器内，并修正定位模块的定位位置偏差；
反之，若位置信息B和位置信息A的位置差距小于10米，则第一控制器以位置信息A为主，发送位置信息A至第二控制器内；
S6：视频图像模块实时进行图像对比方法，若遇到电力电缆损坏，此时无人机巡检速度放慢，同时视频图像模块进行图像拍摄，图像和视频信息一起发送至第二控制器内，并且第二控制器以此时的第一控制器发送的位置信息定位图像位置；
S7：第二控制器实时将视频信息和图像信息和步骤S5中的位置信息做融合数据处理，经信号调节模块后发送至监测终端。
2.如权利要求1所述一种基于无人机的电力电缆智能监测系统，其特征在于，所述信号调节模块包括降噪输入模块、补偿发送模块，降噪输入模块接收第二控制器发送的信号，此时的信号为第二控制器数模转换后的模拟信号，然后运用运放器AR1缓冲信号，同时运用运放器AR2和电容C1-电容C3组成降噪电路降低信号杂波，补偿发送模块运用三极管Q2和电容C4-电容C7组成振荡电路提高信号频率，然后输入运放器AR4同相输入端内，并且运用运放器AR3比较运放器AR2输出信号和数据参考信号，若第二控制器输出信号衰减过大，此时运放器AR3输出为高电平信号，触发可控硅Q1导通，补偿信号经可控硅Q1直接输入运放器AR4同相输入端内，最后运放器AR4输出信号经信号发射器E1发送至监测终端内。
3.如权利要求2所述一种基于无人机的电力电缆智能监测系统，其特征在于，所述降噪输入模块包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端接第二控制器信号输出端口，运放器AR1的反相输入端接运放器AR1的输出端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2、电容C1的一端，电阻R2的另一端接运放器AR2的同相输入端和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，运放器AR2的反相输入端接电阻R4、电阻R5的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R5的另一端接运放器AR2的输出端和电阻R3、电容C3的一端，电阻R3的另一端接电容C1的另一端，电容C3的另一端接地。
4.如权利要求3所述一种基于无人机的电力电缆智能监测系统，其特征在于，所述补偿发送模块包括运放器AR3，运放器AR3的反相输入端接运放器AR2的输出端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接三极管Q2的基极和电容C4、电容C6、电容C7、电阻R10的一端，电容C7的另一端接电阻R11的一端，电阻R10、电容C6、电阻R11的另一端接地，三极管Q2的集电极接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电源+3.3V，三极管Q2的发射极接电容C4的另一端接电容C5的一端，电容C5的另一端接电阻R12、电感L1的一端，电感L1的另一端接地，运放器AR3的同相输入端接数据参考信号，运放器AR3的输出端接可控硅Q1的控制极和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接电源+2.5V，可控硅Q1的正极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接补偿信号，可控硅Q1的负极接电阻R12的另一端和运放器AR4的同相输入端，运放器AR4的反相输入端接电阻R13、电阻R14的一端，电阻R13的另一端接地，电阻R14的另一端接运放器AR4的输出端和信号发射器E1。
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