CN205176297U - 用于输电线防护的三维成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于输电线防护的三维成像装置，包括：外壳、激光测距模块、摄像头、步进电机，所述步进电机驱动激光测距模块和摄像头朝设定的方向转动，其中，所述激光测距模块所获得的距离信息与摄像头所拍摄的照片合成后能够得到标识物体到输电线距离的三维图像。本实用新型利用激光测距、超声波测距两种方式的组合，能够迅速测得输电线周围物体与输电线的距离，并且通过与摄像头所拍摄的照片的合成实现输电线路周围物体的快速三维成像，从而能够对输电线路进行全面的监测。

Description

用于输电线防护的三维成像装置

技术领域

本实用新型涉及输电线路安全监测领域，具体地，涉及用于输电线防护的三维成像装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展和城市规模的不断扩大，输电线路越来越密集，运行环境日趋复杂；众多输电线路横跨公路、铁路、桥梁、河流、湖泊以及穿越高山、建筑群等，输电线路的安全越来越受到各种违章施工、违章建筑、违章树木、漂浮物以及鸟害等的严重威胁。

全国各地输电线路受外力破坏事故时有发生，如：施工工地现场正处在输电线路下方或附近，施工器具(主要是吊车、挖掘机、混凝土搅拌车等高大施工机械)在操作过程中，其高挑突出部分有时会进入输电线路的安全限距内致使线路对其放电，甚至碰挂到输电线路导致跳闸、停电事故。又如输电线路在跨越公路时，由于车辆超高，输电线路缺乏警示标志，导致输电线路受到破坏；还有一些输电线路在跨越江河时，一些大型轮船，挖沙船等设备在涨潮时又未载货物的情况下从输电线路下方通过，其超高部分造成输电线路的破坏等。还有一些线路跨越建筑或林区，树木的生长和风力的作用导致线路对树木的绝缘距离不够而发生放电。

根据调研，目前已有一些输电线路防外力破坏装置在电力系统中进行了试用，依据其安装位置分为两种：一种是固定于铁塔上，以激光测距或者微波测距为基本原理，采用太阳能电池板和蓄电池供电；另一种安装于高压导线上，以超声波测距为基础，采用感应取电方式直接从导线中获得供电电源。220kV输电线路的档距一般超过200米，同塔双回线路的两回导线之间的宽度大于15米，而导线最低点的离地距离可能小于10米；对于安装于铁塔上的防外力破坏装置，其测距传感器也安装于铁塔上，其要测量距离200米处0.5米的高度差，要求其垂直扫描角度精确达到0.2度。微波测距天线的波束难以做到0.5度以内，而且体积巨大；杆塔的摇摆和振动会影响激光扫描系统的工作，使其也难以保证0.2度的垂直扫描精度；并且，小规模激光测距系统(价值低于10万)受气候影响很大，在雾霾和阴天等天气情况下，其能保证的测距距离不大于100米。同时，由于杆塔之间的档距很大，线路最低点对地距离相对很小，杆塔周边的树木等对这类装置的测量形成干扰，很容易导致误报警。直接安装于输电导线上的防外力破坏球体装置一般采用超声波测距技术，受限于超声波测距距离的限制，其能够保护的导线区域很有限。

传统的输电线路监控装置如视频监控设备等只能安装在输电线路铁塔上，体积庞大，安装复杂；其采用太阳能和蓄电池的供电方式。由于太阳能板的安装角度不理想、现场污秽、连续阴雨天以及蓄电池的寿命等导致这种设备的可靠性差，大大缩短了设备的使用寿命。同时，该类设备没有测量功能，无法对靠近输电导线的物体进行定位，从而很难进行有效的识别和准确报警，无法有效保护输电线路。

综上所述，输电线路安全防护装置以激光三维测距为和感应取电为基础，直接安装于需要保护的导线上，通过激光快速三维扫描测距，实现以安装点为球心的半球体区域覆盖；根据半球内每一点的位置设置不同的报警距离值，实现对导线下方长方形区域的保护预警。其工作不受杆塔倾斜、振动、摇摆和杆塔附近树木等的影响。装置通过感应方式获取工作电源，使其也不受连续阴天的影响。相比于安装在杆塔的采用大面积太阳能电池板等的系统，本装置体积小巧，现场安装简单，可长期可靠运行。

因此本实用新型提出一种利用激光测距、超声波测距两种方式的组合，能够迅速测得输电线周围物体与输电线的距离，并且通过与摄像头所拍摄的照片的合成实现输电线路周围物体的快速三维成像，从而能够对输电线路进行全面的监测。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于输电线防护的三维成像装置。

根据本实用新型提供的用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，包括：外壳、激光测距模块、摄像头、步进电机，所述步进电机驱动激光测距模块和摄像头朝设定的方向转动，其中，所述激光测距模块所获得的距离信息与摄像头所拍摄的照片合成后能够得到标识物体到输电线距离的三维图像。

优选地，所述激光测距模块包括：激光接收装置、激光发射装置；步进电机驱动所述摄像头、激光接收装置、激光发射装置在垂直向下的0～90度范围内偏转。

优选地，还包括超声波测距模块，所述超声波测距模块中的超声波传感器能够测量输电线下方与地面垂直的圆锥交度内物体到输电线的距离。

优选地，所述激光测距模块的激光扫描区域为一个近似的半球体。

优选地，所述超声波测距模块发射的超声波能够覆盖输电线下方以垂直向下方向为中心的60度锥角范围，且所述超声波传感器的探测距离大于10米。

优选地，还包括透明罩，所述透明罩与外壳相匹配包裹住激光测距模块、摄像头、步进电机。

优选地，所述超声波测距模块与激光测距模块相配合，即超声波测距模块发射的超声波所覆盖的输电线下方以垂直向下方向为中心的60度锥角范围无需进行激光测距或者激光扫描。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型利用激光测距模块测得输电线周围物体与输电线的距离，并且通过与摄像头所拍摄的照片的合成实现输电线路周围物体的快速三维成像，从而能够对输电线路进行全面的监测。

2、本实用新型中的超声波测距模块和激光测距模块配合使用，其中超声波测距模块用于导线下方与地面垂直的一定圆锥交度内的测距，以减小激光扫描的角度范围和减少激光扫描的圈数，加快装置对威胁高压导线绝缘安全的异物入侵的响应速度，从而快速定位入侵物体。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为应用本实用新型提供的用于输电线防护的三维成像装置的完整装置的立体视图；

图2为应用本实用新型提供的用于输电线防护的三维成像装置的完整装置的正视图；

图3为图2的局部纵剖视图；

图4为应用本实用新型提供的用于输电线防护的三维成像装置的完整装置的仰视图；

图5为本实用新型中的超声波测距和激光测距覆盖范围示意图。

图中：

1-三维成像装置；

2-透明罩；

3-摄像头；

4-激光接收装置；

5-激光发射装置；

6-超声波测距模块；

7-步进电机；

8-外壳；

9-轴承；

10-转轴；

11-激光测距模块与摄像头安装盒；

12-卡紧装置；

13-无线传电装置；

14-输电导线；

15-超声波测距覆盖区域；

16-地面；

17-激光测距模块扫面覆盖区域。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

根据本实用新型提供的用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，包括：外壳8、激光测距模块、摄像头3、步进电机7，所述步进电机7驱动激光测距模块和摄像头3朝设定的方向转动，其中，所述激光测距模块所获得的距离信息与摄像头3所拍摄的照片合成后能够得到标识物体到输电线距离的三维图像。

具体地，激光三维成像技术的基本原理是利用带扫描功能的激光测距单元获得探测场景中物体表面各处到激光器的距离L、激光器的水平角度α和垂直角度β，根据这些离散的L、α和β复原物体的三维图像。利用激光三维成像，可以实现对输电导线下方目标物体(如地面、树木、车辆、建筑物等)的远距离非接触的测量。本实用新型中的装置上有一个与激光器平行安装的摄像头，其在激光扫描测距的同时对探测场景拍照，远程系统软件将摄像头拍摄的照片与激光三维图像进行计算和合成，可以得到输电导线下方目标物体的照片及其物体表面各处到导线之间的距离，据此可对输电线路周边的树木、车辆、建筑物等可能危及输电导线绝缘安全的目标进行监控，及时预警。

具体地，如图1、图2、图3所示为应用本实用新型提供的三维成像装置的输电线防设备，三维成像装置1设置在无线传电装置13的下方，所述无线传电装置13上部通过卡紧装置12固定在传输线上。其中所述卡紧装置12内还包含有电磁感应取电装置，用于提取传输线的电能并通过无线传电装置13传输给三维成像装置1，以此作为三维成像装置1的工作电源。

更进一步地，激光测距模块、摄像头3均安装在所述激光测距模块与摄像头安装盒内，所述激光测距模块与摄像头安装盒的一端与步进电机7的驱动轴相连，所述激光测距模块与摄像头安装盒的另一端通过轴承9、转轴10与外壳8相连。

所述激光测距模块包括：激光接收装置4、激光发射装置5；步进电机7驱动所述摄像头3、激光接收装置4、激光发射装置5在垂直向下的0～90度范围内偏转。

具体地，步进电机驱动所述摄像头、激光发射装置以及激光接收装置在垂直方向0～90度的范围内偏转。如图2所示，在应用本实用新型提供的三维成像装置的输电线防设备中底部组件外壳会随着中部组件匀速旋转(即所述摄像头、激光发射装置以及激光接收装置也随着所述中部组件匀速旋转)，则所述激光测距模块能够在水平方向实现360度的匀速旋转，并在垂直方向实现0～90度的偏转，从而实现半球区域内的激光扫描测距和成像。

所述用于输电线防护的三维成像装置还包括超声波测距模块6，所述超声波测距模块6中的超声波传感器能够测量输电线下方与地面垂直的圆锥交度内物体到输电线的距离。

所述激光测距模块的激光扫描区域为一个近似的半球体。

所述超声波测距模块6发射的超声波能够覆盖输电线下方以垂直向下方向为中心的60度角范围，且所述超声波传感器的探测距离大于10米。

所述用于输电线防护的三维成像装置还包括透明罩2，所述透明罩2与外壳8相匹配包裹住激光测距模块、摄像头3、步进电机7。所述透明罩能够有效隔绝雨水和灰尘，对其内的装置进行保护，延长设备的使用寿命。

所述超声波测距模块与激光测距模块相配合，即超声波测距模块发射的超声波所覆盖的输电线下方以垂直向下方向为中心的60度角范围无需进行激光测距或者激光扫描。由于激光发射装置和激光接收装置在用于测距或者扫描时，只能是直线点域的扫描，因此虽然激光能够覆盖输电线以下的所有范围，但是由于完成整圈扫描需要一定的周期，因此对于输电下下突然闯入的物体其响应的速度不够快。而超声波测距模块6并不随步进电机7转动，而是实时地覆盖输电线下方以垂直向下方向为中心的60度锥角所包含的区域。从而增加的超声波测距模块能够有效地改善防护设备对突然闯入物体的响应速度。

具体地，从图4、图5可看出，对输电导线(跨度200米以上，对地高度10米左右)下方进行全方位的绝缘安全防护，激光三维成像装置需要实现导线下方全部区域的扫描，其扫描区域类似一个半球体；完整扫描整个半球体需要较长的时间，为减小激光扫描的角度范围和减少激光扫描的圈数，加快装置对威胁高压导线绝缘安全的异物入侵的响应速度，本发明装置设计了垂直向下安装的超声波测距模块，超声波传感器的角度约为±30度，其可探测距离大于10米，因此导线正下方±30度圆锥形区域不必进行激光扫描，从而将激光扫描的角度由180度减小到120度，可减少激光扫描的圈数，节约扫描时间约三分之一，提高其对异物入侵的响应速度。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (7)

1.一种用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，包括：外壳(8)、激光测距模块、摄像头(3)、步进电机(7)，所述步进电机(7)驱动激光测距模块和摄像头(3)朝设定的方向转动，其中，所述激光测距模块所获得的距离信息与摄像头(3)所拍摄的照片合成后能够得到标识物体到输电线距离的三维图像。

2.根据权利要求1所述的用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，所述激光测距模块包括：激光接收装置(4)、激光发射装置(5)；步进电机(7)驱动所述摄像头(3)、激光接收装置(4)、激光发射装置(5)在垂直向下的0～90度范围内偏转。

3.根据权利要求2所述的用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，还包括超声波测距模块(6)，所述超声波测距模块(6)中的超声波传感器能够测量输电线下方与地面垂直的圆锥交度内物体到输电线的距离。

4.根据权利要求2所述的用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，所述激光测距模块的激光扫描区域为一个半球体。

5.根据权利要求3所述的用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，所述超声波测距模块(6)发射的超声波能够覆盖输电线下方以垂直向下方向为中心的60度锥角范围，且所述超声波传感器的探测距离大于10米。

6.根据权利要求1所述的用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，还包括透明罩(2)，所述透明罩(2)与外壳(8)相匹配包裹住激光测距模块、摄像头(3)、步进电机(7)。

7.根据权利要求3所述的用于输电线防护的三维成像装置，其特征在于，所述超声波测距模块(6)与激光测距模块相配合，即超声波测距模块(6)发射的超声波所覆盖的输电线下方以垂直向下方向为中心的60度锥角范围无需进行激光测距或者激光扫描。