CN115307604B - 一种输电线净空值测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电线净空值测量方法及测量装置，涉及输电线净空值测量领域，采用的方案是：所采用的无人机包括视觉相机、测距装置、导航装置和控制装置，控制装置包括图像处理模块；包括以下步骤：测量初始端净空值H1；获取初始图像；无人机沿输电线架设方向移动；无人机按照设定的间隔时长t1悬停并采集相应位置的输电线实时图像，同时传输给控制装置，控制装置根据实时图像判断其对应的输电线是否为弧垂处；控制装置测距装置测量输电线弧垂处的净空值H2。本发明能够准确高效的测量输电线弧垂处和初始端的净空值，为工作人员判断山火的影响提供更加可靠和全面的依据。

Description

一种输电线净空值测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及输电线净空值测量领域，尤其涉及一种输电线净空值测量方法及测量装置。

背景技术

输电线路的安全运行受到各种因素的影响，其中山火对输电线路的影响不容忽视，山火产生的高温会改变输电线路导线的物理性质，使输电线路导线的弧垂变大，输电线路导线对地放电，导致输电线路导线对输电线路杆塔的作用力不均，损坏杆塔；在日常巡线中，一旦发生山火，必须掌握火势情况，提前判断山火对输电线路的影响，及时制定应对方案，减少山火对输电线路的损害，其中，输电线路走廊树障净空值是预测山火对输电线路影响的关键因素，走廊树障净空值可以简单理解为地表植被或者建筑物到输电线的垂直距离，走廊树障净空值越小，山火对输电线路的影响程度影响越大，所以在山火靠近输电线路之前，需要对输电线路走廊树障净空值进行测量，从而便于工作人员采取应对山火的措施；现有技术中输电线净空值测量方法为通过无人机进行测量，对输电线的测量位置没有要求，但实际上输电线存在弧垂，即输电线在实际架设后并不是一根直线，随着使用时间的延长，输电线的弧垂增大，如果仅检测输电线上任意一处的净空值从而判定山火对输电线的影响存在较大的偏差，因此测量输电线上弧垂处的净空值对预测山火的影响也具有十分重要的影响。

因此，针对上述现有技术存在的现状，研发一种输电线净空值测量方法及测量装置是急需解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种输电线净空值测量方法及测量装置，能够准确高效的测量输电线弧垂处和初始端的净空值，为工作人员判断山火的影响提供更加可靠和全面的依据。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种输电线净空值测量方法，采用无人机进行测量，所述无人机包括视觉相机、测距装置、导航装置和控制装置，所述控制装置包括图像处理模块；

测量方法包括以下步骤：

S01：所述无人机测量输电线初始端净空值H1并传输给所述控制装置存储；

S02：所述无人机上升至初始端上方再垂直下降，在下降过程中，所述视觉相机以间隔时长t0进行拍摄并传输给所述控制装置，直到所述控制装置判断实时图像中的输电线位于设定位置时，将该实时图像作为初始图像进行存储；

S03：所述无人机沿输电线架设方向移动；

S04：所述无人机按照设定的间隔时长t1悬停，悬停后，所述视觉相机采集相应位置的输电线实时图像，同时传输给所述控制装置，所述控制装置根据实时图像判断其对应的输电线是否为弧垂处；

S05：当所述控制装置在实时图像中没有发现输电线时，所述无人机垂直下降，在下降过程中，所述视觉相机以间隔时长t0进行拍摄并传输给所述控制装置，直到所述控制装置判断实时图像与初始图像相同；

S06：循环S03、S04和S05，直到控制装置判定出实时图像对应的输电线为弧垂处时，所述无人机悬停；

S07：所述测距装置测量输电线弧垂处的净空值H2。能够通过无人机对输电线初始端和弧垂处的净空值进行测量，为判断山火的影响提供更加可靠和全面的依据，同时通过视觉相机和控制装置的配合能够准确地判断出输电线弧垂处位置，对提供依据的可靠性和准确性做了进一步提升。

进一步的，所述S02中，所述初始图像中的输电线位于图幅中上部。沿架设方向，由于弧垂的存在，输电线的高度逐渐下降，使初始图像中的输电线位于图幅中上部能够避免输电线的位置较快地超出实时图像的图幅边界，使无人机在一种垂直高度飞行中能获得较多的包含输电线的实施图像，减少下降次数，提高测量效率。

进一步的，所述S03中，所述无人机与输电线之间水平方向的距离保持恒定。保证实时图像中各处输电线比例一致，避免控制装置对输电线高度的判断产生误判，保证控制装置判断的准确性。

进一步的，所述S04中，所述间隔时长t1由所述无人机飞行速度v和输电线理论弧垂大小决定。能够避免无人机已经飞过弧垂处但视觉相机未采集到该处或者附近处的输电线高度的图像，保证输电线高度信息采集的密集度和有效性，避免数据信息太粗犷，使得控制装置在判断时不够精准。

进一步的，所述S04中，所述控制装置能够计算出实时图像与初始图像对应的输电线高度差，所述控制装置将新获得的高度差与前一个高度差的大小进行比较，且做对比的两个高度差对应的所述无人机高度相同，当后一个高度差小于或等于前一个高度差时，所述控制装置判断此处为输电线弧垂处。通过每次计算高度差来判断输电线垂直高度的变化，能够使对弧垂处判断更加准确，避免误判。

进一步的，所述S07中，所述无人机以弧垂处为起点分别水平向前和向后移动，所述无人机每次移动设定距离L后悬停，1/3v*t1＜L＜1/2v*t1，所述无人机向前移动悬停和向后移动悬停的次数均为n，2＜n＜6，每次悬停后，所述测距装置检测并传输对应位置的净空值，移动结束后，所述控制装置计算弧垂处净空值H2，H2为2n个净空值h的平均值。能够提高弧垂处净空值测量的准确性，降低无人机因间隔采集输电线图像可能对真正的弧垂处漏采集造成的误差。

本发明还提供了一种输电线净空值测量装置，用于上述的输电线净空值测量方法，包括所述无人机，所述无人机下部设置有载物台，所述载物台下表面设置有收纳槽，所述收纳槽两端分别可转动连接有相机连接杆和测距装置连接杆，所述相机连接杆和所述测距装置连接杆连接有折叠组件，所述折叠组件与所述控制装置电连接，所述折叠组件能够将所述相机连接杆和所述测距装置连接杆收纳至所述收纳槽内。能够将视觉相机和超声测距装置在不使用的时候收纳起来，避免造成碰撞损坏。

进一步的，所述折叠组件包括驱动气缸，所述驱动气缸朝下设置在所述载物台上，所述驱动气缸的活塞杆伸入到所述收纳槽内，所述驱动气缸的活塞杆连接有驱动杆，所述驱动杆上设置有开口槽，所述开口槽沿所述驱动杆的长度方向设置，所述开口槽的两个槽壁上均设置有限位槽，所述相机连接杆和所述测距装置连接杆的两侧均设置有限位销，所述限位销能够在所述限位槽内移动。能够通过一套折叠组件完成相机连接杆和测距装置连接杆的折叠收纳，减少了整体重量，结构简单，效率高。

进一步的，所述收纳槽内可移动地设置有防护门，所述防护门连接有移动驱动组件，所述移动驱动组件与所述控制装置电连接，所述防护门上设置有密封胶条。通过防护门能够防尘防潮，进一步起到保护视觉相机和超声波侧距装置的作用。

进一步的，所述移动驱动组件包括驱动电机，所述驱动电机设置在所述载物台上，所述驱动电机上设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮与齿条啮合，所述齿条设置在所述防护门的一端，所述防护门的另一端设置滑槽，所述滑槽与设置在所述收纳槽对应位置的滑轨配合。能够实现自动开关防护门，提高了自动化水平，使用方便。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本方案提供了一种输电线净空值测量方法及测量装置，通过无人机的控制装置、视觉相机和测距装置的配合，能够测量输电线初始端净空值、准确寻找输电线弧垂处以及对弧垂处进行净空值测量，为工作人员判断山火对输电线的影响提供全年和准确的依据；通过控制装置采用数字图像技术计算实时图像与初始图像中输电线高度差，提高判断弧垂位置的准确性；通过测量弧垂处前后多个位置的净空值和计算其平均值，提高了弧垂处净空值的测量精度；通过设置折叠组件、收纳槽和防护门，对视觉相机和测距装置提实现较好的保护，防止磕碰和受潮。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为本发明具体实施方式中的输电线净空值测量方法的流程图。

图2为本发明具体实施方式中的输电线净空值测量装置的结构示意图。

图3为本发明具体实施方式中的输电线净空值测量装置去除无人机后的结构示意图一。

图4为本发明具体实施方式中的输电线净空值测量装置去除无人机后的结构示意图二。

图5为本发明具体实施方式中的载物台的结构示意图。

图6为本发明具体实施方式中的驱动杆的结构示意图。

图7为本发明具体实施方式中的相机连接杆与销轴的装配结构示意图。

图中，1、驱动气缸，2、驱动电机，3、载物台，4、齿条槽，5、驱动齿轮，6、视觉相机，7、驱动杆，8、相机连接杆，9、测距装置，10、测距装置连接杆，11、防护门，12、限位销，13、限位槽，14、销轴，15、收纳槽，16、滑轨，17、无人机。

具体实施方式

如图1所示，本具体实施方式提供了一种输电线净空值测量方法，采用无人机进行测量，所采用的无人机包括视觉相机、测距装置、导航装置和控制装置，测距装置可以采用超声波测距装置和红外线测距装置，本具体实施方式采用超声波测距装置，测量精度高，控制装置还包括图像处理模块、通讯模块和存储模块，图像处理模块采用数字图像技术对传输来的照片进行处理和分析，从而获得每张实时图像与初始图像所对应的输电线的位移量即对应的输电线相对初始端的高度差；

包括以下步骤：

S01：将输电线与杆塔的连接的初始端的位置信息存储到控制装置，控制装置控制无人机移动至输电线与杆塔的连接的初始端，控制装置控制测距装置测量初始端净空值H1并传输给控制装置存储；

S02：无人机上升至初始端上方再垂直下降，在下降过程中，视觉相机以间隔时长t0进行拍摄并传输给控制装置，直到控制装置判断实时图像中的输电线位于图幅中上部时，将该实时图像作为初始图像进行存储；

S03：无人机在导航系统的作用下沿输电线架设方向以速度v匀速移动，并且无人机与输电线之间水平方向的距离保持恒定；

S04：无人机按照设定的间隔时长t1悬停，悬停后，视觉相机采集相应位置的输电线实时图像，同时传输给控制装置，控制装置能够计算出实时图像与初始图像的所对应的输电线高度差，控制装置将新获得的高度差与前一个高度差的大小进行比较，且做对比的两个高度差对应的无人机高度相同，当控制装置判断后一个高度差小于或等于前一个高度差时，控制装置判断此处为输电线弧垂处；

S05：当控制装置在实时图像中没有发现输电线时，控制装置不再计算实时图像与初始图像的高度差，同时无人机垂直下降，在下降过程中，视觉相机以间隔时长t0进行拍摄，直到控制装置判断实时图像与初始图像相同；

S06：循环S03、S04和S05，直到控制装置判断出弧垂处，无人机在此处悬停；

S07：控制装置测距装置测量输电线弧垂处的净空值H2，包括以下步骤：

a、无人机以弧垂处为起点水平向前移动，无人机每次移动设定距离L后悬停，1/3v*t1＜L＜1/2v*t1，悬停后，测距装置检测并传输对应位置的净空值，无人机向前移动悬停的次数为n，2＜n＜6，

b、无人机返回弧垂处，

c、无人机以弧垂处为起点水平向后移动，无人机每次移动设定距离L后悬停，悬停后，测距装置检测并传输对应位置的净空值，无人机向后移动悬停的次数与向前的次数相同，均为n，

d、移动结束后，控制装置计算弧垂处净空值H2，H2为2n个净空值的平均值。通过此步骤能够降低因视觉相机间隔拍照而遗漏掉真正的弧垂处而产生的误差，进一步提高准确性。

其中，S04中，间隔时长t1由无人机飞行速度v和输电线理论弧垂大小决定；能够避免间隔时长t1过大，导致视觉相机采集图像时间隔距离太长，使得无人机已经飞过弧垂处但视觉相机未采集到该处或者附近处的输电线高度的图像，保证输电线高度信息采集的密集度和有效性，避免数据信息太粗犷，使得控制装置在判断时不够精准。

通过本测量方法，能够测量初始端的净空值、寻找弧垂处以及准确测量弧垂处净空值，为工作人员判断山火对输电线的影响提供了准确依据。

本测量方法判定输电线弧垂处的原理为：

带有弧垂的输电线近似为开口向上的一个二次曲线，并且弧垂处输电线高度最低，从初始端到弧垂处，输电线高度逐渐降低，沿架设方向，输电线上对应各处与初始端的差值越来越大；当过了弧垂处时，输电线高度逐渐升高，沿架设方向，输电线上对应各处与初始端的高度差值越来越小；当高度差开始由大变小时，即可判定此处为弧垂处或者其附近。

如图2至图7所示，本具体实施方式还提供了一种输电线净空值测量装置，用于上述的输电线净空值测量方法，包括上述无人机17，无人机17云台下部通过连杆连接有载物台3，载物台3下表面设置有收纳槽15，收纳槽15两端均设置有销轴14，销轴14上可转动地对应连接有相机连接杆8和测距装置连接杆10，相机连接杆8和测距装置连接杆10连接有折叠组件，折叠组件与控制装置电连接，折叠组件能够将相机连接杆8和测距装置连接杆10收纳至收纳槽15内；折叠组件包括驱动气缸1，驱动气缸1朝下设置在载物台3上，驱动气缸1的活塞杆伸入到收纳槽15内，驱动气缸1的活塞杆连接有驱动杆7，驱动杆7上设置有开口槽，开口槽沿驱动杆7的长度方向设置，开口槽的两个槽壁上均设置有限位槽13，相机连接杆8和测距装置连接杆10中部的两侧均设置有限位销12，限位销12能够在限位槽13内移动，当驱动杆7上下移动时，能够带动相机连接杆8和测距装置连接杆10转动，当驱动杆7完全位于收纳槽15内部时，相机连接杆8和测距装置连接杆10也位于收纳槽15内部；收纳槽15的一侧的槽壁开口处可移动地设置有防护门11，防护门11连接有移动驱动组件，移动驱动组件与控制装置电连接，防护门11上设置有密封胶条；移动驱动组件包括驱动电机2，驱动电机2设置在载物台3上，驱动电机2上设置有驱动齿轮5，驱动齿轮5位于载物台3一端的齿条槽4内，驱动齿轮5与齿条啮合，齿条设置在防护门11的一端且能够随防护门在齿条槽4内移动，防护门的另一端设置滑槽，滑槽与设置在收纳槽15对应位置的滑轨16配合。

从以上具体实施方式中可以看出本发明具有以下有益效果：

1、通过无人机17的控制装置、视觉相机6和测距装置9的配合，能够测量输电线初始端净空值、准确寻找输电线弧垂处以及对弧垂处进行净空值测量，为工作人员判断山火对输电线的影响提供全年和准确的依据；

2、通过控制装置采用数字图像技术计算实时图像与初始图像中输电线高度差，并将相邻像个高度差进行对比，能够提高判断弧垂处位置的准确性；

3、通过测量弧垂处前后多个位置的净空值和计算其平均值，提高了弧垂处净空值的测量精度；

4、通过设置折叠组件、收纳槽15和防护门，对视觉相机6和测距装置9提实现较好的保护，防止磕碰和受潮。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等（如果存在）是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种输电线净空值测量方法，其特征在于：

采用无人机（17）进行测量，所述无人机（17）包括视觉相机（6）、测距装置（9）、导航装置和控制装置，所述控制装置包括图像处理模块，所述无人机（17）下部设置有载物台（3），所述载物台（3）下表面设置有收纳槽（15），所述收纳槽（15）内可转动连接有相机连接杆（8）和测距装置连接杆（10），所述相机连接杆（8）和所述测距装置连接杆（10）连接有折叠组件，所述折叠组件与所述控制装置电连接，所述折叠组件能够将所述相机连接杆（8）和所述测距装置连接杆（10）收纳至所述收纳槽（15）内，所述折叠组件包括驱动气缸（1），所述驱动气缸（1）朝下设置在所述载物台（3）上，所述驱动气缸（1）的活塞杆伸入到所述收纳槽（15）内，所述驱动气缸（1）的活塞杆连接有驱动杆（7），所述驱动杆（7）上设置有开口槽，所述开口槽沿所述驱动杆（7）的长度方向设置，所述开口槽的两个槽壁上均设置有限位槽（13），所述相机连接杆（8）和所述测距装置连接杆（10）的两侧均设置有限位销（12），所述限位销（12）能够在所述限位槽（13）内移动；

所述输电线净空值测量方法包括以下步骤：

S01：所述无人机测量输电线初始端净空值H1并传输给所述控制装置存储；

S02：所述无人机上升至初始端上方再垂直下降，在下降过程中，所述视觉相机以间隔时长t0进行拍摄并传输给所述控制装置，直到所述控制装置判断实时图像中的输电线位于设定位置时，将该实时图像作为初始图像进行存储；

S03：所述无人机沿输电线架设方向以速度v移动；

S04：所述无人机按照设定的间隔时长t1悬停，悬停后，所述视觉相机采集相应位置的输电线实时图像，同时传输给所述控制装置，所述控制装置根据实时图像判断其对应的输电线是否为弧垂处，所述控制装置能够计算出实时图像与初始图像所对应的输电线高度差，所述控制装置将新获得的高度差与前一个高度差的大小进行比较，且做对比的两个高度差对应的所述无人机高度相同，当后一个高度差小于或等于前一个高度差时，所述控制装置判断此处为输电线弧垂处；

S05：当所述控制装置在实时图像中没有发现输电线时，所述无人机垂直下降，在下降过程中，所述视觉相机以间隔时长t0进行拍摄并传输给所述控制装置，直到所述控制装置判断实时图像与初始图像相同；

S06：循环S03、S04和S05，直到所述控制装置判定出实时图像对应的输电线为弧垂处时，所述无人机悬停；

S07：所述测距装置测量输电线弧垂处的净空值H2，所述无人机以弧垂处为起点分别水平向前和向后移动，所述无人机每次移动设定距离L后悬停，1/3v*t1＜L＜1/2v*t1，所述无人机向前移动悬停和向后移动悬停的次数均为n，2＜n＜6，每次悬停后，所述测距装置检测并传输对应位置的净空值，移动结束后，所述控制装置计算弧垂处净空值H2，H2为2n个净空值h的平均值。

2.如权利要求1所述的输电线净空值测量方法，其特征在于，所述S02中，所述初始图像中的输电线位于图幅中上部。

3.如权利要求2所述的输电线净空值测量方法，其特征在于，所述S03中，所述无人机与输电线之间水平方向的距离保持恒定。

4.如权利要求3所述的输电线净空值测量方法，其特征在于，所述S04中，所述间隔时长t1由所述无人机飞行速度v和输电线理论弧垂大小决定。

5.如权利要求1所述的输电线净空值测量方法，其特征在于，所述收纳槽内可移动地设置有防护门（11），所述防护门（11）连接有移动驱动组件，所述移动驱动组件与所述控制装置电连接，所述防护门（11）上设置有密封胶条。

6.如权利要求5所述的输电线净空值测量方法，其特征在于，所述移动驱动组件包括驱动电机（2），所述驱动电机（2）设置在所述载物台（3）上，所述驱动电机（2）上设置有驱动齿轮（5），所述驱动齿轮（5）与齿条啮合，所述齿条设置在所述防护门（11）的一端，所述防护门（11）的另一端设置滑槽，所述滑槽与设置在所述收纳槽（15）对应位置的滑轨（16）配合。

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