CN114019998A - 无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质、方法、程序产品和存储介质，包括信息采集模块、无人机定位模块、中央控制模块、路径规划模块、姿态解算模块、图像采集模块、数据提取模块、数据处理模块、通信模块以及存储模块。本发明通过±800千伏/±1100千伏直流输电线路上实现多旋翼无人机自动巡检，提高作业效率，节约人工成本，简化作业流程，降低对飞手操作水平的依赖性，提高自动巡检的安全性；而且本发明能够使多架无人机以基本并行的效率完成各自所分配的巡检任务，并在完成任务后集中回收，大幅减少人工干预操作，节约巡检时间，有效提高巡检效率，便于快速推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及无人机巡检技术领域，尤其涉及一种无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质 。
背景技术
目前，在电网领域，通常采用无人机执行线路巡检任务，常用的无人机巡检方案有手动飞行方案、航迹采集复飞方案、基于三维建模的轨迹规划方案等。其中，手动飞行方案是由专业的飞手在巡检现场，以手动控制的方式控制无人机飞行及拍照，再将巡检数据交由行业专家分析后才做到数据可视化。但控制无人机飞行对于飞手的操作要求较高，作业过程中若出现人为操作发生事故，将会造成较大的经济损失，并且对巡检数据分析也需要消费大量人力。航迹采集复飞方案在陌生环境下首次飞行的难度较大，对于飞行轨迹无法实时调整，并且无法对电塔拍照目标物进行自动分类。同时多个无人机执行巡视任务，巡视范围往往重叠，浪费资源；或巡视路径有所重叠，导致出现碰撞事故。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有以手动控制无人机飞行对于飞手的操作要求较高，作业过程中易出现人为操作事故。对巡检数据进行分析需要消费大量人力。多个无人机执行巡视任务，巡视范围往往重叠，浪费资源；或巡视路径有所重叠，导致出现碰撞事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质，能够实现多个无人机进行自动巡检，且巡检安全性高，操作简单。
本发明采用的技术方案为：
种无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质，包括
信息采集模块、无人机定位模块、中央控制模块、路径规划模块、姿态解算模块、图像采集模块、数据提取模块、数据处理模块、通信模块以及存储模块；
所述无人机定位模块：用于进行多旋翼无人机当前位置的确定；
所述路径规划模块：用于基于待巡视的位置信息以及通道范围结合无人机的当前位置进行无人机的巡视路线规划；
所述姿态解算模块：用于当无人机处于巡视范围或待巡视线路上方时进行无人机的姿态解算；
所述姿态解算模块当无人机处于巡视范围或待巡视线路上方时进行无人机的姿态解算包括：
获取无人机的定位结果，判断无人机是否处于巡视范围或待巡视线路上方；若是，则获取无人机的飞行状态数据；
基于最小二乘法对获取的无人机的飞行状态数据进行拟合和插值计算，建立关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程，并基于所述关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程及其对应的雅克比矩阵，通过扩展卡尔曼滤波算法理论搭建姿态估计模型；
利用构建的姿态估计模型基于经最小二乘法计算处理的无人机的飞行状态数据对无人机的姿态进行姿态解算；
所述的图像采集模块：用于基于解算的姿态利用设置于无人机上的摄像设备进行输电线路或输电塔的图像采集；
所述的数据提取模块：用于基于采集的图像进行无人机巡检数据提取；
所述的数据处理模块：用于对提取的无人机巡检数据进行处理，得到处理后的无人机巡检数据。
还包括有信息模块、中央控制模块、通信模块和存储模块：
所述信息采集模块：用于获取待巡视的高压传输线路的位置信息与输电线路通道范围；
所述中央控制模块与信息采集模块、无人机定位模块、路径规划模块、姿态解算模块、图像采集模块、数据提取模块、数据处理模块、通信模块以及存储模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
所述通信模块：用于进行无人机与控制终端的通信控制以及数据的传输；
所述存储模块：用于对采集、计算得到的相关数据利用存储器进行存储。
一种基于权利要求1所述无人机高压线路巡检方法，包括如下步骤：
A：初始化智能巡检系统；
B：基于待巡视的位置信息以及通道范围结合无人机的当前位置进行无人机的巡视路线规划，具体包括如下步骤：
S101：基于待巡视的位置信息以及通道范围以及其他信息构建待巡视线路的三维模型；并确定执行巡视任务的无人机数量、出发点以及集合点；
S102：基于构建的三维模型将所述巡视线路按区域对照执行巡视任务的无人机的数量进行均匀划分；
S103：任意选取一个执行巡视任务的无人机基于其巡视范围结合出发点、集合点进行无人机的路径规划；
S104：从剩余无人机中选取一个无人机在规避上一无人机行进路径的前提下基于其巡视范围结合出发点、集合点进行路径规划，直至所有无人机路径规划完毕；
C：执行路线规划，且监测无人机位置，当无人机处于巡视范围或待巡视线路上方时进行无人机的姿态解算；
D：基于解算的姿态利用设置于无人机上的摄像设备进行输电线路或输电塔的图像采集；
E：基于采集到的图像进行无人机巡检数据提取和处理，即得到巡检结果。
所述步骤S101中构建待巡视线路的三维模型具体包括如下步骤：
S201：确定待巡视的输电线路位置信息并在三维模型中进行标注；确定待巡视输电线路的通道范围；
S202：对所述待巡视输电线路的通道范围中的制约区域进行标注；得到待巡视线路的三维模型。
所述的步骤C具体包括如下步骤：
S301，获取无人机的定位结果，判断无人机是否处于巡视范围或待巡视线路上方；若是，则获取无人机的飞行状态数据；
S302，基于最小二乘法对获取的无人机的飞行状态数据进行拟合和插值计算，建立关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程，并基于所述关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程及其对应的雅克比矩阵，通过扩展卡尔曼滤波算法理论搭建姿态估计模型；
S303，利用构建的姿态估计模型基于经最小二乘法计算处理的无人机的飞行状态数据对无人机的姿态进行姿态解算。
所述步骤S102中的均匀划分是基于无人机到巡视区域的路程尽可能的短，整体无人机行进总路程尽可能少的原则进行任务区域的均匀划分。
所述步骤E中对无人机巡检数据进行处理，具体包括如下步骤：
S401：根据所述姿态解算结果、定位结果、路径规划结果，确定无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度以及角度；
S402：基于确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度以及巡检数据分别生成对应的索引标记，根据索引标记中的信息更改所述巡检数据的文件名称；
S403：获取所述巡检数据中的文件名称并根据巡检数据中的文件名生成对应的文件夹，将所述巡检数据分类，归档到对应的文件夹中。
所述步骤S403中，所述基于确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度以及巡检数据分别生成对应的索引标记包括：
获取所述巡检数据中每一条数据的原始名称和确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度作为索引内容生成若干条索引标记，将所述若干条索引标记保存至索引文件中；
保存所述索引文件与所述巡检数据。
一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用如权利要求1-8任意一项所述无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质。
一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用如权利要求1-8任意一项所述无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质。
本发明在±800千伏/±11100千伏直流输电线路上实现多旋翼无人机自动巡检，提高作业效率，节约人工成本，简化作业流程，降低对飞手操作水平的依赖性，提高自动巡检的安全性，本发明能够使多架无人机以基本并行的效率完成各自所分配的巡检任务，并在完成任务后集中回收，大幅减少人工干预操作，节约巡检时间，有效提高巡检效率，便于快速推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明的原理框图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本发明包括信息采集模块、无人机定位模块、中央控制模块、路径规划模块、姿态解算模块、图像采集模块、数据提取模块、数据处理模块、通信模块以及存储模块；
信息采集模块1，与中央控制模块3连接，用于获取待巡视的高压传输线路的位置信息与输电线路通道范围；
无人机定位模块2，与中央控制模块3连接，用于进行多旋翼无人机当前位置的确定；
中央控制模块3，与信息采集模块1、无人机定位模块2、路径规划模块4、姿态解算模块5、图像采集模块6、数据提取模块7、数据处理模块8、通信模块9及存储模块10连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
路径规划模块4，与中央控制模块3连接，用于基于待巡视的位置信息以及通道范围结合无人机的当前位置进行无人机的巡视路线规划；
姿态解算模块5，与中央控制模块3连接，用于当无人机处于巡视范围或待巡视线路上方时进行无人机的姿态解算；
图像采集模块6，与中央控制模块3连接，用于基于解算的姿态利用设置于无人机上的摄像设备进行输电线路或输电塔的图像采集；
数据提取模块7，与中央控制模块3连接，用于基于采集的图像进行无人机巡检数据提取；
数据处理模块8，与中央控制模块3连接，用于对提取的无人机巡检数据进行处理，得到处理后的无人机巡检数据；
通信模块9，与中央控制模块3连接，用于进行无人机与控制终端的通信控制以及数据的传输；
存储模块10，与中央控制模块3连接，用于对采集、计算得到的相关数据利用存储器进行存储。
如图2所示，本发明实施例提供的路径规划模块基于待巡视的位置信息以及通道范围结合无人机的当前位置进行无人机的巡视路线规划包括：
S101，基于待巡视的位置信息以及通道范围以及其他信息构建待巡视线路的三维模型；并确定执行巡视任务的无人机数量、出发点以及集合点；
S102，基于构建的三维模型将所述巡视线路按区域对照执行巡视任务的无人机的数量进行均匀划分；
S103，任意选取一个执行巡视任务的无人机基于其巡视范围结合出发点、集合点进行无人机的路径规划；
S104，从剩余无人机中选取一个无人机在规避上一无人机行进路径的前提下基于其巡视范围结合出发点、集合点进行路径规划，直至所有无人机路径规划完毕。
本发明实施例提供的基于待巡视的位置信息以及通道范围以及其他信息构建待巡视线路的三维模型包括：
S201，确定待巡视的输电线路位置信息并在三维模型中进行标注；确定待巡视输电线路的通道范围；
S202，对所述待巡视输电线路的通道范围中的制约区域进行标注；得到待巡视线路的三维模型。
本发明实施例提供的基于构建的三维模型将所述巡视线路按区域对照执行巡视任务的无人机的数量进行均匀划分包括：
基于无人机到巡视区域的路程尽可能的短，整体无人机行进总路程尽可能少的原则进行任务区域的均匀划分。
本发明实施例提供的姿态解算模块当无人机处于巡视范围或待巡视线路上方时进行无人机的姿态解算包括：
S301，获取无人机的定位结果，判断无人机是否处于巡视范围或待巡视线路上方；若是，则获取无人机的飞行状态数据；
S302，基于最小二乘法对获取的无人机的飞行状态数据进行拟合和插值计算，建立关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程，并基于所述关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程及其对应的雅克比矩阵，通过扩展卡尔曼滤波算法理论搭建姿态估计模型；
S303，利用构建的姿态估计模型基于经最小二乘法计算处理的无人机的飞行状态数据对无人机的姿态进行姿态解算。
本发明实施例提供的数据处理模块对提取的无人机巡检数据进行处理，得到处理后的无人机巡检数据包括：
S401，根据所述姿态解算结果、定位结果、路径规划结果，确定无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度以及角度；
S402，基于确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度以及巡检数据分别生成对应的索引标记，根据索引标记中的信息更改所述巡检数据的文件名称；
S403，获取所述巡检数据中的文件名称并根据巡检数据中的文件名生成对应的文件夹，将所述巡检数据分类，归档到对应的文件夹中。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述多旋翼无人机高压线路智能巡检系统。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述多旋翼无人机高压线路智能巡检系统。本发明实施例提供的基于确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度以及巡检数据分别生成对应的索引标记包括：
获取所述巡检数据中每一条数据的原始名称和确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度作为索引内容生成若干条索引标记，将所述若干条索引标记保存至索引文件中；保存所述索引文件与所述巡检数据。
仿真实验证明：本发明能够使多架无人机以基本并行的效率完成各自所分配的巡检任务，并在完成任务后集中回收，大幅减少人工干预操作，节约巡检时间，有效提高巡检效率，便于快速推广应用。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵
向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 第一”、“ 第二”等是用于
区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种无人机高压线路巡检系统，其特征在于：包括
信息采集模块、无人机定位模块、中央控制模块、路径规划模块、姿态解算模块、图像采集模块、数据提取模块、数据处理模块、通信模块以及存储模块；
所述无人机定位模块：用于进行多旋翼无人机当前位置的确定；
所述路径规划模块：用于基于待巡视的位置信息以及通道范围结合无人机的当前位置进行无人机的巡视路线规划；
所述姿态解算模块：用于当无人机处于巡视范围或待巡视线路上方时进行无人机的姿态解算；
所述姿态解算模块当无人机处于巡视范围或待巡视线路上方时进行无人机的姿态解算包括：
获取无人机的定位结果，判断无人机是否处于巡视范围或待巡视线路上方；若是，则获取无人机的飞行状态数据；
基于最小二乘法对获取的无人机的飞行状态数据进行拟合和插值计算，建立关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程，并基于所述关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程及其对应的雅克比矩阵，通过扩展卡尔曼滤波算法理论搭建姿态估计模型；
利用构建的姿态估计模型基于经最小二乘法计算处理的无人机的飞行状态数据对无人机的姿态进行姿态解算；
所述的图像采集模块：用于基于解算的姿态利用设置于无人机上的摄像设备进行输电线路或输电塔的图像采集；
所述的数据提取模块：用于基于采集的图像进行无人机巡检数据提取；
所述的数据处理模块：用于对提取的无人机巡检数据进行处理，得到处理后的无人机巡检数据。
2.如权利要求1所述无人机高压线路巡检系统，其特征在于，还包括有信息模块、中央控制模块、通信模块和存储模块：
所述信息采集模块：用于获取待巡视的高压传输线路的位置信息与输电线路通道范围；
所述中央控制模块与信息采集模块、无人机定位模块、路径规划模块、姿态解算模块、图像采集模块、数据提取模块、数据处理模块、通信模块以及存储模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
所述通信模块：用于进行无人机与控制终端的通信控制以及数据的传输；
所述存储模块：用于对采集、计算得到的相关数据利用存储器进行存储。
3.一种基于权利要求1所述无人机高压线路巡检系统，其特征在于，包括如下步骤：
A：初始化智能巡检系统；
B：基于待巡视的位置信息以及通道范围结合无人机的当前位置进行无人机的巡视路线规划，具体包括如下步骤：
S101：基于待巡视的位置信息以及通道范围以及其他信息构建待巡视线路的三维模型；并确定执行巡视任务的无人机数量、出发点以及集合点；
S102：基于构建的三维模型将所述巡视线路按区域对照执行巡视任务的无人机的数量进行均匀划分；
S103：任意选取一个执行巡视任务的无人机基于其巡视范围结合出发点、集合点进行无人机的路径规划；
S104：从剩余无人机中选取一个无人机在规避上一无人机行进路径的前提下基于其巡视范围结合出发点、集合点进行路径规划，直至所有无人机路径规划完毕；
C：执行路线规划，且监测无人机位置，当无人机处于巡视范围或待巡视线路上方时进行无人机的姿态解算；
D：基于解算的姿态利用设置于无人机上的摄像设备进行输电线路或输电塔的图像采集；
E：基于采集到的图像进行无人机巡检数据提取和处理，即得到巡检结果。
4.根据权利要求3所述的多旋翼无人机高压线路智能巡检方法 ，其特征在于：所述步骤S101中构建待巡视线路的三维模型具体包括如下步骤：
S201：确定待巡视的输电线路位置信息并在三维模型中进行标注；确定待巡视输电线路的通道范围；
S202：对所述待巡视输电线路的通道范围中的制约区域进行标注；得到待巡视线路的三维模型。
5. 根据权利要求3所述的多旋翼无人机高压线路智能巡检方法 ，其特征在于：所述的步骤C具体包括如下步骤：
S301，获取无人机的定位结果，判断无人机是否处于巡视范围或待巡视线路上方；若是，则获取无人机的飞行状态数据；
S302，基于最小二乘法对获取的无人机的飞行状态数据进行拟合和插值计算，建立关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程，并基于所述关于无人机飞行状态的状态空间方程和量测方程及其对应的雅克比矩阵，通过扩展卡尔曼滤波算法理论搭建姿态估计模型；
S303，利用构建的姿态估计模型基于经最小二乘法计算处理的无人机的飞行状态数据对无人机的姿态进行姿态解算。
6.根据权利要求3所述的多旋翼无人机高压线路智能巡检方法 ，其特征在于：所述步骤S102中的均匀划分是基于无人机到巡视区域的路程尽可能的短，整体无人机行进总路程尽可能少的原则进行任务区域的均匀划分。
7.根据权利要求3所述的多旋翼无人机高压线路智能巡检方法 ，其特征在于：所述步骤E中对无人机巡检数据进行处理，具体包括如下步骤：
S401：根据所述姿态解算结果、定位结果、路径规划结果，确定无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度以及角度；
S402：基于确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度以及巡检数据分别生成对应的索引标记，根据索引标记中的信息更改所述巡检数据的文件名称；
S403：获取所述巡检数据中的文件名称并根据巡检数据中的文件名生成对应的文件夹，将所述巡检数据分类，归档到对应的文件夹中。
8.根据权利要求3所述的多旋翼无人机高压线路智能巡检方法 ，其特征在于：所述步骤S403中，所述基于确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度以及巡检数据分别生成对应的索引标记包括：
获取所述巡检数据中每一条数据的原始名称和确定的无人机巡检数据对应的输电线路、时间以及无人机的飞行高度、角度作为索引内容生成若干条索引标记，将所述若干条索引标记保存至索引文件中；
保存所述索引文件与所述巡检数据。
9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，其特征在于：包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用如权利要求1-8任意一项所述无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质。
10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，其特征在于：当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用如权利要求1-8任意一项所述无人机高压线路巡检系统、方法、程序产品和存储介质。
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