CN115046532A - 一种基于无人机的输电线路故障检测系统和方法 - Google Patents

一种基于无人机的输电线路故障检测系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的输电线路故障检测方法，包括以下步骤：S1：获取输电线路图，基于输电线路图设置巡检线路、巡检距离、巡检角度和巡检周期，基于巡检线路设置若干个升降站，基于巡检角度设置监测距离、角速度和监测圈数；S2：无人机沿巡检线路按照巡检距离和巡检角度进行巡检，升降站更换无人机的电源模块；无人机基于巡检角度、监测距离、角速度和监测圈数做圆周运动，通过图像模块和视频模块监测线路异常点并将图像和视频传输至控制系统；若线路异常点图像或视频还包括生物，通过语音模块播报警示语音或建立实时通话。本发明的有益效果是：能自动多方位检测异常输电线和自动更换无人机电源。

Description

一种基于无人机的输电线路故障检测系统和方法
技术领域
本发明涉及线路巡检技术领域，特别涉及一种基于无人机的输电线路故障检测系统和方法。
背景技术
根据电力行业相关规定，为保证电站的正常工作，电站的日常简化巡检、特殊巡检、定期全面巡检都必须严格按照要求展开，按照常规传统的人工巡检方式，会根据设备分布位置以及电站设备巡检点，规划电站巡检路线图，不管是简化巡视、全面巡视和特殊巡视，运维人员都需要按照规划的巡视路线图按照顺序完成各项设备的巡视工作。此项工作耗费大量的人力与时间，而随着无人机的兴起，凭借其操作简单、独特视角、高清镜头的航拍功能，被广泛应用于电力巡检工作中。通过无人机拍摄视频回传，电力部门相关人员可以及时、清楚地判断一些重要的部件是否受到损坏，并快速采取维修措施，极大的保证电力线路的安全，保证电路的正常工作使用。
现有技术中，常使用巡检机器人通过在输电线路上沿地线行走进行线路巡检，这种方法不利于巡检设备安全、且不能精确分析故障问题，不能做到无规律周期性巡检和对讲报警。
例如，一种在中国专利文献上公开的“输电线路智能巡检系统”，其公告号：CN109659859A，其申请日：2019年01月28日，该发明包括巡检机器人、上下线装置和控制处理终端，上下线装置用于根据上下线指令使巡检机器人上线或者下线，检机器人用于根据巡检指令沿输电线路巡检，巡检机器人还用于获取巡检数据并将巡检数据传输至控制处理终端，其中巡检指令为巡检机器人预设的巡检预设指令，或者巡检指令为控制处理终端发出并由巡检机器人接收，控制处理终端用于根据巡检数据得到输电线路的状态信息，能够便于通过巡检机器人对输电线路实现自动化巡检，但是存在不能自动多方位检测异常输电线，不能自动更换无人机电源的问题。
发明内容
针对现有技术不能自动多方位检测异常输电线，不能自动更换无人机电源的不足，本发明提出了一种基于无人机的输电线路故障检测系统和方法，能自动多方位检测异常输电线和自动更换无人机电源。
以下是本发明的技术方案，一种基于无人机的输电线路故障检测方法，包括以下步骤：
S1：获取输电线路图，基于输电线路图设置巡检线路、巡检距离、巡检角度和巡检周期，基于巡检线路设置若干个升降站，基于巡检角度设置监测距离、角速度和监测圈数；
S2：无人机沿巡检线路按照巡检距离和巡检角度进行巡检，升降站更换无人机的电源模块；无人机基于巡检角度、监测距离、角速度和监测圈数做圆周运动，通过图像模块和视频模块监测线路异常点并将图像和视频传输至控制系统；若线路异常点图像或视频还包括生物，通过语音模块播报警示语音或建立实时通话。
本方案中，获取输电线路图，用于设置和匹配无人机巡检路线，基于输电线路图设置巡检线路、巡检距离、巡检角度和巡检周期，用于设置无人机的指定巡检路线，一条巡检路线可指定多架无人机进行巡检，巡检距离为无人机和输电线监测点之间的距离，无人机的巡检角度为无人机和输电线监测点的连线和输电线间的角度，巡检周期表示派出无人机进行巡检的时间间隔，基于巡检线路设置若干个升降站，用于更换无人机的电源模块和对电源模块进行充电，基于巡检角度设置监测距离、角速度和监测圈数，用于设置无人机的异常监测动作，异常监测动作表示无人机发现输电线异常情况时为了采集更详细的异常信息而设计的采集动作，具体为设置无人机的监测距离、角速度和监测圈数，根据无人机的监测距离、角速度和巡检角度进行圆周运动，监测圈数用于限定做匀速圆周运动的圈数，若线路异常点图像或视频还包括生物，通过语音模块播报警示语音或建立实时通话，用于驱赶动物或与人类进行沟通，避免生物以外触电的情况。
作为优选，步骤S2还包括：夜晚或光线较暗情况下，无人机启用照明模块。
本方案中，照明模块用于为无人机提供照明避免夜晚或光线较暗情况下视频模块和图像模块的清晰度较低的问题，提高图像和视频的清晰度。
作为优选，所述圆周运动为匀速圆周运动，监测距离小于2米时，角速度设置10-60rad/s；监测距离大于或等于2米且小于5米时，角速度设置10-45rad/s；监测距离大于或等于5米时，角速度设置10-30rad/s。
本方案中，圆周运动为匀速圆周运动，保证一定的线速度，避免闪光抖动等情况，提高图像和视频的清晰度，监测距离小于2米时，角速度设置10-60rad/s；监测距离大于或等于2米且小于5米时，角速度设置10-45rad/s；监测距离大于或等于5米时，角速度设置10-30rad/s，根据监测距离调整角速度，使图像和视频不会因为速度过快影响清晰度，提高图像和视频的清晰度。
作为优选，所述巡检距离大于监测距离。
本方案中，巡检距离大于监测距离，减小无人机与监测点间的距离，进一步提高图像模块和视频模块采集精度和清晰度。
作为优选，所述无人机正常巡检，无线通信模块传输数据至第一存储地址；无人机圆周运动时，无线通信模块传输数据至第二存储地址。
本方案中，通过无人机的巡检动作更换传输后的图像和视频的存储地址，用于归类正常图像视频和异常图像视频，便于快速查找异常图像视频。
作为优选，所述巡检角度的角度区间为30°至60°。
本方案中，便于监测输电线监测点的问题且不会出现无人机在做异常监测动作与输电线过近的情况。
作为优选，升降站更换无人机的电源模块的方法为：停靠装置通过传感器检测无人机是否停靠到位，换电装置取出目标无人机的电源模块，将电源模块放入充电装置进行充电并且取出另一个充电完成的电源模块放入无人机。
作为优选，一种基于无人机的输电线路故障检测系统，包括：无人机、升降站和控制系统，所述控制系统连接无人机和升降站；
所述无人机包括：飞行模块，用于控制无人机的飞行方向、飞行高度和飞行轨迹，连接于控制模块；
定位模块，用于定位无人机的位置并传输至控制系统，连接于控制模块；
照明模块，用于为无人机提供照明，连接于控制模块；
电源模块，用于为无人机供电，连接于控制模块；
无线通信模块，用于将图像模块和视频模块采集的数据传输至控制系统，连接于控制模块；
控制模块，用于控制飞行模块、电源模块、定位模块、照明模块和无线通信模块；
图像模块，用于对输电线路和周围环境进行拍照，连接于无线通信模块；
视频模块，用于对输电线路和周围环境进行监控，连接于无线通信模块；
语音模块，用于播报警示语音或进行实时通话，连接于无线通信模块；
所述升降站包括：停靠装置，用于检测无人机是否停靠到位，连接于无人机和换电装置；换电装置，用于取出目标无人机的电源模块，将电源模块放入充电装置并且取出另一个充电完成的电源模块放入无人机，连接于电源模块和充电装置；
充电装置，用于对电源模块进行充电。
作为优选，无人机实时位置页面中，正在巡检且未发现异常情况的无人机用绿色圆圈表示；正在巡检且正在监测异常情况的无人机用红色圆圈表示；正在巡检且发现过异常情况的无人机用橙色圆圈表示；未在巡检的无人机用灰色圆圈表示。
作为优选，所述飞行模块设有四翼螺旋桨，所述四翼螺旋桨分别设置于无人机的前后左右四个方向。
本方案中，飞行模块设有四翼螺旋桨，所述四翼螺旋桨分别设置于无人机的前后左右四个方向，便于保持无人机稳定。
本发明的有益效果是：能自动多方位检测异常输电线和自动更换无人机电源。
附图说明
图1本发明一种基于无人机的输电线路故障检测系统的结构示意图。
图2本发明一种基于无人机的输电线路故障检测方法的流程图。
图中1、无人机；2、升降站；3、控制系统；11、控制模块；12、飞行模块；13、电源模块；14、定位模块；15、照明模块；16、无线通信模块；17、语音模块；18、图像模块；19、视频模块；21、充电装置；22、换电装置；23、停靠装置。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1所示，一种基于无人机的输电线路故障检测系统，包括：无人机1、升降站2和控制系统3，控制系统3连接无人机1和升降站2。
无人机1设有控制模块11、飞行模块12、电源模块13、定位模块14、照明模块15、无线通信模块16、图像模块18、视频模块19和语音模块17。其中，飞行模块12、电源模块13、定位模块14、照明模块15和无线通信模块16连接于控制模块11，图像模块18、视频模块19和语音模块17连接于无线通信模块16。控制模块11用于控制飞行模块12、电源模块13、定位模块14、照明模块15和无线通信模块16，飞行模块12控制无人机1的飞行方向、飞行高度和飞行轨迹，飞行模块12设有四翼螺旋桨用于保证无人机1的升空和飞行，四翼螺旋桨分别设置于无人机1的前后左右四个方向，便于保持无人机1稳定，定位模块14用于定位无人机1的位置并传输至控制系统3，照明模块15用于为无人机1提供照明避免夜晚或光线较暗情况下视频模块19和图像模块18的清晰度较低的问题，电源模块13用于为无人机1供电，保证无人机1的正常运行，图像模块18可以是相机用于对输电线路和周围环境进行拍照，视频模块19可以是监控器用于对输电线路和周围环境进行监控，语音模块17用于播报警示语音或进行实时通话，无线通信模块16用于将图像模块18和视频模块19采集的数据传输至控制系统3。
升降站2设有停靠装置23、充电装置21和换电装置22，停靠装置23与换电装置22信号连接，换电装置22和充电装置21信号连接。停靠装置23通过传感器检测无人机1是否停靠到位，换电装置22用于取出目标无人机1的电源模块13，将电源模块13放入充电装置21进行充电并且取出另一个充电完成的电源模块13放入无人机1。
控制系统3包括无人机1实时位置页面、无人机1巡检路线设置页面、图像库和视频库。
无人机1实时位置页面设置页面用于获取输电线路图，基于输电线路图设置无人机1进行巡检，并显示无人机1编号。无人机1实时位置页面用于显示无人机1的实时位置，正在巡检且未发现异常情况的无人机1用绿色圆圈表示，其无人机1正在巡检且未执行异常监测动作；正在巡检且正在监测异常情况的无人机1用红色圆圈表示，其无人机1正在巡检且正在执行异常监测动作；正在巡检且发现过异常情况的无人机1用橙色圆圈表示，其无人机1正在巡检且执行过异常监测动作；未在巡检的无人机1用灰色圆圈表示。
无人机1巡检路线设置页面用于匹配无人机1和输电线路图、设置无人机1巡检距离、巡检角度和、巡检周期和设置无人机1异常监测动作。匹配无人机1和输电线路图用于规划指定无人机1的巡检路线，基于输电线路图设置巡检路线，设置指定无人机1巡检指定巡检路线，一条巡检路线可指定多架无人机1进行巡检。无人机1的巡检距离为无人机1和输电线监测点之间的距离，无人机1的巡检角度为无人机1和输电线监测点的连线和输电线间的角度，通过图像模块18和视频模块19确定输电线的监测点，从而根据巡检角度和巡检距离调整无人机1的位置；无人机1的巡检周期表示派出无人机1进行巡检的时间间隔。无人机1的异常监测动作表示无人机1发现输电线异常情况时为了采集更详细的异常信息而设计的采集动作，具体为设置无人机1的监测距离、角速度和监测圈数，监测距离小于巡检距离，减小无人机1与监测点间的距离，进一步提高图像模块18和视频模块19采集精度和清晰度，根据无人机1的监测距离、角速度和巡检角度进行匀速圆周运动，监测圈数用于限定做匀速圆周运动的圈数。巡检角度的角度区间为30°至60°，便于监测输电线监测点的问题且不会出现无人机1在做异常监测动作与输电线过近的情况。当监测距离小于2米时，角速度设置10-60rad/s；当监测距离大于或等于2米且小于5米时，角速度设置10-45rad/s；当监测距离大于或等于5米时，角速度设置10-30rad/s。保证异常图像或视频的清晰度。
图像库用于存储无人机1的图像模块18采集的图像，视频库用于存储无人机1的视频模块19采集的视频。执行异常监测动作的无人机1将该图像存放至图像库的异常图像区域，执行异常监测动作的无人机1将该视频存放至视频库的异常视频区域。实现的方法为：无人机1正常巡检时，无线通信模块16传输数据至第一存储地址，无人机1执行异常监测动作时，无线通信模块16传输数据至第二存储地址。便于快速找到异常图像和视频。
无人机1、升降站2、控制系统3构建稳定可靠的数据回传链路，实现无人机1拍摄的视频实时回传到控制系统3，通过快速重连技术，实现传输优化，快速恢复视频回传，无人机1视频直传和摄像头数据回传。
如图2所示，一种基于无人机的输电线路故障检测方法，包括以下步骤：
S1：获取输电线路图，基于输电线路图设置巡检线路、巡检距离、巡检角度和巡检周期，基于巡检线路设置若干个升降站2，基于巡检角度设置监测距离、角速度和监测圈数。
S2：无人机1沿巡检线路按照巡检距离和巡检角度进行巡检，升降站2更换无人机1的电源模块13；无人机1基于巡检角度、监测距离、角速度和监测圈数做圆周运动，通过图像模块18和视频模块19监测线路异常点并将图像和视频传输至控制系统3；若线路异常点图像或视频还包括生物，通过语音模块17播报警示语音或建立实时通话。

Claims (10)

1.一种基于无人机的输电线路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取输电线路图，基于输电线路图设置巡检线路、巡检距离、巡检角度和巡检周期，基于巡检线路设置若干个升降站，基于巡检角度设置监测距离、角速度和监测圈数；
S2：无人机沿巡检线路按照巡检距离和巡检角度进行巡检，升降站更换无人机的电源模块；无人机基于巡检角度、监测距离、角速度和监测圈数做圆周运动，通过图像模块和视频模块监测线路异常点并将图像和视频传输至控制系统；
若线路异常点图像或视频还包括生物，通过语音模块播报警示语音或建立实时通话。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的输电线路故障检测方法，其特征在于，步骤S2还包括：夜晚或光线较暗情况下，无人机启用照明模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的输电线路故障检测方法，其特征在于，所述圆周运动为匀速圆周运动，监测距离小于2米时，角速度设置10-60rad/s；监测距离大于或等于2米且小于5米时，角速度设置10-45rad/s；监测距离大于或等于5米时，角速度设置10-30rad/s。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的输电线路故障检测方法，其特征在于，所述巡检距离大于监测距离。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的输电线路故障检测方法，其特征在于，所述无人机正常巡检，无线通信模块传输数据至第一存储地址；无人机圆周运动时，无线通信模块传输数据至第二存储地址。
6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的输电线路故障检测方法，其特征在于，所述巡检角度的角度区间为30°至60°。
7.根据权利要求1所述的一种基于无人机的输电线路故障检测方法，其特征在于，升降站更换无人机的电源模块的方法为：停靠装置通过传感器检测无人机是否停靠到位，换电装置取出目标无人机的电源模块，将电源模块放入充电装置进行充电并且取出另一个充电完成的电源模块放入无人机。
8.一种基于无人机的输电线路故障检测系统，适用于权利要求1-7任一项所述的一种基于无人机的输电线路故障检测方法，其特征在于，包括：无人机、升降站和控制系统，所述控制系统连接无人机和升降站；
所述无人机包括：飞行模块，用于控制无人机的飞行方向、飞行高度和飞行轨迹，连接于控制模块；
定位模块，用于定位无人机的位置并传输至控制系统，连接于控制模块；
照明模块，用于为无人机提供照明，连接于控制模块；
电源模块，用于为无人机供电，连接于控制模块；
无线通信模块，用于将图像模块和视频模块采集的数据传输至控制系统，连接于控制模块；
控制模块，用于控制飞行模块、电源模块、定位模块、照明模块和无线通信模块；
图像模块，用于对输电线路和周围环境进行拍照，连接于无线通信模块；
视频模块，用于对输电线路和周围环境进行监控，连接于无线通信模块；
语音模块，用于播报警示语音或进行实时通话，连接于无线通信模块；
所述升降站包括：停靠装置，用于检测无人机是否停靠到位，连接于无人机和换电装置；
换电装置，用于取出目标无人机的电源模块，将电源模块放入充电装置并且取出另一个充电完成的电源模块放入无人机，连接于电源模块和充电装置；
充电装置，用于对电源模块进行充电。
9.根据权利要求8所述的一种基于无人机的输电线路故障检测系统，其特征在于，无人机实时位置页面中，正在巡检且未发现异常情况的无人机用绿色圆圈表示；正在巡检且正在监测异常情况的无人机用红色圆圈表示；正在巡检且发现过异常情况的无人机用橙色圆圈表示；未在巡检的无人机用灰色圆圈表示。
10.根据权利要求8所述的一种基于无人机的输电线路故障检测系统，其特征在于，所述飞行模块设有四翼螺旋桨，所述四翼螺旋桨分别设置于无人机的前后左右四个方向。
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