CN115188091B - 一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其包括无人机、检测装置、调理装置、采集装置、定位装置和处理器，检测装置、调理装置和采集装置和处理器均设置在无人机上；调理装置协同检测装置和采集装置的数据进行调理，以检测输电线路及连接设备；检测装置用于对无人机的行进路线的障碍物进行检测；所定位装置用于对无人机的巡检路径及区域进行标定；处理器分别与检测装置、调理装置、采集装置和定位装置控制连接。本发明通过采用调理装置用于综合检测装置、采集装置和定位装置的数据，使得各个装置之间能够相互协同配合，增强整个系统对输电线路或者连接设备的巡检的效率。

Description

一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统及方法
技术领域
本发明涉及电力传输技术领域，尤其涉及一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统及方法。
背景技术
无人机巡线在输电线路巡检中发挥着越来越重要的作用，可大大减轻电力服务人员的工作负荷，减少可能发生的人员危险的机率，降低电力设备的维护成本，提高电网的安全性和可靠性。
如CN103730864B现有技术公开了一种无人机电力线路巡检的协同控制方法，近年来，电网公司逐渐采取以无人机为搭载平台，装载传感器终端对输电线路设备及走廊环境进行高空俯视巡检，可部分代替人工巡线，显著降低人员劳动强度。目前无人机通常搭载包括稳定平台(或云台)、定位定姿系统、激光扫描仪、红外热像仪、紫外成像仪、视频录像仪、可见光相机等在内的部分或者全部设备和传感器开展巡检工作。但是各种设备和传感器间的同步以及工作模式复杂，使得无人机上装载的各种传感器之间多数情况下缺乏联系，数据的传输及处理也相互独立，无法发挥出多传感器同步巡检的多源数据比对优势与准确性。
经过大量检索发现存在的现有技术如KR10141674B1、EP2414666B1和US08724267B1，存在以下的缺陷：不同的巡检任务对应不同的巡检输电线路、巡检目的，配备的巡检设备和巡检机型也不相同，巡检涉及到设备繁杂，零散，极易忘带和丢失，巡检过程中缺少配件等情况频频发生，严重影响了巡检的效率。在巡检资源有限的情况下，特别是在巡检任务繁多、巡检任务间约束关系强，需要合理的调度巡检的资源和设备。现有的任务调度方法多是针对人员调度和地域调度，调度地理区域小，调度设备相对单一，巡检空载的问题突出。目前并没有实现将无人机巡检图像与巡检的输电线路信息的进行有效地关联，不能基于输电线路信息对巡检图像进行检索，无法对巡检图像进行有效管理，使得巡检结果管理和处理混乱，影响巡检缺陷的判断和消缺的效率。
为了解决本领域普遍存在无法适应性进行多设备调度、数据传输差、无人机电池巡航差、各个传感器协同配合差和检测精度低等等问题，作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前无人机巡检所存在的不足，提出了一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统及方法。
为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其包括无人机、检测装置、调理装置、采集装置、定位装置和处理器，所述检测装置、所述调理装置和所述采集装置和处理器均设置在所述无人机上；所述调理装置协同所述检测装置和所述采集装置的数据进行调理，以检测输电线路及连接设备；所述检测装置用于对所述无人机的行进路线的障碍物进行检测；所所述定位装置用于对所述无人机的巡检路径及区域进行标定；
所述处理器分别与所述检测装置、所述调理装置、所述采集装置和所述定位装置控制连接；
所述采集装置包括采集机构和偏移机构，所述偏移机构用于对所述采集机构的采集角度进行调整；所述采集机构用于对输电线路和输电设备进行采集；所述偏移机构包括转动构件和角度调整构件，所述角度调整构件用于对所述采集机构的俯仰采集角度进行调整；所述转动构件用于对所述检测机构的水平方向进行转动；
所述采集机构包括采集探头、校准探头、以及存储座，所述存储座设有供所述采集探头和所述校准探头存放的独立的存放腔，所述采集探头和校准探头对应设置在所述存放腔中，并通过所述角度调整构件设置在所述存放腔中；
获取所述采集探头的一组图像数据，并对所述图像数据进行灰度处理，以获得所述输电线路或者所述连接设备的特征区域ST，在所述特征区域ST中建立最小的外接识别框，并以所述识别框的几何中心为原点，建立平面直角坐标系，基于选取的特征区域确定直角坐标系的x轴和y轴，则在该坐标系下，所述特征区域具有最大的x坐标的点Xmax(xmax，max[f(xmax)])和最小坐标Xmin(xmin，min[f(xmin)]),将所述特征区域的轮廓线划分为Ru和Rd，且各个部分满足：
其中，f(x)为轮廓线的坐标x对应的y坐标值；则曲线Ru为轮廓线的上边缘，Rd为轮廓线的下边缘；依据限定的若干个部分中任取一个检测位置Du，该部分的上边界Eu为一条有n个点{p1,p2,…,pi}构成的连续曲线，并在曲线中构造一个可变形态和尺寸的检测窗Wa；所述检测窗Wa由n个大小和方向相同的子窗口{w1，w2，…，wn}，并按照规则进行排列，
其中，所述子窗口Wi为沿着直角坐标系y轴方向，长度为L、宽度为a的拟合框，所述拟合框的上端点和下端点分别为ui和di；
长度L值的确定需满足：
其中，li为曲线上的点pi所在位置对应的高度；
在沿着所述直角坐标系的x轴方向上，子窗口的总宽度为widit与特征区域满足：
其中，αi为表示第i个子窗口的宽度；
在沿着所述直角坐标系的x轴方向上，子窗口的总宽度为hight与特征区域满足：
其中，ui(y)和di(y)在子窗口的上端点、下端点在直角坐标系中的y轴坐标。
可选的，由各个所述子窗口组合形成的所述检测窗口所标记的区域是所述输电线路和连接设备的特征区域ST中检测位置Du的集合，在此集合中，存在沿着直角坐标系x轴或y轴方向分布的灰度分布区，且所述灰度分布区满足：
Gmain＝max{η(wd,-1),η(wu,1)}
其中，wd,wu分别表示目标曲线检测位置Eu作为上边缘、下边缘时，在所建立的检测窗口在图像中位置坐标的集合；
其中，i表示构成Eu曲线的点序列的序号；p(i)为第i个点的x坐标；f(a)表示Eu曲线上x坐标为a时相对应的y坐标值；ξ的取值范围为-1或1，当ξ＝-1时，表示曲线作为上边缘；当ξ＝1时，表示曲线作为下边缘；r表示坐标集合，其取值范围为[ui，di]；r(i)为集合中横坐标为i的点所构成的子集。
可选的，所述检测装置包括检测机构和避障机构，所述检测机构设置在所述无人机上并对所述无人机移动路线上的障碍物进行检测；所述避障机构基于所述检测机构的数据，控制所述无人机的升力以及移动的方向；所述检测机构包括若干个检测探头，各个所述检测探头设置在所述机身本体上用于对周围的障碍物进行检测；所述避障机构包括调整构件和转向构件，所述转向构件设置在所述无人机的螺旋桨和支撑座上，用于所述螺旋桨连同所述支撑座的角度一并进行调整；所述转向构件包括角度检测件、转动腔、转动座和转动驱动机构，所述转动座与所述转动驱动机构驱动连接形成转动部，所述转动部设置在所述转动腔中，所述角度检测件用于对所述转动腔转动的角度进行检测。
可选的，所述调整构件包括调整模块和升力控制模块，所述调整模块用于对所述转动构件的转动倾角进行检测；所述升力控制模块用于对各个螺旋桨的升力进行控制，以实现不同的转向需要；所述升力控制模块对所述无人机的初始位置数据S(u0，v0，w0)进行采集，并采集所述检测探头的障碍物的位置Barrier(u1，v1，w1)，依据初始位置数据与所述障碍物位置的距离进行转向，并满足：
new_w＝0
其中，新的轨迹点为(new_x,new_y,new_z)；G为设定的与所述障碍物的安全距离阈值。
可选的，所述调理装置包括调理机构和需求模块，所述调理机构用于对一个执行周期中的数据进行存储，以供所述定位装置、所述检测装置和所述采集装置协同调用；所述调理机构包括存储器、通信模块和数据总线，所述通信模块用于对所述定位装置进行通信连接，使所述定位装置的位置数据通过所述数据总线存储在所述存储器中；
所述数据总线分别与所述检测装置和所述采集装置控制连接，并把采集到的数据存储在所述存储器中；
所述需求模块用于对所述定位装置、所述检测装置和所述采集装置的需求进行存储；同时，基于所述调理机构中存储的数据进行周期性的调用。
可选的，所述定位装置包括定位机构和导引机构，所述定位机构用于对巡检的区域或位置进行限制；所述导引机构用于对所述无人机的位置进行导引，并在执行模式中进行路径的巡检，其中，所述执行模式包括自动模式和引导模式；当处于导引模式下，所述无人机跟随所述导引机构进行移动；当处于自动模式时，所述无人机根据设定的巡检路线进行自主检测。
可选的，所述导引机构包括指向模块和接管模块，所述指向模块用于对所述无人机进行控制链路的控制，所述接管模块用于对所述无人机的行进方向进行控制；所述指向模块包括一组感应板和引导杆，一组所述感应板分别设置在所述无人机和所述引导杆上，且当触发所述引导模式，一组所述感应板建立配对，并通过所述接管模块对所述无人机的移动路径进行控制。
本发明还提供一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检方法，所述巡检方法包括以下步骤：
S1：调整定位装置的位置以确定无人机的巡检区域，以限定所述无人机的移动范围或者移动路径；
S2：调理检测装置和所述采集装置的姿势，以对所述输电线路和连接设备的图像采集；其中，所述检测机构用于对待检测的目标进行逼近，并通过所述采集装置对该位置上的图像数据进行采集；
S3：在对所述输电线路和连接设备进行图像数据采集的过程中，以所述校准探头确定的初始检测位置为基准位置，调整所述无人机绕着所述基准位置进行飞行，以获取所述基准位置多个角度的图像数据；其中，所述无人机在进行环绕的过程中，通过所述调理装置进行姿势的控制，并结合所述检测装置对行进路线上的障碍物进行避障；
S4：对采集的图像数据进行标记，并存储在存储设备中，并通过通信模块与地面回收设备进行传输。
可选的，所述巡检方法还包括处于所述导引模式下，所述无人机根据所述引导杆的偏移量，映射相对应的移动路程量；其中，所述采集探头一直朝向所述输电线路或所述连接设备的方向，并采集所述输电线路或所述连接设备的图像数据。
可选的，所述巡检方法还包括根据当前的巡检位置，记录所述无人机巡检位置坐标，并将位置坐标同步记录在对应的图像数据中，以存储在存储器或者地面回收设备中。
本发明所取得的有益效果是：
1.通过采用角度偏移构件在校准探头的对准位置处进行俯、仰角度的调整，使得对应采集位置的上边缘和下边缘的细节图像能够被采集；
2.通过采用升力控制模块用于对各个螺旋桨的升力进行控制，以实现不同的转向需要；
3.通过采用调理装置用于综合检测装置、采集装置和定位装置的数据，使得各个装置之间能够相互协同配合，增强整个系统对输电线路或者连接设备的巡检的效率；
4.通过采用通过多个姿态传感器在空间中产生的位移或姿势转换引发的变化确定偏移的量，使得整体导引操作能够更加高效且精准的引导；
5.通过采用检测机构与避障机构相互配合，使得无人机在进行移动巡检的过程中，能够对基于当前点与障碍物的点之间确定新的移动点，并通过调整构件移动到新的移动点，实现无人机进行姿势调整的角度能够被精准的控制；
6.通过采用转动构件和角度偏移构件的相互配合，使得检测探头和校准探头的位置能够被精准控制。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为所述引导杆与地面采集设备的结构示意图。
图2为所述无人机的结构示意图。
图3为所述无人机的俯视示意图。
图4为图3中A-A处的剖视示意图。
图5为图4中B-B处的剖视示意图。
图6为所述采集机构和所述转动构件的结构示意图。
图7为所述存储座的横剖示意图。
图8为所述输电线路或接线设备和所述无人机的检测场景示意图。
图9为所述采集探头的检测场景示意图。
图10为对所述图像数据进行处理的示意图。
附图标号说明：1-地面回收设备；2-天线；3-导引机构；4-反馈屏；5-无人机；6-输电线路；7-支撑座；8-螺旋桨；9-机身本体；10-转向构件；11-存储座；12-转动构件；13-定位机构；14-采集探头；15-校准探头；16-角度偏移构件；17-存放腔。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一：根据图1-图10，本实施例提供一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其包括无人机、检测装置、调理装置、采集装置、定位装置和处理器，所述检测装置、所述调理装置和所述采集装置和处理器均设置在所述无人机上；所述调理装置协同所述检测装置和所述采集装置的数据进行调理，以检测输电线路及连接设备；所述检测装置用于对所述无人机的行进路线的障碍物进行检测；所所述定位装置用于对所述无人机的巡检路径及区域进行标定；所述处理器分别与所述检测装置、所述调理装置、所述采集装置和所述定位装置控制连接，并基于所述处理器的控制操作下对各个装置进行精准的控制，以实现对所述输电线路的高效检测；所述检测装置、所述调理装置和所述采集装置均设置在所述无人机上，并跟随所述无人机的移动而移动；另外，所述定位装置用于对所述无人机的移动路线进行限位或者限定，使得所述无人机在所述定位装置的限定操作中，对所述无人机的移动的位置进行精准的控制，实现对所述输电线路的数据能被精准采集；另外，所述无人机包括电池，所述电池通过卡接模块限制在所述无人机的机身上，同时，所述电池设置为可更换电池，使得所述无人机的巡航效率和续航能力更高；另外，所述无人机的机身设置有供所述电池容纳的空腔，且所述卡接模块设置在所述空腔的进口处，并对所述电池进行限制；当所述电池可用容量低于设定的预警阈值时，则通过更换新的电池，使得所述无人机的巡检效率更加的高；且更换时，需要所述无人机回到设定的区域中，并通过巡检员进行电池更换的操作；
所述巡检系统还包括地面回收设备，所述地面回收设备用于与所述无人机进行配对使用，且被构造为对所述采集装置、定位装置、调理装置、检测装置、以及无人机的运行状态进行监控；另外，所述地面回收设备设置为便携式，使得操作员能够对更加方便的携带，用于对不同的应用场景中使用；同时，所述处理器设置在所述地面回收设备中并通过通信模块与所述采集装置、定位装置、调理装置、检测装置、以及无人机控制连接；所述地面回收设备包括控制面板和传导天线，所述传导天线用于对所述无人机、所述检测装置、所述定位装置和所述采集装置进行通信；
所述采集装置包括采集机构和偏移机构，所述偏移机构用于对所述采集机构的采集角度进行调整；所述采集机构用于对输电线路和输电设备进行采集；所述偏移机构包括转动构件和角度调整构件，所述角度调整构件用于对所述采集机构的俯仰采集角度进行调整；所述转动构件用于对所述检测机构的水平方向进行转动；所述采集机构包括采集探头、校准探头、以及存储座，所述存储座设有供所述采集探头和所述校准探头存放的独立的存放腔，所述采集探头和校准探头对应设置在所述存放腔中，并通过所述角度调整构件设置在所述存放腔中；所述偏移机构和所述采集机构相互配合，实现对采集角度的调整或者偏移，使得对一个检测视角中的不同位置进行检测；所述转动构件包括转动座、立杆和转动驱动机构，所述立杆的一端与所述无人机机身的下端面连接，所述立杆的另一端朝向远离无人机的下端面悬空伸出且其端部设置有限制球；所述转动座的一侧端面设置有限位槽，所述限位槽与所述限制球嵌套铰接，使得所述转动座在所述驱动机构驱动时，能够沿着所述转动座自身的轴线进行转动；所述存储座与所述转动座的另一侧端面固定连接，以实现所述存储座能跟随所述转动座转动；所述转动驱动机构与所述转动座驱动连接，以实现对所述存储座在水平方向上的转动；另外，在所述转动驱动机构驱动所述转动座转动的过程中；所述转动构件还包括水平检测件，所述水平检测件用于对所述转动座的转动的角度进行检测，使所述转动座的转动角度能够被精准的获取；
所述角度偏移构件包括一组偏移座、转动杆和偏移驱动机构，所述转动杆对称设置在所述采集探头和所述校准探头的两侧，并与所述偏移座连接，所述偏移座被构造为与所述偏移驱动机构驱动连接形成偏移部；所述偏移部对应设置在对应的所述存放腔内壁；所述角度偏移构件包括角度采集件，所述角度采集件用于对所述采集探头和所述校准探头的俯仰角度进行检测，使所述采集探头和所述校准探头的在竖直平面上的俯仰角度能够被采集；通过所述转动构件和所述角度偏移构件的相互配合，使得所述检测探头和所述校准探头的位置能够被精准控制；
在检测的过程中，通过所述转动构件的转动，使得所述采集探头和所述校准探头转动到所述输电线路或所述连接设备的一侧，以面向所述输电线路或所述连接设备的姿态对其进行图像数据的采集，同时，在所述校准探头对视觉范围中，根据实际的需要识别所述输电线路或者连接设备的图像位置；当所述校准探头对准采集位置后，由所述处理器控制所述角度偏移构件在所述校准探头的对准位置处进行俯、仰角度的调整，使得对应采集位置的上边缘和下边缘的细节图像能够被采集；同时，在存储的过程中，对采集位置进行标记；在上述的采集过程中，所述无人机的姿势保持稳定的高度，使得所述采集探头采集的图像数据能够更加的可靠；另外，所述无人机在所述校准探头进行对准操作后，绕着对准位置进行环绕检测，实现对所述对准位置的图像数据更加的丰富，检测的精准更加的可靠；
获取所述采集探头的一组图像数据，并对所述图像数据进行灰度处理，以获得所述输电线路或者所述连接设备的特征区域ST，在所述特征区域ST中建立最小的外接识别框，并以所述识别框的几何中心为原点，建立平面直角坐标系，基于选取的特征区域确定直角坐标系的x轴和y轴，则在该坐标系下，所述特征区域具有最大的x坐标的点Xmax(xmax，max[f(xmax)])和最小坐标Xmin(xmin，min[f(xmin)]),将所述特征区域的轮廓线划分为Ru和Rd，且各个部分满足：
其中，f(x)为轮廓线的坐标x对应的y坐标值；则曲线Ru为轮廓线的上边缘，Rd为轮廓线的下边缘；
依据限定的若干个部分中任取一个检测位置Du，该部分的上边界Eu为一条有n个点{p1,p2,…,pi}构成的连续曲线，其中，pi、pn分别表示左右端点，则点pi与pi+1在x和y轴方向距离分别为dx＝pi(x)-pi+1(x)-1＝0和dy＝pi(y)-pi+1(y)-1＝hi，其中pi(x)为点pi在x轴上的坐标，pi(y)为点pi在y轴上的坐标，hi的取值范围为[-1,1]；
并以曲线Ru为基准，构造一个可变形态和尺寸的检测窗Wa；所述检测窗Wa由n个大小和方向相同的子窗口{w1，w2，…，wn}，并按照规则进行排列，
其中，所述子窗口Wi为沿着直角坐标系y轴方向，长度为L、宽度为a的拟合框，所述拟合框的上端点和下端点分别为ui和di；首先使矩形w1与曲线Ru的左端点pi在x轴方向对齐，然后将其余的n-1个矩形依次沿x轴并排排列，即依次使wi+1与wi在x轴方向距离为0；然后调整在y方向的位置，使其下端点di与点pi的距离为0，最终形成的子窗口摆放方式即为检测窗Wa的形态；
长度L值的确定需满足：
其中，li为曲线上的点pi所在位置对应的高度；
在沿着所述直角坐标系的x轴方向上，子窗口的总宽度为widit与特征区域满足：
其中，αi为表示第i个子窗口的宽度；
在沿着所述直角坐标系的x轴方向上，子窗口的总宽度为hight与特征区域满足：
其中，ui(y)和di(y)在子窗口的上端点、下端点在直角坐标系中的y轴坐标；
可选的，由各个所述子窗口组合形成的所述检测窗口所标记的区域是所述输电线路和连接设备的特征区域ST中检测位置Du的集合，在此集合中，存在沿着直角坐标系x轴或y轴方向分布的灰度分布区，且所述灰度分布区满足：
Gmain＝max{η(wd,-1),η(wu,1)}
其中，wd,wu分别表示目标曲线检测位置Eu作为上边缘、下边缘时，在所建立的检测窗口在图像中位置坐标的集合；
其中，i表示构成Eu曲线的点序列的序号；p(i)为第i个点的x坐标；f(a)表示Eu曲线上x坐标为a时相对应的y坐标值；g(*，*)为在该坐标位置处的灰度值，计算方式是本领域技术人员所熟知的，因而不再赘述；ξ的取值范围为-1或1，当ξ＝-1时，表示曲线Ru作为上边缘；当ξ＝1时，表示曲线Ru作为下边缘；r表示坐标集合，其取值范围为[ui，di]；r(i)为集合中横坐标为i的点所构成的子集；
以上是对若干个部分中任取一个检测位置Du中上边界的处理情况，对于特征区域的轮廓线划分为的Rd下边界同样根据Ru为基准建立金策窗口Wd，则与Wa不同的是在调整wi在y方向的位置时，将规则转换为：调整wi上端点ui与点pi的距离为0；也可以通过类比进行，在本实施例不在一一赘述；
可选的，所述检测装置包括检测机构和避障机构，所述检测机构设置在所述无人机上并对所述无人机移动路线上的障碍物进行检测；所述避障机构基于所述检测机构的数据，控制所述无人机的升力以及移动的方向；所述检测机构包括若干个检测探头，各个所述检测探头设置在所述机身本体上用于对周围的障碍物进行检测；所述避障机构包括调整构件和转向构件，所述调整构件用于对所述无人机的姿势进行检测或者调整；所述转向构件用于对所述无人机姿势进行调节，以适应不同的巡检需要；
所述无人机包括螺旋桨、机身本体、微控制和支撑座，所述支撑座通过所述转向构件与所述机身本体连接；所述螺旋桨与电机驱动连接形成驱动部，所述驱动部设置在所述支撑座上；同时，所述微控制器还与所述采集装置、调理装置、定位装置和所述检测装置控制连接，并在地面回收设备未发出控制指令的或进行控制指令通信连接的情况下，所述采集装置、调理装置、定位装置和所述检测装置均由所述微控制器进行控制；所述微控制器与所述驱动部控制连接，以对所述驱动部的升力进行控制；
所述无人机机身本体的两侧设有供所述转动构件支撑的凸起部，所述凸起部朝着远离所述机身的两侧凸出；
所述转向构件设置在所述凸起部上，用于所述螺旋桨连同所述支撑座的角度一并进行调整；
所述转向构件包括角度检测件、转动腔、转动座和转动驱动机构，所述转动座与所述转动驱动机构驱动连接形成转动部，所述转动部设置在所述转动腔中，所述角度检测件用于对所述转动腔转动的角度进行检测；另外，所述支撑座设置在所述转动构件上，并在所述转动座的驱动下，对所述支撑座进行调整；所述螺旋桨以及驱动所述螺旋桨的电机设置在所述支撑座上，当所述转向构件进行角度偏移的过程中，整个所述支撑座能够跟随所述转动座进行转动，此时，所述支撑座与所述转动座之间存在相对的角度偏移；同时，设置在所述转动座上的角度检测件对所述转动座的转动角度进行检测，使得所述无人机进行姿势调整的角度能够被精准的控制；
所述检测机构与所述避障机构相互配合，使得所述无人机在进行移动巡检的过程中，能够对基于当前点与所述障碍物的点之间确定新的移动点，并通过调整构件移动到新的移动点；同时，所述无人机在移动的过程中，还能根据实际移动的位置选择所述螺旋桨和所述支撑座的角度，使得所述无人机能够进行姿势的调整，以实现对不同的夹缝中移动，同时，在移动的过程中还兼顾避开障碍物；另外，姿势调整前后，所述无人机的稳定性和上升力均保持不变，优选的，所述无人机两侧的所述支撑座和所述螺旋桨一同进行同步的转动，以保证所述无人机机身的稳定；
可选的，所述调整构件包括调整模块和升力控制模块，所述调整模块用于对所述转动构件的转动倾角进行检测；所述升力控制模块用于对各个螺旋桨的升力进行控制，以实现不同的转向需要；所述升力控制模块对所述无人机的初始位置数据S(u0，v0，w0)进行采集，并采集所述检测探头的障碍物的位置Barrier(u1，v1，w1)，依据初始位置数据与所述障碍物位置的距离进行转向，并满足：
new_w＝0
其中，新的轨迹点为(new_x,new_y,new_z)；G为设定的与所述障碍物的安全距离阈值，其阈值根据所述无人机的机身尺寸及与障碍物的最低距离阈值决定；另外，对与各个所述螺旋桨的升力与所述电机的选型，是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；特别的，所述螺旋桨与所述电机的功率或型号的选定，需要结合所述无人机自重以及附加的一些检测仪器的整体重量进一步确定；同时，当所述升力控制模块对所述无人机进行控制时，通过参考新的轨迹点的位置进行姿势的调整，且在使用之前需要标定，以实现螺旋桨不同转速对应不同的升力，对于标定的方式也是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
可选的，所述调理装置包括调理机构和需求模块，所述调理机构用于对一个执行周期中的数据进行存储，以供所述定位装置、所述检测装置和所述采集装置协同调用；所述调理机构包括存储器、通信模块和数据总线，所述通信模块用于对所述定位装置进行通信连接，使所述定位装置的位置数据通过所述数据总线存储在所述存储器中；所述数据总线分别与所述检测装置和所述采集装置控制连接，并把采集到的数据存储在所述存储器中；所述需求模块用于对所述定位装置、所述检测装置和所述采集装置的需求进行存储；同时，基于所述调理机构中存储的数据进行周期性的调用；所述调理装置用于综合所述检测装置、采集装置和所述定位装置的数据，使得各个装置之间能够相互协同配合，增强整个系统对所述输电线路或者所述连接设备的巡检的效率；另外，所述调理机构针对一个检测位置进行巡检时，会把该位置的位置以及相关联的信息一同标记，丰富该检测位置的数据，使得该位置的检测能够更加的准确和可靠；
同时，当所述采集装置、所述检测装置和所述定位装置需要进行数据调用时，通过所述需求模块生成需求指令，并由所述需求模块和处理器响应与该需求指令，对存储在所述存储器中的数据进行调用；其中，所述需求指令为能被所述处理器所识别的可执行程序；另外，所述通信模块与所述数据总线进行配合，使得所述检测装置、所述采集装置和所述无人机本身进行数据的交互，用于对整个巡检的过程更高效；所述无人机也配备GPS等常用的定位设备，用于对巡检位置进行定位，使得巡检位置和采集的图像数据能够一一对应，防止某个位置被多次检测或某一位置未被检测的情况出现，进而提升整个巡检效率；
可选的，所述定位装置包括定位机构和导引机构，所述定位机构用于对巡检的区域或位置进行限制；所述导引机构用于对所述无人机的位置进行导引，并在执行模式中进行路径的巡检，其中，所述执行模式包括自动模式和引导模式；当处于导引模式下，所述无人机跟随所述导引机构进行移动；当处于自动模式时，所述无人机根据设定的巡检路线进行自主检测；所述定位机构与所述导引机构相互配合，用于对所述无人机的巡检位置进行限定，且当所述定位机构被激活时，所述无人机基于；所述导引机构在使用的过程中，也是基于所述定位机构限定的巡检范围或者巡检位置所使用，即：所述导引机构若超出所述巡检范围或者巡检位置，则所述导引机构就不会被激活，此时，无法对所述无人机进行引导；
在本实施例中，所述定位机构可以预置在输电架上，且在巡检的过程中，启动其定位功能，从而能够对所述无人机的巡检位置或者巡检范围进行限定；另外，所述定位机构也可以设置为移动式的，即：巡检人员通过放置在某一输电线路范围的至少三个位置，从而对该范围的输电线路或连接设备进行巡检；
可选的，所述导引机构包括指向模块和接管模块，所述指向模块用于对所述无人机进行控制链路的控制，所述接管模块用于对所述无人机的行进方向进行控制；所述指向模块包括一组感应板和引导杆，一组所述感应板分别设置在所述无人机和所述引导杆上，且当触发所述引导模式，一组所述感应板建立配对，并通过所述接管模块对所述无人机的移动路径进行控制；所述指向模块还包括反馈屏，所述反馈屏用于对所述无人机当前的移动数据或者预警信号，使得所述操作员能与所述无人机进行人机交互；
所述导引机构可以基于不同的需求进行触发，以获得所述巡检位置更加准确图像数据；
当所述导引机构被触发后，即：通过感应板配对建立稳定的无线控制链路，以实现所述无人机处于引导模式，所述无人机的移动方向根据所述引导杆的移动而跟随移动；同时，在移动的过程中，所述无人机上的所述采集装置、所述定位机构和所述检测装置一直处于工作状态，其中，所述检测装置中的所述避障机构和采集机构会实时检测移动过程中是否会存在障碍物，如果存在障碍物，则把预警信号传输到与所述引导杆的反馈屏上，用于提示操作人员调整移动方向；在遇到障碍物且不符合通行条件时，所述无人机会保持与所述障碍物的安全距离并向所述反馈屏传输预警信号；
所述操作员基于所述预警信号调整所述无人机的移动的方向，使所述无人机在移动的过程中能实时反馈运行的状态，以调整所述无人机的移动路径和检测的角度；另外，所述操作员在对所述无人机进行导引的过程中，通过手持所述引导杆使得整个引导操作能够进行高效的展开；同时，所述指向模块还包括设置在所述引导杆上的至少五个姿态传感器，各个所述姿态传感器用于对所述操作员的移动的方向、以及基于该位置方向上的位移量均被采集，使得整体导引操作能够更加高效且精准的引导；其中，所述位移量是多个姿态传感器触发的变化量的积累形成的，通过多个所述姿态传感器在空间中产生的位移或姿势转换引发的变化确定偏移的量；同时，所述偏移量与所述无人机的移动路程量之比为控制比例参数；在对所述无人机进行引导的过程中，需要通过控制比例参数进行等比例转换，以确定准确的实施在所述无人机上的移动路程量；其中，所述控制比例参数是人为预置到微控制器中，在进行控制的过程中，通过操作者选择不同的控制比例参数，并根据当前所述引导杆的位移量、以及操作者选择的比例系数进行等比例转换形成准确的无人机的移动路程量；
本实施例还提供一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检方法，所述巡检方法包括以下步骤：
S1：调整定位装置的位置以确定无人机的巡检区域，以限定所述无人机的移动范围或者移动路径；对于所述定位机构的确定可以预置在输电架上，且在巡检的过程中，启动其定位功能，从而能够对所述无人机的巡检位置或者巡检范围进行限定；另外，所述定位机构也可以设置为移动式的，即：巡检人员通过放置在某一输电线路范围的至少三个位置，从而对该范围的输电线路或连接设备进行巡检；
S2：调理检测装置和所述采集装置的姿势，以对所述输电线路和连接设备的图像采集；其中，所述检测机构用于对待检测的目标进行逼近，并通过所述采集装置对该位置上的图像数据进行采集；其中，所述无人机与所述输电线路或者连接设备逼近的最短距离为安全距离阈值；
S3：在对所述输电线路和连接设备进行图像数据采集的过程中，以所述校准探头确定的初始检测位置为基准位置，调整所述无人机绕着所述基准位置进行飞行，以获取所述基准位置多个角度的图像数据；其中，所述无人机在进行环绕的过程中，通过所述调理装置进行姿势的控制，并结合所述检测装置对行进路线上的障碍物进行避障；
S4：对采集的图像数据进行标记，并存储在存储设备中，并通过通信模块与地面回收设备进行传输；所述地面回收设备用于对所述无人机采集的数据进行采集，用于同时进行输电线路的进一步的分析，还基于分析结果对所述输电设备进行维修或者清理；
可选的，所述巡检方法还包括处于所述导引模式下，所述无人机根据所述引导杆的偏移量，映射相对应的移动路程量；其中，所述采集探头一直朝向所述输电线路或所述连接设备的方向，并采集所述输电线路或所述连接设备的图像数据；
可选的，所述巡检方法还包括根据当前的巡检位置，记录所述无人机巡检位置坐标，并将位置坐标同步记录在对应的图像数据中，以存储在存储器或者地面回收设备中；在对所述巡检位置坐标根据预置入所述无人机上的GPS信号进行确定，并在采集的图像数据上进行标记。
实施例二：本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1-图10，还在于接管模块包括检测器、发射器、信号发生器，检测器被配置为检测在巡检位置范围内是否存在目标无人机；信号发生器被配置为产生通信引导信号；所述发射器被配置为基于检测到的所述无人机在限定的巡检位置来触发通信引导信号的发射；
其中，所述通信引导信号基于锯齿波向所述无人机发射2.1GHz至5.8GHz的频率范围内的通信引导信号；
所述检测器被配置为确定无人机的类型；所述通信引导信号的功率基于所述无人机的类型以及所述无人机与引导杆之间的距离；
所述接管模块还包括：视觉检测器，所述视觉检测器配置为监控与无人机相关的飞行位置、飞行路线和飞行速度；其中，所述信号发生器被配置为基于与所述无人机相关联的飞行位置、飞行路线和飞行速度来增加所述通信引导信号的功率；
所述导引机构还包括部署模块，所述部署模块被配置为部署一个或多个引导杆以引导所述无人机；其中，所述发射器被配置为响应于所述一个或多个引导杆被部署而触发引导命令以停止所述通信引导信号的传输；
其中，所述部署模块包括控制传导器；所述控制传导器用于对殴无人机的巡检位置进行控制，以引导其在任意的巡检位置进行移动；另外，所述导引机构优选的与所述地面回收设备控制连接，以实现对所述无人机的控制；
其中，来自所述控制传导器的输出是与所述控制传导器相关联的设置在所述无人机上的微控制器所接收的控制信号；其中，所述控制传导器在两个所述感应板之间建立配对链路时输出控制信号；
其中，所述控制信号用于控制所述无人机以保持与所述引导杆相同静止或者移动的姿势；其中，在所述引导杆没有移动的情况下，所述无人机接收的控制信号具有第一控制分量；当所述引导杆存在移动，且配对链路正常的情况下，所述无人机上与控制传导器相关联的微控制器所接收的控制信号具有第二控制分量；其中，所述第一控制分量与所述第二控制分量均是基于所述引导杆的偏移量有关，且第一控制分量远小于第二控制分量，
其中，所述发射器被配置为在与所述控制传导器相关联的微控制器所接收的正在输出所述第二控制分量分布的情况下，触发所述引导命令以停止设置在所述无人机上的微控制器对所述无人机的控制信号的传输；其中，所述发射器被配置为在识别到的巡检位置的阈值范围内存在所述无人机或者所述无人机的类型与引导的类型相符时，向着所述无人机传输所述通信引导信号；即：在定位区域或巡检位置的范围内检测无人机的存在产生通信引导信号并基于检测到的目标无人机的存在触发通信信号的传输；
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其特征在于，包括无人机、检测装置、调理装置、采集装置、定位装置和处理器，所述检测装置、所述调理装置和所述采集装置和处理器均设置在所述无人机上；所述调理装置协同所述检测装置和所述采集装置的数据进行调理，以检测输电线路及连接设备；所述检测装置用于对所述无人机的行进路线的障碍物进行检测；所述定位装置用于对所述无人机的巡检路径及区域进行标定；所述处理器分别与所述检测装置、所述调理装置、所述采集装置和所述定位装置控制连接；
所述采集装置包括采集机构和偏移机构，所述偏移机构用于对所述采集机构的采集角度进行调整；所述采集机构用于对输电线路和输电设备进行采集；所述偏移机构包括转动构件和角度调整构件，所述角度调整构件用于对所述采集机构的俯仰采集角度进行调整；所述转动构件用于对所述检测装置的水平方向进行转动；
所述采集机构包括采集探头、校准探头、以及存储座，所述存储座设有供所述采集探头和所述校准探头存放的独立的存放腔，所述采集探头和校准探头对应设置在所述存放腔中，并通过所述角度调整构件设置在所述存放腔中；
获取所述采集探头的一组图像数据，并对所述图像数据进行灰度处理，以获得所述输电线路或者所述连接设备的特征区域ST，在所述特征区域ST中建立最小的外接识别框，并以所述识别框的几何中心为原点，建立平面直角坐标系，基于选取的特征区域确定直角坐标系的x轴和y轴，则在该坐标系下，所述特征区域具有最大的x坐标的点Xmax和最小坐标Xmin,将所述特征区域的轮廓线划分为Ru和Rd，且各个部分满足：
；
其中，f(x)为轮廓线的坐标x对应的y坐标值；则曲线Ru为轮廓线的上边缘，Rd为轮廓线的下边缘；依据限定的特征区域任取一个检测位置Du，且在该检测位置Du上边界的Eu为一条有n个点{p1,p2,…,pi}构成的连续曲线，并在曲线中构造一个可变形态和尺寸的检测窗Wa；所述检测窗Wa由n个大小和方向相同的子窗口Wi{w1，w2，…，wn}，并按照规则进行排列，
其中，所述子窗口Wi为沿着直角坐标系y轴方向，长度为L、宽度为a的拟合框，所述拟合框的上端点和下端点分别为ui和di；
长度L值的确定需满足：
；
其中，li为曲线上的点pi所在位置对应的高度；
在沿着所述直角坐标系的x轴方向上对应的子窗口的总宽度为widit与特征区域满足：
；
其中，为表示第i个子窗口的宽度；
在沿着所述直角坐标系的y轴方向上对应的子窗口的总宽度为hight与特征区域满足：
；
其中，和/>在子窗口的上端点、下端点在直角坐标系中的y轴坐标。
2.根据权利要求1所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其特征在于，由各个所述子窗口组合形成的所述检测窗口所标记的区域是所述输电线路和连接设备的特征区域ST中检测位置Du的集合，在此集合中，存在沿着直角坐标系x轴或y轴方向分布的灰度分布区，且所述灰度分布区满足：
；
其中，wd,wu分别表示目标曲线检测位置Eu作为上边缘、下边缘时，在所建立的检测窗口在图像中位置坐标的集合；
；
其中，i表示构成Eu曲线的点序列的序号；p(i)为第i个点的x坐标；f（a）表示Eu曲线上x坐标为a时相对应的y坐标值；g(*，* )为在该坐标位置处的灰度值；ξ的取值范围为-1或1，当ξ=-1时，表示曲线作为上边缘；当ξ=1时，表示曲线作为下边缘；r表示坐标集合，其取值范围为[ui，di]；r(i)为集合中横坐标为i的点所构成的子集。
3.根据权利要求2所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其特征在于，所述检测装置包括检测机构和避障机构，所述检测机构设置在所述无人机上并对所述无人机移动路线上的障碍物进行检测；所述避障机构基于所述检测机构的数据，控制所述无人机的升力以及移动的方向；所述检测机构包括若干个检测探头，各个所述检测探头设置在机身本体上用于对周围的障碍物进行检测；所述避障机构包括调整构件和转向构件，所述转向构件设置在所述无人机的螺旋桨和支撑座上，用于所述螺旋桨连同所述支撑座的角度一并进行调整；所述转向构件包括角度检测件、转动腔、转动座和转动驱动机构，所述转动座与所述转动驱动机构驱动连接形成转动部，所述转动部设置在所述转动腔中，所述角度检测件用于对所述转动腔转动的角度进行检测。
4.根据权利要求3所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其特征在于，所述调整构件包括调整模块和升力控制模块，所述调整模块用于对所述转动构件的转动倾角进行检测；所述升力控制模块用于对各个螺旋桨的升力进行控制，以实现不同的转向需要；所述升力控制模块对所述无人机的初始位置数据S（u0，v0，w0）进行采集，并采集所述检测探头的障碍物的位置Barrier（u1，v1，w1），依据初始位置数据与所述障碍物位置的距离进行转向，并满足：
；
；
；
；
其中，新的轨迹点为（new_x, new_y, new_z）；G为设定的与所述障碍物的安全距离阈值。
5.根据权利要求4所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其特征在于，所述调理装置包括调理机构和需求模块，所述调理机构用于对一个执行周期中的数据进行存储，以供所述定位装置、所述检测装置和所述采集装置协同调用；所述调理机构包括存储器、通信模块和数据总线，所述通信模块用于对所述定位装置进行通信连接，使所述定位装置的位置数据通过所述数据总线存储在所述存储器中；所述数据总线分别与所述检测装置和所述采集装置控制连接，并把采集到的数据存储在所述存储器中；所述需求模块用于对所述定位装置、所述检测装置和所述采集装置的需求进行存储；同时，基于所述调理机构中存储的数据进行周期性的调用。
6.根据权利要求5所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其特征在于，所述定位装置包括定位机构和导引机构，所述定位机构用于对巡检的区域或位置进行限制；所述导引机构用于对所述无人机的位置进行导引，并在执行模式中进行路径的巡检，其中，所述执行模式包括自动模式和引导模式；当处于导引模式下，所述无人机跟随所述导引机构进行移动；当处于自动模式时，所述无人机根据设定的巡检路线进行自主检测。
7.根据权利要求6所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其特征在于，所述导引机构包括指向模块和接管模块，所述指向模块用于对所述无人机进行控制链路的控制，所述接管模块用于对所述无人机的行进方向进行控制；所述指向模块包括一组感应板和引导杆，一组所述感应板分别设置在所述无人机和所述引导杆上，且当触发所述引导模式，一组所述感应板建立配对，并通过所述接管模块对所述无人机的移动路径进行控制。
8.一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检方法，根据权利要求7所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检系统，其特征在于，所述巡检方法包括以下步骤：
S1：调整定位装置的位置以确定无人机的巡检区域，以限定所述无人机的移动范围或者移动路径；
S2：调理检测装置和所述采集装置的姿势，以对所述输电线路和连接设备的图像采集；其中，所述检测装置用于对待检测的目标进行逼近，并通过所述采集装置对该位置上的图像数据进行采集；
S3：在对所述输电线路和连接设备进行图像数据采集的过程中，以所述校准探头确定的初始检测位置为基准位置，调整所述无人机绕着所述基准位置进行飞行，以获取所述基准位置多个角度的图像数据；其中，所述无人机在进行环绕的过程中，通过所述调理装置进行姿势的控制，并结合所述检测装置对行进路线上的障碍物进行避障；
S4：对采集的图像数据进行标记，并存储在存储设备中，并通过通信模块与地面回收设备进行传输。
9.根据权利要求8所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检方法，其特征在于，所述巡检方法还包括处于所述导引模式下，所述无人机根据所述引导杆的偏移量，映射相对应的移动路程量；其中，所述采集探头一直朝向所述输电线路或所述连接设备的方向，并采集所述输电线路或所述连接设备的图像数据。
10.根据权利要求9所述的一种融合电力输变配设备的无人机网格化巡检方法，其特征在于，所述巡检方法还包括根据当前的巡检位置，记录所述无人机巡检位置坐标，并将位置坐标同步记录在对应的图像数据中，以存储在存储器或者地面回收设备中。
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