CN106568441B - 一种利用基于北斗的电力巡检设备进行电力巡检的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于北斗的电力巡检设备，包括汽车及车载无人驾驶直升机，直升机上设有北斗惯性组合姿态方位检测装置，在直升机外侧或外下方设有三坐标转动检测吊舱，吊舱上安装有陀螺稳定平台，陀螺稳定平台上承载有可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪，在直升机上还设有用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器。基于北斗定位系统规划直升机飞行路线，然后再根据所巡检的路线规划汽车行驶路线，电力巡检可以在底面和空中同时前进，逐段完成，节省人工成本，方便快捷。

Description

一种利用基于北斗的电力巡检设备进行电力巡检的方法

技术领域

本发明涉及电力线巡检技术，特别是用汽车和无人机联合巡检的设备。

背景技术

电力线巡检多采用人工巡检的方式，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于伏以上，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，本发明提供一种无人驾驶直升机与汽车联合巡检的方式，既快捷又快速，极大改善巡检作业环境。本发明的基于北斗的电力巡检设备既可以按按规划线路自动导航、巡线、巡检杆塔并精确定位、高清多种光谱图像同时采集及融合显示并海量便携存取数据，还能对无人机进行人工干预操作，能够实时掌握巡检情况和线路情况。

发明内容

本发明的技术方案如下：

基于北斗的电力巡检设备，包括汽车及车载无人驾驶直升机，直升机上设有北斗惯性组合姿态方位检测装置，在直升机外侧或外下方设有三坐标转动检测吊舱，吊舱上安装有陀螺稳定平台，陀螺稳定平台上承载有可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪，在直升机上还设有用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器，此外，在直升机上还设有对地通讯系统，通过通讯系统可以接受地面的控制，也可以将直升机巡检实时数据传输到地面汽车的控制主机上，控制主机包括显示单元和操作手柄。

汽车上也设有北斗惯性组合姿态方位检测装置，同时设有为直升机充电的充电装置，与直升机通讯的通讯装置和天线。汽车上的车载控制主机可以提供所巡检线路的地图和地面交通地图，基于北斗所述车辆可以在北斗导航下驾驶行驶。

当进行电力线路巡检时，所述控制主机检测直升机的电量和飞行行程，基于所述电量和飞行行程，根据电力线路图及北斗定位系统规划直升机飞行路线，然后再根据所巡检的路线规划汽车行驶路线，根据直升机飞行路线和汽车行驶路线两者的信息分别计算飞行时间和行驶时间，根据所计算的飞行时间和行驶时间信息，确定汽车行驶的下一个地点。

巡检过程中直升机基于北斗系统对飞行线路进行导航，并实时将巡检视频传送至地面的汽车中的控制主机，当发现异常时，操作人员可以在主机中对异常线路所在的地段位置进行标注。当巡检结束时，直升机确认汽车的位置，直接飞往汽车所在地点，进行下一段电路巡检。这样节省时间，可以做到对电路的连续巡检。

更详细的本发明的方案如下：

一种基于北斗的电力巡检设备，其特征在于：其包括巡检汽车，搭载在巡检汽车上的无人驾驶直升机，无人驾驶直升机和巡检汽车上分别设有北斗惯性组合姿态方位检测装置，在无人驾驶直升机外侧或外下方设有三坐标转动检测吊舱，吊舱上安装有陀螺稳定平台，陀螺稳定平台上承载有可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪，在无人驾驶直升机上还设有用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器，此外，在无人驾驶直升机上还设有故障诊断系统和对地通讯系统，通过通讯系统接受地面的控制和/或将无人驾驶直升机巡检实时数据传输到地面巡检汽车内的控制主机上并将初步判断结果一起传回巡检汽车，控制器主机根据巡检电力路线图和当地交通地图分别规划无人驾驶直升机和巡检汽车的行驶路线，并根据行驶路线分别计算无人驾驶直升机和巡检汽车的行驶时间，以无人驾驶直升机和巡检汽车行驶时间的较小者为基准确定无人驾驶直升机和巡检汽车的真实行驶路线，保持无人驾驶直升机和巡检汽车同步向前推进对电力线路进行巡检。

优选地，所述被巡检杆塔上有射频信息标签，以便于无人驾驶直升机对杆塔进行识别，控制主机中存储有被巡检线路的基本信息，包含杆塔的海拔，杆塔的位置坐标等，控制主机中还存储有当地地图，以便于控制主机计算被巡检线路的行程长度和巡检汽车行程长度。

优选地，控制主机包括显示单元和操作手柄，同时设有为无人驾驶直升机充电的充电装置，与无人驾驶直升机通讯的通讯装置和天线，在必要的情况下，通过操控手柄操控无人驾驶直升机的飞行姿态和飞行路径，显示单元显示从无人驾驶直升机传送回来的视频和参数。

优选地，所述无人驾驶直升机与巡检汽车根据北斗定位系统相互确定并跟踪对方位置，所述无人驾驶直升机在巡检结束后根据巡检汽车的所在位置信息返回巡检汽车。

优选地，所述控制主机和无人驾驶直升机内都包括无人驾驶直升机电量监测和里程计算模块。

一种利用本发明的电力巡检设备进行电力巡检的方法，其特征在于：

(1)控制主机检测无人驾驶直升机电量和巡检汽车的油量，确定无人驾驶直升机和巡检汽车的续航里程；

(2)控制主机根据被巡检电路情况预计算无人驾驶直升机的第一巡检距离，根据当地地图预计算巡检汽车的第一巡检距离；

(3)控制主机根据上述无人驾驶直升机的第一巡检距离和巡检汽车的第一巡检距离计算无人驾驶直升机的返程距离；

(4)计算无人驾驶直升机与巡检车辆相遇时各自所耗费的时间；

(5)如果无人驾驶直升机的第一巡检距离与无人驾驶直升机的返程距离的和小于无人驾驶直升机的续航里程，和/或巡检汽车的第一巡检距离小于巡检汽车的续航里程，同时，无人驾驶直升机与巡检车辆相遇时各自所耗费的时间小于预定第一阈值，则确定巡检路线，开始巡检线路，并实时记录巡检路径和巡检参数。

如果无人驾驶直升机的第一巡检距离与无人驾驶直升机的返程距离的和大于无人驾驶直升机的续航里程，和/或巡检汽车的第一巡检距离大于巡检汽车的续航里程，和/或无人驾驶直升机与巡检车辆相遇时各自所耗费的时间大于于预定第二阈值，则返回第上述第二步，重新确定巡检路线。

优选地，所述预定第一阈值为10分钟，所述预定第二阈值为20分钟。

优选地，预计算无人驾驶直升机的第一巡检距离为无人驾驶直升机续航里程的三分之一至二分之一

优选地，预计算无人驾驶直升机的第一巡检距离为无人驾驶直升机续航里程的三分之一。

优选地，实时记录巡检路径和巡检参数，包括实时记录无人驾驶直升机以及巡检汽车的位置和走过的路径，实时记录无人驾驶直升机传回的视频和其它参数。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明电力线巡检设备示意图；

图2是基于北斗的电力巡检设备的巡检示意图；

其中，101-无人驾驶直升机，102-供电线路，103-数据传输线路，104-控制主机，105-操控手柄，106-巡检汽车，107-天线

具体实施方式

本实施例中，基于北斗的电力巡检设备，包括巡检汽车，车载无人驾驶直升机101，汽车通过供电线路102向直升机充电，控制主机104通过数据传输线路103或无线通讯的方式与所述无人驾驶直升机101进行通讯，控制主机104包括控制单元，显示单元和操控手柄105。巡检汽车的尾部或其它部位设有天线107，用于通讯发射用。

电力线巡检直升机101包括直升机本体，在直升机本体内设有北斗惯性组合姿态方位检测装置，三坐标转动检测吊舱设在本体的外侧，位于左前下方安装。吊舱上安装有陀螺稳定平台。在直升机或吊舱上设有用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器。

陀螺稳定平台由作为平台台体的框架系统、伺服传感器及电子伺服控制组件组成。框架系统为四框架系统，包括外框架组件和其内的内框架组件，外框架组件包括外方位轴系框架及外仰轴系框架，内框架组件包含内方位轴系框架及内俯仰轴系框架。可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪安装在内框架组件上。

北斗惯性组合姿态方位检测装置用于发出定位及通信请求，接收中心控制系统的定位和通信结果，为陆海空各种使用场合提供定位、导航、通信、授时服务的北斗定位与通信机载系统；通过遥控手柄105或者控制主机连接到通信端口以控制吊舱及其內的可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪的吊舱控制中心。同时也可以控制飞机的飞行姿态，以在必要的情况下，完成对飞行姿态的人工干预。

控制主机的显示单元分别显示系统控制程序界面，红外热像仪图像，可见光与紫外成像仪的叠加图像：

直升机的机载服务器配装执行飞行轨迹指挥监控的应用程序模块和杆塔目标识别程序模块后，系统便可根据目标坐标与飞机飞行轨迹、飞机姿态与射频识别辩识当前杆塔及导线。机载巡检应用程序对采集到的数据进行处理，将故障目标的图像及其它相关信息自动保存到磁盘阵列。机载服务器内设的检测数据采集程序模块及检测设备/吊舱控制程序模块控制吊舱及全数字动态红外热像仪、紫外线摄像机、高速可见光摄像机通过检测数据采集程序实时采集全部信息并自动保存，设定吊舱自动跟踪杆塔，并设定跟踪时间。

直升机通过北斗惯性组合姿态方位检测装置及其北斗接收机、北斗定位与通讯机实现飞机的导航和与地面的双向通讯，通过软件控制系统和硬件设备综合控制器的人工微调，并结合北斗定位通讯机、北斗惯性组合姿态方位检测装置、射频目标识别器、机载电源系统以及显示设备等信息，自动控制吊舱的橫向和纵向的位置，自动对准配有射频卡的被测杆塔、导线或其它电气部件目标，采集全数字动态红外热像仪、紫外线摄像机、高速可见光摄像机的图像和数据信息；最后通过服务器在线处理与存贮有用的图像数据信息。

当进行电力线路巡检时，所述控制主机104检测直升机101的电量和计算飞行行程，基于所述电量和飞行行程，根据电力线路图及北斗定位系统规划直升机飞行路线，然后再根据所巡检的路线规划汽车行驶路线，根据直升机飞行路线和汽车行驶路线两者的信息分别计算飞行时间和汽车行驶时间，根据所计算的飞行时间和行驶时间信息，确定汽车行驶的下一个地点。

巡检过程中直升机101基于北斗系统对飞行线路进行导航，并实时将巡检数据和视频传送至地面的汽车中的控制主机，当发现异常时，系统自动纪录且操作人员可以在主机中对异常线路所在的地段位置进行标注。当巡检结束时，直升机确认汽车的位置，直接飞往汽车所在地点，进行下一段电路巡检。这样节省时间，可以做到对电路的连续巡检。

具体实施方式只是示例性的对本发明进行描述，并不限制本发明的包含在权利要求内的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种利用基于北斗的电力巡检设备进行电力巡检的方法，其中，基于北斗的电力巡检设备包括巡检汽车，搭载在巡检汽车上的无人驾驶直升机，无人驾驶直升机和巡检汽车上分别设有北斗惯性组合姿态方位检测装置，在无人驾驶直升机外侧或外下方设有三坐标转动检测吊舱，吊舱上安装有陀螺稳定平台，陀螺稳定平台上承载有可见光摄像机、紫外线成像仪和全数字动态红外热像仪，在无人驾驶直升机上还设有用于识别被巡检杆塔的射频信息的射频目标识别器，此外，在无人驾驶直升机上还设有故障诊断系统和对地通讯系统，通过通讯系统接受地面的控制和/或将无人驾驶直升机巡检实时数据传输到地面巡检汽车内的控制主机上并将初步判断结果一起传回巡检汽车，控制器主机根据巡检电力路线图和当地交通地图分别规划无人驾驶直升机和巡检汽车的行驶路线，并根据行驶路线分别计算无人驾驶直升机和巡检汽车的行驶时间，以无人驾驶直升机和巡检汽车行驶时间的较小者为基准确定无人驾驶直升机和巡检汽车的真实行驶路线，保持无人驾驶直升机和巡检汽车同步向前推进对电力线路进行巡检，被巡检杆塔上有射频信息标签，以便于无人驾驶直升机对杆塔进行识别，控制主机中存储有被巡检线路的基本信息，包含杆塔的海拔，杆塔的位置坐标，控制主机中还存储有当地地图，以便于控制主机计算被巡检线路的行程长度和巡检汽车行程长度；控制主机包括显示单元和操作手柄，显示单元显示从无人驾驶直升机传送回来的视频和参数，通过操控手柄操控无人驾驶直升机的飞行姿态和飞行路径，同时设有为无人驾驶直升机充电的充电装置，与无人驾驶直升机通讯的通讯装置和天线；所述无人驾驶直升机与巡检汽车根据北斗定位系统相互确定并跟踪对方位置，所述无人驾驶直升机在巡检结束后根据巡检汽车的所在位置信息返回巡检汽车；所述控制主机和无人驾驶直升机内都包括无人驾驶直升机电量监测和里程计算模块；其特征在于：

(1)控制主机检测无人驾驶直升机电量和巡检汽车的油量，确定无人驾驶直升机和巡检汽车的续航里程；

(2)控制主机根据被巡检电路情况预计算无人驾驶直升机的第一巡检距离，根据当地地图预计算巡检汽车的第一巡检距离；

(3)控制主机根据上述无人驾驶直升机的第一巡检距离和巡检汽车的第一巡检距离计算无人驾驶直升机的返程距离；

(4)计算无人驾驶直升机与巡检车辆相遇时各自所耗费的时间；

(5)如果无人驾驶直升机的第一巡检距离与无人驾驶直升机的返程距离的和小于无人驾驶直升机的续航里程，和/或巡检汽车的第一巡检距离小于巡检汽车的续航里程，同时，无人驾驶直升机与巡检车辆相遇时各自所耗费的时间小于预定第一阈值，则确定巡检路线，开始巡检线路，并实时记录巡检路径和巡检参数；

如果无人驾驶直升机的第一巡检距离与无人驾驶直升机的返程距离的和大于无人驾驶直升机的续航里程，和/或巡检汽车的第一巡检距离大于巡检汽车的续航里程，和/或无人驾驶直升机与巡检车辆相遇时各自所耗费的时间大于预定第二阈值，则返回第上述第二步，重新确定巡检路线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预定第一阈值为10分钟，所述预定第二阈值为20分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：预计算无人驾驶直升机的第一巡检距离为无人驾驶直升机续航里程的三分之一至二分之一。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：预计算无人驾驶直升机的第一巡检距离为无人驾驶直升机续航里程的三分之一。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：实时记录巡检路径和巡检参数，包括实时记录无人驾驶直升机以及巡检汽车的位置和走过的路径，实时记录无人驾驶直升机传回的视频和其它参数。

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