CN113485424B - 一种杆塔巡检航线设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种杆塔巡检航线设计方法，包括如下步骤：S001、确定杆塔类型；S002、确定杆塔方向；S003、将所有拍摄目标点按照在杆塔的位置分类；S004、确定杆塔上所具有的绝缘子的拍摄方向；S005、若杆塔为耐张塔，则确定杆塔上所具有的跳线的拍摄方向，否则进入S006；S006、生成航拍点、拍摄角度与辅助点；S007、生成巡检航线；S008、对巡检航线进行安全检查，若巡检航线安全，则有效，反之则重复S003～S007。本发明的有益效果为：提高了无人机电力精细化巡检航线规划的效率和准确率，在很大程度上提高无人机电力巡检的智能化水平。
Description
技术领域
本发明涉及线路巡检领域，具体涉及一种杆塔巡检航线设计方法。
背景技术
近年电力行业已经开始使用无人机大面积巡查电力线路，无人机由于能去到巡检人员无法到达或不便到达的地方，把巡检人员从高强度的体力劳动中逐步解放出来，成为了巡检人员高效安全完成巡检作业的最佳工具。但在实际应用中操控水平、大风、强光、信号干扰和云台误差等外在条件影响了巡检数据精度。实际输电线路无人机巡检应用中，需要大量飞手操控无人机到作业现场执行巡检任务，而飞手操控水平直接决定巡检质量是否达标，作业效率、作业质量、作业频次难以满足电网在物联网建设需求。
随着无人机技术的日趋成熟、人工智能、自动化控制技术和传感器技术的发展，无人机全自动精细化巡检将成为未来的发展趋势。现阶段，无人机电力巡检大都采用自动驾驶的飞控系统，无人机自动驾驶的安全主要在于动力能源系统、航电控制系统、航线设计和人员操控等方面。
目前市面上的飞控系统自带的航线规划功能基本都是基于二维平面地图进行规划航线，这种航线规划方式较适用于无人机土地测绘，而针对于电力巡线作业的航线规划却存在很大的弊端和安全风险。市面上一部分公司在架空输电线路精细化巡检航线设计技术方面做了一些工作，但现有无人机巡检航线设计技术中，需要手动选取拍摄目标点，手动命名杆塔拍摄目标点名称，对耐张塔巡检航线需要大量的人工编辑，巡检航线航拍点顺序不符合国网标准要求，不能自动按照国网标准规范对航拍影像命名，整体智能化水平较低，需要大量的人工干预，巡检航线设计效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种杆塔巡检航线设计方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种杆塔巡检航线设计方法，包括如下步骤：
S001、确定杆塔类型；
S002、确定杆塔方向；
S003、将所有拍摄目标点按照在杆塔的位置分类；
S004、确定杆塔上所具有的绝缘子的拍摄方向；
S005、若杆塔为耐张塔，则确定杆塔上所具有的跳线的拍摄方向，否则进入S006；
S006、生成航拍点、拍摄角度与辅助点；
S007、生成巡检航线；
S008、对巡检航线进行安全检查，若巡检航线安全，则有效，反之则重复S003～S007。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，S002具体为：
根据拍摄目标点的属性信息，获取杆塔上左、右地线点的坐标，利用左、右地线点坐标计算获取杆塔方向。
进一步，S003具体为：
通过方位计算，将左地线左边的拍摄目标点定为杆塔左部点，左右地线之间的拍摄目标点定为中间点，右地线右边的点定为杆塔右部点。
进一步，绝缘子拍摄方向的确定方法为：
计算绝缘子上横担端挂点和导线端挂点之间形成的线段之间的角度关系，获取绝缘子类型；
再根据绝缘子类型确定拍摄方向。进一步，绝缘子类型分为：I串、V串、耐张串；
对于I串，拍摄规则为：左、右方向拍摄；
对于V串，拍摄规则为：前、后方向拍摄；
对于耐张串，拍摄规则为：根据挂点具体分布情况左、右或上方拍摄。
进一步，S004具体还包括：
若杆塔上具有上层绝缘子，则拍摄避开上层的地线；
若杆塔上具有中相绝缘子，则拍摄规则为：前、后方向拍摄。
进一步，S005中跳线分为：单跳线、窄双跳线和宽双跳线；
对于单跳线，拍摄规则为：正对跳线方向拍摄；
对于窄双跳线，拍摄规则为：左、右拍摄；
对于宽双跳线，拍摄规则为：正对跳线方向拍摄。
进一步，所述S006具体为：
依据数学模型，并结合《国家电网公司架空输电线路无人机巡检影像拍摄指导手册》，以及电力巡检时已知的技术参数，自动生成航拍点、拍摄角度与辅助点；
数学模型如下：
其中，f为相机焦距,(x,y)为影像上任一点像平面坐标，(X,Y,Z)为对应(x,y)的物方坐标，(Xs,Ys,Zs)为摄影中心，a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3为摄影中心角度组成的9个方向余弦。
进一步，S007具体为：
按拍摄顺序编号导出巡检航线的数据文件。
进一步，对巡检航线进行校验具体为；
对杆塔周围一定范围内的点云切割；
将所切割出的点云数据以规则格网的方式生成空间格网，以实现点云数据的结构化；
将巡检航线折线在三维空间利用设定的距离阈值进行缓冲，对所得到的圆柱体进行连线，即得巡检航线的安全空间，若空间格网的点云数据中有落入安全空间内的点，则判断此折线段巡检航线不安全，反之，巡检航线安全。
更进一步，对杆塔周围一定范围内的点云切割中一定范围为：以杆塔中心点坐标为圆心外扩30m。
本发明的有益效果是：
1)借助杆塔部件点的属性信息，自动计算航拍点位置与拍摄角度，解决了通过手动方式确定杆塔拍摄方位的问题；
2)自动按照国网标准拍摄顺序生成巡检航线；
3)巡检影像按照国网标准命名，减少人工干预工作量；
4)能在三维空间环境下完成巡检航线的安全检测；
5)该方法提高了无人机电力精细化巡检航线规划的效率和准确率，在很大程度上提高无人机电力巡检的智能化水平。
附图说明
图1为杆塔巡检航线设计方法的流程图；
图2为绝缘子I串示意图；
图3为绝缘子V串示意图；
图4为绝缘子耐张串示意图；
图5为单跳线示意图；
图6为窄双跳线示意图；
图7为宽双跳线示意图；
图8为交流双回直线塔示意图；
图9为交流双回耐张塔示意图；
图10为交流单回直线猫头塔I串示意图；
图11为交流单回直线猫头塔V串示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种杆塔巡检航线设计方法，包括如下步骤：
S001、确定杆塔类型；
S002、确定杆塔方向；
S003、将所有拍摄目标点按照在杆塔的位置分类；
S004、确定杆塔上所具有的绝缘子的拍摄方向；
S005、若杆塔为耐张塔，则确定杆塔上所具有的跳线的拍摄方向，否则进入S006；
S006、生成航拍点、拍摄角度与辅助点；
S007、生成巡检航线；
S008、对巡检航线进行安全检查，若巡检航线安全，则有效，反之则重复S003～S007。
实施例2
本实施例为在实施例1的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
对于步骤S002而言，其具体为：
根据拍摄目标点的属性信息，获取杆塔上左、右地线点的坐标，利用左、右地线点坐标计算获取杆塔方向。
实施例3
本实施例为在实施例1或2的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
S003具体为：
通过方位计算，将左地线左边的拍摄目标点定为杆塔左部点，左右地线之间的拍摄目标点定为中间点，右地线右边的点定为杆塔右部点，将拍摄目标点按照杆塔位置分类后，可以按照拍摄目标点方位设计出最优路线的航拍点，提高巡检效率。
实施例4
本实施例为在实施例1或2或3的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
绝缘子拍摄方向的确定方法为：
计算绝缘子上横担端挂点和导线端挂点之间形成的线段之间的角度关系，获取绝缘子类型；
再根据绝缘子类型确定拍摄方向。
通常情况下，杆塔类型不同其上的绝缘子类型也将发生变化，而常见的绝缘子类型分为：I串、V串和耐张串，分别如图2、图3、图4所示；
而对于I串，拍摄规则为：左、右方向拍摄；
而对于V串，拍摄规则为：前、后方向拍摄；
而对于耐张串，拍摄规则为：根据挂点具体分布情况左、右或上方拍摄。
实施例5
本实施例为在实施例4的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
对于不同的塔型，其上可能具有上层绝缘子，当所需要巡检的杆塔上具有上层绝缘子时，则应该设计新的拍摄角度，以避开上层的地线，保证巡检航线的安全；
如图8为交流双回直线塔V串，图中的I-21、J-22号点即为地线点，上层绝缘子为H层和K层；
如图9为交流双回耐张塔，图中的I-42、J-43号点即为地线点，上层绝缘子为H层和K层；
但因为绝缘子形状不同，不同绝缘子类型拍摄方式和角度不同，则需要根据实际情况确定上层绝缘子拍摄角度，以避开地线，保证巡检航线安全；
若杆塔上具有中相绝缘子，则拍摄规则为：前、后方向拍摄；
如图10中所示的交流单回直线猫头塔I串，图11中所示的交流单回直线猫头塔V串，中相H层在杆塔内部，需要在塔前后拍摄，以保证巡检航线安全。
实施例6
本实施例为在实施例1～5任一实施例的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
跳线一般在耐张塔上出现，从外形上可分为单跳线、窄双跳线、宽双跳线，分别如图5、图6、图7所示，不同类型的跳线按照不同的拍摄方式拍摄，原则上要满足以下条件：巡检航线安全、航线路线最优、获取的巡检影像能够杆塔精细化巡检的要求，根据跳线类型不同拍摄规则如下：
对于单跳线，拍摄规则为：正对跳线方向拍摄；
对于窄双跳线，拍摄规则为：左、右拍摄；
对于宽双跳线，拍摄规则为：正对跳线方向拍摄。
实施例7
本实施例为在实施例1～6任一实施例的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
根据设定的航拍安全距离、相机焦距、传感器尺寸等信息，计算航拍点的位置与拍摄角度，保证获取到的影像清晰、曝光合理、不出现模糊现象，同时拍摄影像中的目标设备位于图像中间位置，且部件细节清晰可见；
依据数学模型，并结合《国家电网公司架空输电线路无人机巡检影像拍摄指导手册》，以及电力巡检时已知的技术参数，自动生成航拍点、拍摄角度与辅助点；
其中：
数学模型如下：
其中，f为相机焦距,(x,y)为影像上任一点像平面坐标，(X,Y,Z)为对应(x,y)的物方坐标，(Xs,Ys,Zs)为摄影中心，a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3为摄影中心角度组成的9个方向余弦。
实施例8
本实施例为在实施例7的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
S007具体为：
按拍摄顺序编号导出巡检航线的数据文件，即为巡检航线。
实施例9
本实施例为在实施例8的基础上对其所进行的进一步改进，具体如下：
对巡检航线进行安全检查具体为；
对杆塔周围一定范围内的点云切割，通常该范围为：以杆塔中心点坐标为圆心外扩30m，塔的前后线路多切割塔高的1.5倍距离的点云数据，满足塔全貌这类基础航拍点的安全检查；
将所切割出的点云数据以规则格网的方式生成空间格网，以实现点云数据的结构化，每个空间格网仅保存在此格网范围中的点云数据；
将巡检航线折线在三维空间利用设定的距离阈值进行缓冲，对所得到的圆柱体进行连线，即得巡检航线的安全空间，若空间格网的点云数据中有落入安全空间内的点，则判断此折线段巡检航线不安全，反之，巡检航线安全。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种杆塔巡检航线设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S001、确定杆塔类型；
S002、确定杆塔方向；
S003、将所有拍摄目标点按照在杆塔的位置分类；
S004、确定杆塔上所具有的绝缘子的拍摄方向；
S005、若杆塔为耐张塔，则确定杆塔上所具有的跳线的拍摄方向，否则进入S006；
S006、生成航拍点、拍摄角度与辅助点；
S006具体为：
依据数学模型，并结合《国家电网公司架空输电线路无人机巡检影像拍摄指导手册》，以及电力巡检时已知的技术参数，自动生成航拍点、拍摄角度与辅助点；
所述数学模型如下：
其中，f为相机焦距,(x,y)为影像上任一点像平面坐标，(X,Y,Z)为对应(x,y)的物方坐标，(Xs,Ys,Zs)为摄影中心，a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3为摄影中心角度组成的9个方向余弦；
S007、生成巡检航线；
具体为：
按拍摄顺序编号导出巡检航线的数据文件；
S008、对巡检航线进行安全检查，若巡检航线安全，则有效，反之则重复S003～S007；
对巡检航线进行安全检查具体为；
对杆塔周围一定范围内的点云切割；
将所切割出的点云数据以规则格网的方式生成空间格网，以实现点云数据的结构化；
将巡检航线折线在三维空间利用设定的距离阈值进行缓冲，对所得到的圆柱体进行连线，即得巡检航线的安全空间，若空间格网的点云数据中有落入安全空间内的点，则判断此折线段巡检航线不安全，反之，巡检航线安全。
2.根据权利要求1所述的一种杆塔巡检航线设计方法，其特征在于，所述S002具体为：
根据拍摄目标点的属性信息，获取杆塔上左、右地线点的坐标，利用左、右地线点坐标计算获取杆塔方向。
3.根据权利要求1所述的一种杆塔巡检航线设计方法，其特征在于，所述S003具体为：
通过方位计算，将左地线左边的拍摄目标点定为杆塔左部点，左右地线之间的拍摄目标点定为中间点，右地线右边的点定为杆塔右部点。
4.根据权利要求1所述的一种杆塔巡检航线设计方法，其特征在于，绝缘子拍摄方向的确定方法为：
计算绝缘子上横担端挂点和导线端挂点之间形成的线段之间的角度关系，获取绝缘子类型；
再根据绝缘子类型确定拍摄方向。
5.根据权利要求4所述的一种杆塔巡检航线设计方法，其特征在于，绝缘子类型分为：I串、V串、耐张串；
对于I串，拍摄规则为：左、右方向拍摄；
对于V串，拍摄规则为：前、后方向拍摄；
对于耐张串，拍摄规则为：根据挂点具体分布情况左、右或上方拍摄。
6.根据权利要求1所述的一种杆塔巡检航线设计方法，其特征在于，所述S004具体还包括：
若杆塔上具有上层绝缘子，则拍摄避开上层的地线；
若杆塔上具有中相绝缘子，则拍摄规则为：前、后方向拍摄。
7.根据权利要求1所述的一种杆塔巡检航线设计方法，其特征在于，所述S005中跳线分为：单跳线、窄双跳线和宽双跳线；
对于单跳线，拍摄规则为：正对跳线方向拍摄；
对于窄双跳线，拍摄规则为：左、右拍摄；
对于宽双跳线，拍摄规则为：正对跳线方向拍摄。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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