CN114153229A - 一种无人机用输电线路巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机用输电线路巡检系统。所述无人机用输电线路巡检系统，包括测量天线、地面站；测量天线搭载在无人机的云台上，地面站与无人机通信连接；测量天线，用于在无人机沿输电线路飞行的过程中，实时采集输电线路产生的电磁干扰信号，将电磁干扰信号通过无人机与地面站之间的通信链路传输至地面站；地面站，用于当电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将无人机当前所在的输电线路段作为缺陷线路段。本发明能够通过判断输电线路产生的电磁干扰信号的正常与否来确定输电线路有无存在老化断股、严重腐蚀等缺陷，有利于高效准确地检测输电线路的老化断股、严重腐蚀等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及电力监测技术领域，尤其涉及一种无人机用输电线路巡检系统。
背景技术
无人机具备高空、远距离、快速、自行作业的能力。目前，大量应用无人机巡检输电线路，借助无人机可以穿越高山、河流对输电线路进行快速巡线的特点，大大提高输电维护和检修的速度和效率。现有的无人机大多是通过传统的图像识别、红外观测手段来检测输电线路的缺陷，而只依靠传统的图像识别、红外观测手段对于输电线路的老化断股、严重腐蚀等缺陷的检测效果较差，难以高效准确地识别该类缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种无人机用输电线路巡检系统，能够通过判断输电线路产生的电磁干扰信号的正常与否来确定输电线路有无存在老化断股、严重腐蚀等缺陷，有利于高效准确地检测输电线路的老化断股、严重腐蚀等缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种无人机用输电线路巡检系统，包括测量天线、地面站；所述测量天线搭载在所述无人机的云台上，所述地面站与所述无人机通信连接；
所述测量天线，用于在所述无人机沿输电线路飞行的过程中，实时采集输电线路产生的电磁干扰信号，将所述电磁干扰信号通过所述无人机与所述地面站之间的通信链路传输至所述地面站；
所述地面站，用于当所述电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将所述无人机当前所在的输电线路段作为缺陷线路段。
进一步地，所述地面站，还用于在所述当所述电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将所述无人机当前所在的输电线路段作为缺陷线路段之后，控制所述无人机悬停并采集所述缺陷线路段的图像。
进一步地，所述测量天线包括信号采集模块、中央处理模块、第一通信模块；
所述信号采集模块，用于采集初始电磁干扰信号，并对所述初始电磁干扰信号进行信号调理和模数转换，得到所述电磁干扰信号；
所述中央处理模块，用于对所述电磁干扰信号进行信号分析；
所述第一通信模块，用于将所述电磁干扰信号通过所述无人机与所述地面站之间的通信链路传输至所述地面站。
进一步地，所述地面站包括第二通信模块、数据显示模块、异常提醒模块；
所述第二通信模块，用于通过所述无人机与所述地面站之间的通信链路接收所述电磁干扰信号；
所述数据显示模块，用于当所述电磁干扰信号的信号强度与所述标准电磁干扰信号的信号强度的差值未超过所述预设阈值时，将所述电磁干扰信号的信号强度作为正常值显示，当所述电磁干扰信号的信号强度与所述标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过所述预设阈值时，将所述电磁干扰信号的信号强度作为异常值显示；
所述异常提醒模块，用于当所述电磁干扰信号的信号强度与所述标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过所述预设阈值时，发送异常提醒消息。
进一步地，所述信号采集模块的主控单元为单片机。
进一步地，所述中央处理模块的主控单元为ARM微处理器，且所述ARM微处理器内部移植有嵌入式Linux操作系统。
进一步地，所述异常提醒模块为蜂鸣器。
进一步地，所述测量天线还包括用于为所述测量天线供电的电源模块。
进一步地，所述电源模块包括DC/DC转换单元、12V锂电池、锂电池充电插头DC05、线性光电耦合器件PC817。
进一步地，所述测量天线还包括用于存储所述电磁干扰信号的存储模块。
本发明的实施例，具有如下有益效果：
通过设计无人机用输电线路巡检系统，将测量天线搭载在无人机的云台上，将地面站与无人机通信连接，利用测量天线，在无人机沿输电线路飞行的过程中，实时采集输电线路产生的电磁干扰信号，将电磁干扰信号通过无人机与地面站之间的通信链路传输至地面站，利用地面站，当电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将无人机当前所在的输电线路段作为缺陷线路段，实现输电线路巡检。相比于现有技术，本发明的实施例考虑到输电线路产生的电磁干扰水平的变化是输电线路老化断股、严重腐蚀等缺陷的重要表征，能够通过判断输电线路产生的电磁干扰信号的正常与否来确定输电线路有无存在老化断股、严重腐蚀等缺陷，有利于高效准确地检测输电线路的老化断股、严重腐蚀等缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种无人机用输电线路巡检系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中示例的一种无人机用输电线路巡检系统的实际架构图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明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做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所示，本发明的实施例提供一种无人机用输电线路巡检系统，包括测量天线1、地面站2；测量天线1搭载在无人机3的云台上，地面站2与无人机3通信连接；测量天线1，用于在无人机3沿输电线路飞行的过程中，实时采集输电线路产生的电磁干扰信号，将电磁干扰信号通过无人机3与地面站2之间的通信链路传输至地面站2；地面站2，用于当电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将无人机3当前所在的输电线路段作为缺陷线路段。
其中，预设阈值是根据实际输电线路段的电压等级而设置的。
作为示例性地，测量天线1在无人机3保持与输电线路距离第一预设距离，比如5～10m内的任一距离，沿输电线路飞行的过程中，实时采集输电线路产生的电磁干扰信号，将电磁干扰信号通过无人机3与地面站2之间的通信链路传输至地面站2，地面站2将电磁干扰信号的信号强度与标准电磁干扰信号的信号强度进行对比，当电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将无人机3当前所在的输电线路段作为缺陷线路段，实现输电线路巡检。
标准电磁干扰信号是测量天线1预先在无人机3保持与输电线路距离第二预设距离，比如50m外的任一距离，沿输电线路飞行的过程中，实时采集的测量场景下的电磁干扰信号。其中，第二预设距离大于第一预设距离。
可以理解的是，测量天线1在各个输电线路段采集的电磁干扰信号与其在各个输电线路段采集的标准电磁干扰信号是一一对应的。
本实施例考虑到输电线路产生的电磁干扰水平的变化是输电线路老化断股、严重腐蚀等缺陷的重要表征，能够通过判断输电线路产生的电磁干扰信号的正常与否来确定输电线路有无存在老化断股、严重腐蚀等缺陷，有利于高效准确地检测输电线路的老化断股、严重腐蚀等缺陷。
在优选的实施例当中，地面站2，还用于在所述当电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将无人机3当前所在的输电线路段作为缺陷线路段之后，控制无人机3悬停并采集缺陷线路段的图像。
作为示例性地，地面站2将电磁干扰信号的信号强度与标准电磁干扰信号的信号强度进行对比，当电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将无人机3当前所在的输电线路段作为缺陷线路段，同时控制无人机3悬停在缺陷线路段上方，对缺陷线路段进行定位拍照，以便后续对缺陷线路段做进一步的异常诊断与分析。
本实施例通过在确定缺陷线路段后，控制无人机3悬停并采集缺陷线路段的图像，能够为后续进一步的缺陷检测提供数据支持，有利于更加准确地检测输电线路的老化断股、严重腐蚀等缺陷。
在优选的实施例当中，测量天线1包括信号采集模块、中央处理模块、第一通信模块；信号采集模块，用于采集初始电磁干扰信号，并对初始电磁干扰信号进行信号调理和模数转换，得到电磁干扰信号；中央处理模块，用于对电磁干扰信号进行信号分析；第一通信模块，用于将电磁干扰信号通过无人机3与地面站2之间的通信链路传输至地面站2。
在本实施例的一优选实施方式中，信号采集模块的主控单元为单片机。
作为示例性地，信号采集模块采用单片机作为主控单元，主要完成电磁干扰信号输入前端处理、A/D模数转换、数据暂存功能。信号采集模块对其采集的初始电磁干扰信号进行消抖、滤波、保护、电平转换、隔离等信号调理，对调理后的初始电磁干扰信号进行高精度的模数转换，转换成微型芯片可以处理的数字信号，从而得到电磁干扰信号，使电磁干扰信号符合模数转换电路的模拟信号输入范围，以及对处理后的数字信号，即电磁干扰信号进行存储。
在本实施例的一优选实施方式中，中央处理模块的主控单元为ARM微处理器，且ARM微处理器内部移植有嵌入式Linux操作系统。
作为示例性地，中央处理模块采用ARM微处理器作为主控单元，移植嵌入式Linux操作系统，用以实现对单片机前端采集电路的控制，以及对所采集到的电磁干扰信号进行读取、分析处理、存储的功能。中央处理模块包括ARM微处理器、SDRAM电路、SD卡存储单元、串口单元。通过移植嵌入式Linux操作系统平台，对前端采集部分采集路数的控制，带时间信息和定位信息的数据实时存储、串口传输。
在本实施例的一优选实施方式中，第一通信模块包括射频芯片和处理电路。
作为示例性地，第一通信模块采用射频芯片作为主控单元，对射频芯片相应的外围处理电路进行设计，调制后的数字信号进行数模转换、变频、滤波后通过无人机3与地面站2之间的通信链路传输至地面站2。
在优选的实施例当中，地面站2包括第二通信模块、数据显示模块、异常提醒模块；第二通信模块，用于通过无人机3与地面站2之间的通信链路接收电磁干扰信号；数据显示模块，用于当电磁干扰信号的信号强度与标准电磁干扰信号的信号强度的差值未超过预设阈值时，将电磁干扰信号的信号强度作为正常值显示，当电磁干扰信号的信号强度与标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将电磁干扰信号的信号强度作为异常值显示；异常提醒模块，用于当电磁干扰信号的信号强度与标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，发送异常提醒消息。
在本实施例的一优选实施方式中，异常提醒模块为蜂鸣器。
作为示例性地，第二通信模块安装在计算机上，第二通信模块对电磁干扰信号进行解析并存储在本地计算机中。
数据显示模块以计算机为载体，显示实时测量的电磁干扰信号的信号强度值。数据显示模块将存储在本地计算机中的电磁干扰信号的信号强度与标准电磁干扰信号的信号强度进行对比，得到两个信号的信号强度差值，将这一信号强度差值与预设阈值进行比较，判断无人机3当前所在的输电线路段的导线状态，若这一信号强度差值未超过预设阈值，则判定该输电线路段的导线状态为正常，将电磁干扰信号的信号强度作为正常值显示，若这一信号强度差值未超过预设阈值，则判定该输电线路段的导线状态为异常，将该输电线路段作为缺陷线路段，并将电磁干扰信号的信号强度作为异常值显示，同时触发异常提醒模块，比如蜂鸣器进行实时报警。
异常提醒模块，比如蜂鸣器为安装在计算机上的外置模块，当蜂鸣器响起报警时，可提示无人机3飞手进行悬停，以控制无人机3悬停在缺陷线路段上方，对缺陷线路段进行定位拍照，以便后续对缺陷线路段做进一步的异常诊断与分析。
在优选的实施例当中，测量天线1还包括用于为测量天线1供电的电源模块。
在本实施例的一优选实施方式中，电源模块包括DC/DC转换单元、12V锂电池、锂电池充电插头DC05、线性光电耦合器件PC817。
可以理解的是，电源模块具体用于为信号采集模块、中央处理模块、第一通信模块供电。
在电源模块中，锂电池充电插头DC05对12V锂电池进行充电，锂电池充电插头DC05为220VAC转12V DC充电器充电。考虑到ARM微处理器采用3.3V电压，射频芯片采用±5V差动放大等因素，选择采用DC/DC转换单元将锂电池的12V电压进行转换，采用线性光电耦合器件PC817实现对电源模块与信号采集模块、中央处理模块等电路的隔离作用，使电源模块与信号采集模块相互不干扰。
在优选的实施例当中，测量天线1还包括用于存储电磁干扰信号的存储模块。
作为示例性地，一种无人机3用输电线路巡检系统的实际架构图如图2所示。
在实际使用过程中，考虑到无人机3云台搭载的重量有限，为了实现长距离输电线路的导线断股检测，搭载在无人机3云台上的测量天线1总重量不超过2kg，为直径不超过30cm的圆形结构。
综上所述，实施本发明的实施例，具有如下有益效果：
通过设计无人机用输电线路巡检系统，将测量天线1搭载在无人机3的云台上，将地面站2与无人机3通信连接，利用测量天线1，在无人机3沿输电线路飞行的过程中，实时采集输电线路产生的电磁干扰信号，将电磁干扰信号通过无人机3与地面站2之间的通信链路传输至地面站2，利用地面站2，当电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将无人机3当前所在的输电线路段作为缺陷线路段，实现输电线路巡检。本发明的实施例考虑到输电线路产生的电磁干扰水平的变化是输电线路老化断股、严重腐蚀等缺陷的重要表征，能够通过判断输电线路产生的电磁干扰信号的正常与否来确定输电线路有无存在老化断股、严重腐蚀等缺陷，有利于高效准确地检测输电线路的老化断股、严重腐蚀等缺陷。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例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一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各实施例的流程。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。
Claims (10)
1.一种无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，包括测量天线、地面站；所述测量天线搭载在所述无人机的云台上，所述地面站与所述无人机通信连接；
所述测量天线，用于在所述无人机沿输电线路飞行的过程中，实时采集输电线路产生的电磁干扰信号，将所述电磁干扰信号通过所述无人机与所述地面站之间的通信链路传输至所述地面站；
所述地面站，用于当所述电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将所述无人机当前所在的输电线路段作为缺陷线路段。
2.如权利要求1所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述地面站，还用于在所述当所述电磁干扰信号的信号强度与预存的标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过预设阈值时，将所述无人机当前所在的输电线路段作为缺陷线路段之后，控制所述无人机悬停并采集所述缺陷线路段的图像。
3.如权利要求1或2所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述测量天线包括信号采集模块、中央处理模块、第一通信模块；
所述信号采集模块，用于采集初始电磁干扰信号，并对所述初始电磁干扰信号进行信号调理和模数转换，得到所述电磁干扰信号；
所述中央处理模块，用于对所述电磁干扰信号进行信号分析；
所述第一通信模块，用于将所述电磁干扰信号通过所述无人机与所述地面站之间的通信链路传输至所述地面站。
4.如权利要求1或2所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述地面站包括第二通信模块、数据显示模块、异常提醒模块；
所述第二通信模块，用于通过所述无人机与所述地面站之间的通信链路接收所述电磁干扰信号；
所述数据显示模块，用于当所述电磁干扰信号的信号强度与所述标准电磁干扰信号的信号强度的差值未超过所述预设阈值时，将所述电磁干扰信号的信号强度作为正常值显示，当所述电磁干扰信号的信号强度与所述标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过所述预设阈值时，将所述电磁干扰信号的信号强度作为异常值显示；
所述异常提醒模块，用于当所述电磁干扰信号的信号强度与所述标准电磁干扰信号的信号强度的差值超过所述预设阈值时，发送异常提醒消息。
5.如权利要求3所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述信号采集模块的主控单元为单片机。
6.如权利要求3所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述中央处理模块的主控单元为ARM微处理器，且所述ARM微处理器内部移植有嵌入式Linux操作系统。
7.如权利要求4所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述异常提醒模块为蜂鸣器。
8.如权利要求1所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述测量天线还包括用于为所述测量天线供电的电源模块。
9.如权利要求8所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述电源模块包括DC/DC转换单元、12V锂电池、锂电池充电插头DC05、线性光电耦合器件PC817。
10.如权利要求1所述的无人机用输电线路巡检系统，其特征在于，所述测量天线还包括用于存储所述电磁干扰信号的存储模块。
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