CN206021492U - 基于无人机的输电线路山火监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于无人机的输电线路山火监测装置，包括：设于无人机上的多谱段相机系统、相机转动稳定机构、相机扫描机构及地面配套显控系统，所述相机转动稳定机构及相机扫描机构均连接于多谱段相机系统，所述多谱段相机系统、相机转动稳定机构、相机扫描机构均通过无线网络连接于地面配套显控系统，所述多谱段相机系统包括多谱段相机组件及连接于所述多谱段相机组件的POS信息单元。本实用新型基于无人机的输电线路山火监测装置提高了载荷对山火监测的能力，确保了输电线路的安全性，提高了输电线路山火灾害监测的准确度及有效性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力监测技术领域，具体涉及一种基于无人机的输电线路山火监测装置。
背景技术
在某些地区例如我国云南由于人文及气候的特点，每年的2、3月份春季耕种时期，会出现很多烧荒的现象，形成山火发生的高峰期，对输电线路的安全可靠运行造成极大的影响，因此，需要定期或实时对输电线路山火进行应急特巡及日常巡检。
随着无人机/直升机在电力巡检领域的应用得到了越来越多的认可，其在输电线路灾情应急方面的应用优势越来越突出，利用无人机搭载多光谱载荷设备进行输电线路山火应急特巡成为一种火灾监测的有效手段。目前，现有的输电线路山火监测装置多采用在线监测装置和无人机搭载红外相机进行监测，然而，上述输电线路山火监测装置存在以下缺陷：
(1)现有输电线路山火监测装置中单波段红外相机虽然能够监测火灾，但是对火灾的烟、明火和暗火等特点没有办法区分，无法充分体现山火的烟、冲冠火、地下火，无法有效判断及监测山火发展趋势；
(2)现有输电线路山火监测装置中红外相机存储的原始图像和POS信息无法通过地面显控单元选择性实时输出，降低了数据的丰富性与数据处理效率。
实用新型内容
技术问题
有鉴于此，本实用新型实施例提供基于无人机的输电线路山火监测装置，解决的技术问题为现有输电线路山火监测装置无法有效判断及监测山火发展趋势及数据的丰富性与数据处理效率较低。
本实用新型提供一种基于无人机的输电线路山火监测装置，包括：设于无人机上的多谱段相机系统、相机转动稳定机构、相机扫描机构及地面配套显控系统，所述相机转动稳定机构及相机扫描机构均连接于多谱段相机系统，所述多谱段相机系统、相机转动稳定机构、相机扫描机构均通过无线网络连接于地面配套显控系统，所述多谱段相机系统包括多谱段相机组件及连接于所述多谱段相机组件的POS信息单元。
优选地，所述多谱段相机组件包括可见光相机、短波红外相机、中波红外相机及长波红外相机。
优选地，所述可见光相机的工作波段为0.4～0.8μm，所述短波红外相机的工作波段为0.9～1.7μm，所述中波红外相机的工作波段为3～5μm，所述长波红外相机的工作波段为8～14μm。
优选地，所述POS信息单元中信息参数包括:相机拍摄的时间、经度、纬度、海拔高度、航迹角、俯仰角、侧滚角。
优选地，所述相机转动稳定机构包括：依次连接的信号输入单元、校正网络单元、功率放大单元、电机组件及连接于所述电机组件的相机固定框架，所述相机固定框架上还接有用于采集多谱段相机组件运动速率的速率陀螺单元，所述速率陀螺单元还连接于信号输入单元，用于将采集到的多谱段相机组件运动速率进行反馈。
优选地，所述相机转动稳定机构还包括连接于相机固定框架及信号输入单元之间的旋转变压器。
优选地，所述地面配套显控系统通过100/10M以太网连接于多谱段相机系统、相机转动稳定机构及相机扫描机构。
采用上述技术方案，本实用新型至少可取得下述技术效果：
本实用新型基于无人机的输电线路山火监测装置提高了载荷对山火监测的能力，确保了输电线路的安全性，提高了输电线路山火灾害监测的准确度及有效性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例所述的基于无人机的输电线路山火监测装置的结构示意图；
图2是图1中相机转动稳定机构的结构示意图；
图3是图1中相机转动稳定机构的工作原理示意图。
贯穿附图，应该注意的是，相似的标号用于描绘相同或相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
提供以下参照附图的描述来帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本公开的各种实施例。以下描述包括帮助理解的各种具体细节，但是这些细节将被视为仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可对本文所述的各种实施例进行各种改变和修改。另外，为了清晰和简洁，公知功能和构造的描述可被省略。
以下描述和权利要求书中所使用的术语和词汇不限于文献含义，而是仅由实用新型人用来使本公开能够被清晰和一致地理解。因此，对于本领域技术人员而言应该明显的是，提供以下对本公开的各种实施例的描述仅是为了示例性目的，而非限制由所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。
应该理解，除非上下文明确另外指示，否则单数形式也包括复数指代。因此，例如，对“组件表面”的引用包括对一个或更多个这样的表面的引用。
图1是本实施例所述的基于无人机的输电线路山火监测装置的结构示意图。
请参阅图1，本实施例所述的基于无人机的输电线路山火监测装置包括：设于无人机100上的多谱段相机系统1、相机转动稳定机构2、相机扫描机构3及地面配套显控系统4，所述相机转动稳定机构2及相机扫描机构3均连接于多谱段相机系统1，所述多谱段相机系统1、相机转动稳定机构2、相机扫描机构3均通过无线网络连接于地面配套显控系统4。
其中，所述多谱段相机系统1包括多谱段相机组件12及连接于所述多谱段相机组件12的POS信息单元14，所述多谱段相机组件12包括可见光相机、短波红外相机、中波红外相机及长波红外相机，其中，上述四个相机频谱段覆盖可见光、短波红外、中波红外和长波红外四个有效谱段，各谱段单体相机需要满足视轴平行条件下观测成像；根据待监测场景及目标辐射与反射谱特性，所述可见光相机、短波红外相机、中波红外相机及长波红外相机可灵活换装与组合应用，以满足输电线路覆冰与通道走廊山火监测的不同需要。其中，所述多谱段相机系统1利用可见光观测输电线路环境目标，利用短波红外相机观测冲冠火信息，利用中波红外相机观测地表明火，利用长波红外相机观测暗火，从而结合多光谱图像特征判断山火发展趋势，可充分体现山火的烟、冲冠火、地下火，以对山火的整体状况体现更加明确。
本实施例中，所述多谱段相机组件12安装于在无人机的光聚座(图未示)上，所述光聚坐固连在无人机俯仰轴(图未示)上。
其中，所述可见光相机的工作波段为0.4～0.8μm，像元数为1280×1024，焦距为3.8～38mm，10倍光学变倍，视场为67°～3.8°；所述短波红外相机的工作波段为0.9～1.7μm，像元尺寸为25μm，像元数为384×288，镜头焦距为10mm，视场为22.6°×18.2°，重量为0.2kg；所述中波红外相机的工作波段为3～5μm，像元数为320×256，像元尺寸为30μm，镜头焦距为25mm定焦，视场为21.7°×17.5°，体积为260mm×118mm×106mm，重量为2.8kg；所述长波红外相机的工作波段为8～14μm，像元尺寸为17μm，像元数为640×512，镜头焦距为28mm，视场为21.7°×17.5°，重量为0.5kg。
所述POS信息单元14通过无线数据传输方式连接于地面配套显控系统4，所述POS信息单元14用于实现高精度多光谱图像定位，并可根据地面配套显控系统4的命令对多谱段相机组件12拍摄的多光谱图像进行匹配POS信息参数，并将所述POS信息参数实时传输回地面配套显控系统4，所述地面配套显控系统4可根据所述POS信息参数匹配多光谱图像与输电线路杆塔信息，使得多光谱图像与杆塔信息一一对应。其中，所述POS信息参数包括:相机拍摄的时间、经度、纬度、海拔高度、航迹角、俯仰角、侧滚角等遥测信息。
请参阅图2及图3，所述相机转动稳定机构2是由两轴框架(图未示)、光学载荷、速率陀螺、旋转变压器、直流力矩电机、以及相应的功率放大器等器件构成机械、电气系统，本实施例中，所述相机转动稳定机构2包括：依次连接的信号输入单元21、校正网络单元22、功率放大单元23、电机组件24及连接于所述电机组件24的相机固定框架25，所述相机固定框架25用于固定多谱段相机组件12，所述相机固定框架25上还接有用于采集多谱段相机组件12运动速率的速率陀螺单元26，所述速率陀螺单元26还连接于信号输入单元21，用于将采集到的多谱段相机组件12运动速率进行反馈。这样，所述相机转动稳定机构2通过速率陀螺单元26采集多谱段相机组件12的运动速率信息并进行反馈，构成闭环负反馈回路，通过设计相应的校正网络单元22及功率放大单元23，以驱动电机组件24带动相机固定框架25及多谱段相机组件12运动，并补偿由于载体姿态变化所产生的牵连力矩，实现光学载荷的姿态稳定。
另，所述相机转动稳定机构2还包括连接于相机固定框架25及信号输入单元21之间的旋转变压器27，通过以旋转变压器为位置反馈元件，对指令信号与反馈信号的误差进行校正，控制电机组件24带动负载平稳转动，实现搜索、跟踪和定位等功能。
本实施例中，所述相机转动稳定机构2可实现多谱段相机组件12的水平转角范围内360°连续旋转，俯仰转角范围+20°～-120°，方位和俯仰角速度不低于60°/s，方位和俯仰角加速度不低于60°/s2。
所述相机扫描机构3用于实现多谱段相机组件12在不同拍摄模式下工作，本实施例中，所述相机扫描机构3支持手控模式和自动模式，自动模式包括推扫模式和跟踪模式，各模式应支持多谱段数据融合功能。其中，手控模式下，依据操作人员输入的设置参数，可切换手控和自动工作模式，可实现单体相机分别工作和指定相机组合工作方式，可调整观测角度、曝光时间、拍照帧频，在特定工作设置参数下成像；自动推扫模式下，可将操作人员输入的设置参数保存为默认参数，并在默认工作参数下完成自动扫描，以特定的速度和角度进行扫描成像；即无人机正常沿输电线路斜上方飞行，方位环保持基准稳定不变，匀速驱动俯仰环以垂直对地为基准，进行一定偏角范围的连续扫描；自动跟踪模式，图像实时传输到配套显控单元后，依据操作人员指定的目标或区域，能够对其进行锁定和持续自动跟踪成像。
所述地面配套显控系统4用于实时接收、显示和存储图像数据及对应的成像参数，并能对图像数据进行有效拼接和融合处理，提取火场烟，明火和暗火位置和面积等信息，从而实现温度反演和伪彩色显示。
本实施例中，所述地面配套显控系统4通过100/10M以太网连接于多谱段相机系统1、相机转动稳定机构2、相机扫描机构3。
本实施例中，所述多谱段相机组件12和POS信息单元14的数据共用一路LVDS接口输出。
采用上述技术方案，本实用新型可取得以下的技术效果：
本实用新型基于无人机的输电线路山火监测装置通过设置可见光、短波红外、中波红外和长波红外四种不同谱段相机，可获取四种谱段的数据，结合多光谱图像特征判断山火发展趋势，能充分体现山火的烟、冲冠火、地下火，从而对山火的整体状况体现更加明确，提高了载荷对山火监测的能力；
(2)本实用新型通过地面配套显控系统对不同谱段的单体相机进行分别控制，能够将图像与POS信息进行时间上的匹配，并按照命令进行图像和POS信息的实时回传，提升了数据的丰富性与数据处理效率。
综上，本实用新型基于无人机的输电线路山火监测装置提高了载荷对山火监测的能力，确保了输电线路的安全性，提高了输电线路山火灾害监测的准确度及有效性。
应该注意的是，如上所述的本公开的各种实施例通常在一定程度上涉及输入数据的处理和输出数据的生成。此输入数据处理和输出数据生成可在硬件或者与硬件结合的软件中实现。例如，可在移动装置或者相似或相关的电路中采用特定电子组件以用于实现与如上所述本公开的各种实施例关联的功能。另选地，依据所存储的指令来操作的一个或更多个处理器可实现与如上所述本公开的各种实施例关联的功能。如果是这样，则这些指令可被存储在一个或更多个非暂时性处理器可读介质上，这是在本公开的范围内。处理器可读介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储装置。另外，用于实现本公开的功能计算机程序、指令和指令段可由本公开所属领域的程序员容易地解释。
尽管已参照本公开的各种实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (7)
1.一种基于无人机的输电线路山火监测装置，其特征在于，包括：设于无人机上的多谱段相机系统、相机转动稳定机构、相机扫描机构及地面配套显控系统，所述相机转动稳定机构及相机扫描机构均连接于多谱段相机系统，所述多谱段相机系统、相机转动稳定机构、相机扫描机构均通过无线网络连接于地面配套显控系统，所述多谱段相机系统包括多谱段相机组件及连接于所述多谱段相机组件的POS信息单元。
2.如权利要求1所述基于无人机的输电线路山火监测装置，其特征在于，所述多谱段相机组件包括可见光相机、短波红外相机、中波红外相机及长波红外相机。
3.如权利要求2所述基于无人机的输电线路山火监测装置，其特征在于，所述可见光相机的工作波段为0.4～0.8μm，所述短波红外相机的工作波段为0.9～1.7μm，所述中波红外相机的工作波段为3～5μm，所述长波红外相机的工作波段为8～14μm。
4.如权利要求2所述基于无人机的输电线路山火监测装置，其特征在于，所述POS信息单元中信息参数包括:相机拍摄的时间、经度、纬度、海拔高度、航迹角、俯仰角、侧滚角。
5.如权利要求1所述基于无人机的输电线路山火监测装置，其特征在于，所述相机转动稳定机构包括：依次连接的信号输入单元、校正网络单元、功率放大单元、电机组件及连接于所述电机组件的相机固定框架，所述相机固定框架上还接有用于采集多谱段相机组件运动速率的速率陀螺单元，所述速率陀螺单元还连接于信号输入单元，用于将采集到的多谱段相机组件运动速率进行反馈。
6.如权利要求5所述基于无人机的输电线路山火监测装置，其特征在于，所述相机转动稳定机构还包括连接于相机固定框架及信号输入单元之间的旋转变压器。
7.如权利要求1所述基于无人机的输电线路山火监测装置，其特征在于，所述地面配套显控系统通过100/10M以太网连接于多谱段相机系统、相机转动稳定机构及相机扫描机构。
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