CN201726066U - 电力线巡检直升机机载系统的硬件结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力线巡检直升机机载系统的硬件结构，包括设有可见光相机、紫外成像仪和红外热像仪的吊舱系统、全景观测仪、操作平台系统、机载通讯系统、机载电源模块、机载计算机系统和信号中转分配系统，这些装置分别通过各自的信号线与信号中转分配系统连接，由信号中转分配系统管理和控制其它各个系统的信号走向和连接关系，机载电源模块为整个系统提供供电电源，本实用新型加载配用软件后，可以增强电力线巡检的智能化、自动化，高效而安全。

Description

电力线巡检直升机机载系统的硬件结构

技术领域

本实用新型涉及电力线巡检的技术领域，特别是一种电力线巡检直升机机载巡检系统的硬件结构。

背景技术

电力巡检多采用人工巡检手工记录的方式，工作量巨大，效率低下，巡检到位率低，常有漏检、错检现象，采用纸笔记录故障缺陷，主观因素多，缺陷记录描述不一，无法快速分类整理。电力企业为了降低运营成本、提高经营效益，加强信息化建设，采用现代化的巡检管理系统势在必行。

随着我国经济高速全面发展，对能源的需要越来越大，超高压大容量电力线路大幅扩建。线路走廊需要穿越各种复杂的地理和气象环境，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭以及大雪天气等，这些都给电力线路的检测带来很多困难。特别是对于电力线路穿越原始森林边缘地区、飞播林区和高海拔、冰雪覆盖区，以及沿线存在频繁的滑坡、泥石流等地质灾害，大部分地区山高坡陡，交通、通讯极不发达时，如何解决电力线路的日常检测成为困扰电力行业的一个重大难题。与此同时，社会和经济的发展对能源安全提出了越来越高的要求，突发性的大规模输电故障将会导致巨大的经济损失，影响经济的平稳运行和社会稳定。这就要求电力线路检测更加准确及时，为能源安全提供有力保障。

目前，我国电力线路的巡检工作主要由人工完成，而人工巡检存在安全，效率低，准确性差等问题。目前的高压电力线路已达到几百千伏以上，传统的人工巡检采用攀爬电力线铁塔的方式，有着极大的安全隐患。大量电力线路穿越无人区，人工巡检从地理上受到严重的限制，人体活动的范围受到体能的约束，检测的距离有限。人工对电力线路进行观测，用经验判断线路是否出现故障，也容易造成失误，准确性不高。国外使用直升机代替人工进行电力线路的日常巡检工作已经比较流行，国内也开始探索，从国内外的使用经验反馈来看，完全人工驾驶直升机进行电力线路检测有适应性差，安全性低等缺点，电力线路架空高度较低，使用直升机进行巡检须低空沿线飞行，空中情况复杂，飞行员需要随时与线路保持视线接触，同时进行正常的飞行操作，大大加大了操作难度，在一般的飞行员手册中都有“避免贴近高压电线飞行”的规定，巡线飞行反其道而行之，与高压线保持近距离平行飞行，飞行速度较快，危险性大为增加，在国外已经多次发生巡检直升机坠毁事故。

随着机器人技术的发展，采用机器人进行电力线路的巡检逐渐引起关注。目前，国内电力线检测机器人的研究集中在行走机器人方向。中国科学院自动化所张运楚、梁自泽和谭民等在《机器人》2004年第26卷第5期上发表的《架空电力线路巡线机器人综述》和赵晓光、梁自泽、谭明等在《华中科技大学学报》2004年第32卷增刊上发表的《高压电力线行走机器人仿真》两篇文章中详细阐述了行走机器人用于电力线检测的原理和目前的发展水平，采用行走机器人进行电力线路的检测采用沿架空地线自主行舫式，相比传统检测具有费用低，安全性商，可靠性高等优点，但还存在对地面仪器的依赖性高，不能很好的适应复杂的地理环境等不足，也还存在行进速度慢，检测效率低等问题。

为克服上述技术所存在的缺陷，中国专利号200410098960公开了一种电力线路巡检机器人飞机及其控制系统，其发明目的在于通过提供该飞机及其控制系统，解决传统检测方式存在的费用高，安全性差，可靠性不高的问题，使之和行走机器人检测方式相比具有环境适应能力好，高度智能化，检测效率高等优点。

问题是该技术由于仅仅公开了基于单纯的可见光及红外温度检测数据传输的技术方案，而对具体机载巡检系统没有做详细的说明和公开，更没有关于高精度机载巡检系统的硬件结构的描述，无法满足当今社会技术进步的需要。

电力线路直升机自动巡检是一种巡检环境高度复杂，需要采用计算机、光机电、卫星通讯、图像识别、大容量数据通信及导航技术的高难度高风险综合技术，完全采用机器人进行巡检很难按要求完成巡检任务。

实用新型内容

本实用新型的任务是为了克服上述缺陷，提供一种集成度高的电力线巡检直升机机载系统的硬件结构。

本实用新型的技术方案如下：

一种电力线巡检直升机机载系统的硬件结构，其特征是：该机载系统的硬件结构包括设有可见光相机、紫外成像仪和红外热像仪的吊舱系统、全景观测仪、操作平台系统、机载通讯系统、机载电源模块、机载计算机系统和信号中转分配系统，设有可见光相机、紫外成像仪和红外热像仪的吊舱系统、全景观测仪、操作平台系统、机载通讯系统、机载计算机系统分别通过各自的信号线与信号中转分配系统连接，由信号中转分配系统管理和控制其它各个系统的信号走向和连接关系，机载电源模块为整个系统提供供电电源。

所述信号中转分配系统包括高清视频分配器、标清视频分配器、千兆网络交换机和硬件设备综合控制器，所述吊舱系统包括控制吊舱角度的陀螺稳定平台和吊舱的电子控制箱，所述操作平台系统包括手柄、按钮、状态指示灯、A显示屏、B显示屏、C显示屏、具备语音检测和切换的功能的操作平台控制板、轨迹球、键盘、直升机音频接口、耳麦接口和USB切换器，所述机载通讯系统包括飞机姿态检测仪、北斗机载型用户机、差分GPS、远距离射频识别器和数传电台，所述机载计算机系统包括设有视频采集卡的A服务器、设有视频采集卡的B服务器和用于导航的嵌入式计算机。 

所述全景观测仪的视频信号经过高清视频分配器后变成两路，一路到A服务器的视频采集卡，一路到B服务器的视频采集卡，可见光相机的视频信号先到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后进高清视频分配器变为两路，一路到A服务器的视频采集卡，一路到B服务器的视频采集卡，红外热像仪的网络信号先经过硬件综合控制器的处理，再输入到千兆网络交换机，通过千兆网络交换机分别与A服务器和B服务器通讯，紫外成像仪的视频信号先经过硬件综合控制器的处理，再输入到标清视频分配器，标清视频分配器把输入信号分为两路，一路输入到A服务器的视频采集卡，另一路输入到B服务器的视频采集卡，陀螺稳定平台的RS422信号经过串口转换器变为RS232信号直接输入到A服务器，手柄的控制信号先输入到操作平台控制板，然后再由操作平台控制板输入到A服务器，飞行姿态检测仪的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，北斗机载型用户机的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，差分GPS的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，远距离射频识别器的信号通过RS232接口直接输入到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，数传电台的音频信号直接输入到操作平台控制板，Ａ服务器的网络信号直接连接到千兆网络交换机上，Ａ服务器的USB接口直接连接到USB切换器上，USB切换器根据巡检员的切换命令将操作平台上的键盘和轨迹球分配给A服务器，A服务器的VGA信号通过操作平台控制板输入到A显示屏中，B服务器的网络信号直接连接到千兆网络交换机上，B服务器的USB信号直接连接到USB切换器上，USB切换器根据巡检员的切换命令将操作平台上的键盘和轨迹球分配给B服务器，B服务器的VGA信号通过操作平台控制板输入到B显示屏，嵌入式计算机的网络信号直接连到千兆网络交换机上，嵌入式计算机的USB接口直接连到USB切换器上，嵌入式计算机的VGA信号通过操作平台控制板输入到Ｃ显示屏。

所述A服务器连接有A固态磁盘阵列、B服务器连接有B固态磁盘阵列、嵌入式计算机连接有固态磁盘。

所述A固态磁盘阵列和B固态磁盘阵列均为支持热插拔的固态磁盘阵列。

本实用新型的优点是：利用信号中转分配系统将各个分离的子系统连接成为一个相互关联的、统一的、完整可靠经济和有效的整体，并使之能彼此协调工作，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理，有效地发挥整体效益，达到较高的整体性能，提高了系统的集成度，有利于直升机巡检的自动化和智能化。通过可见光相机、红外热像仪和紫外成像仪获取电力线和杆塔的图像信息并通过陀螺稳定平台调整吊舱的角度，自动追踪巡检目标，巡检比较到位。结合差分GPS、北斗卫星和飞行姿态检测仪进行导航，导航精度高，并且还可以通过北斗卫星与地面进行短信息的交流，安全性高。

附图说明

    下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明，

图1是本实用新型电力线巡检直升机机载系统的硬件结构原理示意简图；

图2是本实用新型电力线巡检直升机机载系统的硬件结构的原理示意图。

具体实施方式

一种电力线巡检直升机机载系统的硬件结构，如图1、2所示，包括设有可见光相机、紫外成像仪和红外热像仪的吊舱系统、全景观测仪、操作平台系统、机载通讯系统、机载电源模块、机载计算机系统和信号中转分配系统，设有可见光相机、紫外成像仪和红外热像仪的吊舱系统、全景观测仪、操作平台系统、机载通讯系统、机载计算机系统分别通过各自的信号线与信号中转分配系统连接，由信号中转分配系统管理和控制其它各个系统的信号走向和连接关系，机载电源模块为整个系统提供供电电源。

信号中转分配系统包括高清视频分配器、标清视频分配器、千兆网络交换机和硬件设备综合控制器，吊舱系统包括控制吊舱角度的陀螺稳定平台和吊舱的电子控制箱，操作平台系统包括手柄、按钮、状态指示灯、A显示屏、B显示屏、C显示屏、具备语音检测和切换的功能的操作平台控制板、轨迹球、键盘、直升机音频接口、耳麦接口和USB切换器，机载通讯系统包括飞机姿态检测仪、北斗机载型用户机、差分GPS、远距离射频识别器和数传电台，所述机载计算机系统包括设有视频采集卡的A服务器、设有视频采集卡的B服务器和用于导航的嵌入式计算机。

全景观测仪的视频信号经过高清视频分配器后变成两路，一路到A服务器的视频采集卡，一路到B服务器的视频采集卡，可见光相机的视频信号先到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后进高清视频分配器变为两路，一路到A服务器的视频采集卡，一路到B服务器的视频采集卡，红外热像仪的网络信号先经过硬件综合控制器的处理，再输入到千兆网络交换机，通过千兆网络交换机分别与A服务器和B服务器通讯，紫外成像仪的视频信号先经过硬件综合控制器的处理，再输入到标清视频分配器，标清视频分配器把输入信号分为两路，一路输入到A服务器的视频采集卡，另一路输入到B服务器的视频采集卡，陀螺稳定平台的RS422信号经过串口转换器变为RS232信号直接输入到A服务器，手柄的控制信号先输入到操作平台控制板，然后再由操作平台控制板输入到A服务器，飞行姿态检测仪的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，北斗机载型用户机的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，差分GPS的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，远距离射频识别器的信号通过RS232接口直接输入到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，数传电台的音频信号直接输入到操作平台控制板，Ａ服务器的网络信号直接连接到千兆网络交换机上，Ａ服务器的USB接口直接连接到USB切换器上，USB切换器根据巡检员的切换命令将操作平台上的键盘和轨迹球分配给A服务器，A服务器的VGA信号通过操作平台控制板输入到A显示屏中，B服务器的网络信号直接连接到千兆网络交换机上，B服务器的USB信号直接连接到USB切换器上，USB切换器根据巡检员的切换命令将操作平台上的键盘和轨迹球分配给B服务器，B服务器的VGA信号通过操作平台控制板输入到B显示屏，嵌入式计算机的网络信号直接连到千兆网络交换机上，嵌入式计算机的USB接口直接连到USB切换器上，嵌入式计算机的VGA信号通过操作平台控制板输入到Ｃ显示屏。

A服务器连接有A固态磁盘阵列、B服务器连接有B固态磁盘阵列、嵌入式计算机连接有固态磁盘。在这里采用固态磁盘可以减少因为直升机振动对磁盘造成的影响。A固态磁盘阵列和B固态磁盘阵列均为支持热插拔的固态磁盘阵列，可以直接插拔，方便数据的交换。

利用信号中转分配系统将各个分离的子系统连接成为一个相互关联的、统一的、完整可靠经济和有效的整体，并使之能彼此协调工作，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理，有效地发挥整体效益，达到较高的整体性能，提高了系统的集成度，有利于直升机巡检的自动化和智能化。

在信号中转分配系统中采用了高清视频分配器和标清视频分配器，分别把高清全景观测仪、可见光相机和紫外成像仪的信号分配到机载计算机系统的B服务器和A服务器的视频采集卡中，使B服务器和A服务器可以都可以接收到所需的高清全景观测仪、可见光相机和紫外成像仪的信号。其中A服务器和B服务器的视频采集卡都包括有用于接收紫外成像仪输出的信号的紫外视频采集卡、用于接收全景观测仪输出的信号的全景观测仪视频采集卡和用于接收可见光相机输出的信号的可见光采集卡。

千兆网络交换机把机载计算机系统的A服务器、B服务器和用于导航的嵌入式计算机通过网络的形式连接起来，使它们可以通过网络实现相互之间的的通讯，千兆网络交换机还与硬件设备综合控制器连接，硬件设备综合控制器又把相关的硬件连接在一起，把各个分离的硬件设备综合到一起，因此加强了各个硬件设备之间的相互联系以及相互可操作性，有利于各个硬件设备之间的统一管理，可以提高系统的集成度。

用USB切换器把一套轨迹球和键盘按实际需要切换到A服务器、B服务器和嵌入式计算机上，只需一套轨迹球和键盘就可以对A服务器、B服务器和嵌入式计算机三者进行相关的操作，提高了硬件的利用率，节省了为每个服务器和嵌入式计算机配置独立的键盘和轨迹球的费用，同时也使操作变得更加灵活和方便。

A服务器、B服务器和嵌入式计算机的VGA视频输出分别被分配到A显示屏、B显示屏和C显示屏上，A显示屏作为主窗口显示屏，B显示屏作为全景观测显示屏，C显示屏作为巡检员显示屏。使用该实用新型的方案后，操作平台的硬件得到一定程度的简化，从而使操作平台的结构变得更为简单，有利于操作。

飞行姿态检测仪、北斗机载型用户机、差分GPS以及远距离射频识别器分别经过硬件设备综合控制器后输入到机载计算机系统的A服务器、B服务器和嵌入式计算机中，使得A服务器、B服务器和嵌入式计算机可以共享飞行姿态检测仪、北斗机载型用户机、差分GPS以及远距离射频识别器提供的信息资源。

本实用新型使用时加载配用相应的软件，有利于电力线巡检的智能化、自动化，高效而安全。

以上是结合了特定实施例介绍本实用新型，但本实用新型并非要限制在所展示的细节上，另外在权利要求书的等效范围内，不背离本实用新型的精神实质的情况下，可以在细节上做出种种改进。

Claims (5)

1.一种电力线巡检直升机机载系统的硬件结构，其特征是：该机载系统的硬件结构包括设有可见光相机、紫外成像仪和红外热像仪的吊舱系统、全景观测仪、操作平台系统、机载通讯系统、机载电源模块、机载计算机系统和信号中转分配系统，设有可见光相机、紫外成像仪和红外热像仪的吊舱系统、全景观测仪、操作平台系统、机载通讯系统、机载计算机系统分别通过各自的信号线与信号中转分配系统连接，由信号中转分配系统管理和控制其它各个系统的信号走向和连接关系，机载电源模块为整个系统提供供电电源。

2.根据权利要求1所述的电力线巡检直升机机载系统的硬件结构，其特征是：所述信号中转分配系统包括高清视频分配器、标清视频分配器、千兆网络交换机和硬件设备综合控制器，所述吊舱系统包括控制吊舱角度的陀螺稳定平台和吊舱的电子控制箱，所述操作平台系统包括手柄、按钮、状态指示灯、A显示屏、B显示屏、C显示屏、具备语音检测和切换的功能的操作平台控制板、轨迹球、键盘、直升机音频接口、耳麦接口和USB切换器，所述机载通讯系统包括飞机姿态检测仪、北斗机载型用户机、差分GPS、远距离射频识别器和数传电台，所述机载计算机系统包括设有视频采集卡的A服务器、设有视频采集卡的B服务器和用于导航的嵌入式计算机。

3.根据权利要求2所述的电力线巡检直升机机载系统的硬件结构，其特征是：所述全景观测仪的视频信号经过高清视频分配器后变成两路，一路到A服务器的视频采集卡，一路到B服务器的视频采集卡，

可见光相机的视频信号先到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后进高清视频分配器变为两路，一路到A服务器的视频采集卡，一路到B服务器的视频采集卡，

红外热像仪的网络信号先经过硬件综合控制器的处理，再输入到千兆网络交换机，通过千兆网络交换机分别与A服务器和B服务器通讯，

紫外成像仪的视频信号先经过硬件综合控制器的处理，再输入到标清视频分配器，标清视频分配器把输入信号分为两路，一路输入到A服务器的视频采集卡，另一路输入到B服务器的视频采集卡，

陀螺稳定平台的RS422信号经过串口转换器变为RS232信号直接输入到A服务器，

手柄的控制信号先输入到操作平台控制板，然后再由操作平台控制板输入到A服务器，

飞行姿态检测仪的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，

北斗机载型用户机的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，

差分GPS的信号通过RS232接口直接连到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，

远距离射频识别器的信号通过RS232接口直接输入到硬件综合控制器，经过硬件综合控制器的处理后分为三路RS232信号，一路输入到A服务器，一路输入到B服务器，一路输入到嵌入式计算机，

数传电台的音频信号直接输入到操作平台控制板，

Ａ服务器的网络信号直接连接到千兆网络交换机上，Ａ服务器的USB接口直接连接到USB切换器上，USB切换器根据巡检员的切换命令将操作平台上的键盘和轨迹球分配给A服务器，A服务器的VGA信号通过操作平台控制板输入到A显示屏中，

B服务器的网络信号直接连接到千兆网络交换机上，B服务器的USB信号直接连接到USB切换器上，USB切换器根据巡检员的切换命令将操作平台上的键盘和轨迹球分配给B服务器，B服务器的VGA信号通过操作平台控制板输入到B显示屏，

嵌入式计算机的网络信号直接连到千兆网络交换机上，嵌入式计算机的USB接口直接连到USB切换器上，嵌入式计算机的VGA信号通过操作平台控制板输入到Ｃ显示屏。

4.根据权利要求1-3所述的任意一种电力线巡检直升机机载系统的硬件结构，其特征是：所述A服务器连接有A固态磁盘阵列、B服务器连接有B固态磁盘阵列、嵌入式计算机连接有固态磁盘。

5.根据权利要求4所述的电力线巡检直升机机载系统的硬件结构，其特征是：所述A固态磁盘阵列和B固态磁盘阵列均为支持热插拔的固态磁盘阵列。

Images