CN214200100U - 一种架空输电线路空间安全感知装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种架空输电线路空间安全感知装置包括感知装置包括采集模块、支撑模块和主控模块；采集模块包括测距单元、测角单元和图像采集单元；测距单元为激光测距传感器，图像采集单元为相机，激光测距传感器的测距镜头与相机的镜头相邻设置；测角单元为陀螺仪；支撑模块包括支架，支架为三脚架，用于支撑采集模块；主控模块包括计算单元和显示控制单元；计算单元为微型计算机，与采集模块连接；显示控制单元为触摸屏，与计算单元连接。本实用新型的目的是提供一种低成本、小体积、远距离的架空输电线路空间安全感知装置。

Description

一种架空输电线路空间安全感知装置

技术领域

本实用新型属于电力系统检测技术领域，具体涉及一种架空输电线路空间安全感知装置。

背景技术

输电线路假设在空中，其周围可能有树木、房屋、河流、公路等，而当二者距离太近时存在安全隐患，因此在工程应用中，要定期检测架空线路与周围物体的距离，防止事故发生。传统的方法主要采用绝缘绳、绝缘杆测量线路到路面、房屋等的垂直距离，随着电子技术的发展，后来又出现了基于激光测距、超声波测距等方法，但是上述方法主要测量线路与周围物体的垂直距离，还存在如下问题：1.对于树木、新建房屋等与电线的水平距离难以测量；2.一般需要在线路正下方测量，对于民宅、高速公路、河流湖泊等场景的测量难度较大；3、测量过程操作繁琐且需抵近测量，费时费力。

目前能够不靠近线路即可检测线路周围空间安全距离的方法主要有：1.全站仪，能够测量任何物体的坐标进而计算两物体距离；2.激光测高仪，该装置由测角和测距两部分组成，用倾角仪测量角度、用激光测距仪测量距离，次用三角关系计算高度；上述方法存在的共同问题是激光直接测量输电线路上某点的距离，由于线路反射面太小而难以测量或者误差较大，不能满足实际工程需求；同时全站仪的价格昂贵、操作复杂，从费效比角度考虑难以普及应用。3、超声波测距，在线路正下方放置超声波测量仪，能够测量线路最低点到地面的距离，也能测量交跨线路之间的距离，但是其处理需要抵近测量的不足外，还会受到旁边房屋等产生的多径干扰，应用场景受限；4、基于双目测距或深度相机的测距方法，该方法是目前较先进的手段，但是由于其测量距离较近、价格较贵、体积较大等问题，难以找到性价比平衡的产品，不适合普及应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种解决传统测量方法耗时耗力且需要抵近测量和相比全站仪、深度相机、双目测距等实现低成本、小体积、远距离的架空输电线路空间安全感知装置。

本实用新型的具体技术方案是一种架空输电线路空间安全感知装置，其特征在于，所述感知装置包括采集模块、支撑模块和主控模块；

所述采集模块包括测距单元、测角单元和图像采集单元；

所述测距单元为激光测距传感器，所述图像采集单元为相机，所述激光测距传感器的测距镜头与相机的镜头相邻设置，用于使激光测距传感器的测距点和取景画面与相机的中心点和取景画面相同；所述测角单元为陀螺仪，所述测角单元与所述测距单元和图像采集单元同步调节转动方向；

所述支撑模块包括支架，所述支架为三脚架，用于支撑所述采集模块；

所述主控模块包括计算单元和显示控制单元；所述计算单元为微型计算机，与所述采集模块连接；

所述显示控制单元为触摸屏，与所述计算单元连接，用于显示所述采集模块获取目标点的图像、距离、角度信息和分析结果，同时控制所述计算单元。

更进一步地，所述采集模块包括连接板，所述测距单元和图像采集单元均设置在所述连接板顶部。

更进一步地，所述支撑模块包括旋转单元，所述旋转单元为二维云台，设置在所述支架顶部并与所述连接板顶部相连。

更进一步地，所述支架上设有挂点，所述挂点固定所述主控模块。

更进一步地，所述二维云台包括两台步进电机，所述步进电机与所述主控模块连接。

更进一步地，所述主控模块包括存储单元，所述存储单元与所述计算单元连接，用于存储测量数据和配置文件。

更进一步地，所述主控模块包括无线网络单元，所述无线网络单元与所述计算单元连接，用于通过WiFi、蓝牙或GSM网络实现与远程管理终端的数据交互。

更进一步地，所述主控模块包括电源单元，所述电源单元与所述计算单元连接，用于实现电量显示、充电管理、过放管理等电源相关的通用管理。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型克服了传统测量方法耗时耗力且需要抵近测量，同时相比全站仪、深度相机、双目测距等测量工具，实现低成本、小体积、测量距离远。

本实用新型通过云台和连接板将采集模块固定在支架顶部，已获得更好的视野和更优秀的稳定性；同时，采用步进电机驱动云台进行转动实现了转角稳定且可控。

本实用新型集成了存储单元、无线网络单元和电池单元，实现了多种功能的集成化和小型化，使感知装置使用更加便捷。

附图说明

图1为本实用新型一种架空输电线路空间安全感知装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种架空输电线路空间安全感知装置中各模块的连接示意图。

其中，101-测距单元；102-测角单元；103-图像采集单元；104-连接板；201-支架；202-旋转单元；301-计算单元；302-显示控制单元。

具体实施方式

下面结合说明书附图1-2对本实用新型的具体技术方案作进一步地描述。

如附图1所示，本实用新型的一种架空输电线路空间安全感知装置，该感知装置包括采集模块、支撑模块和主控模块。

采集模块包括测距单元101、测角单元102和图像采集单元103；测距单元101采用激光测距传感器，用于获取感知装置至目标点的距离；图像采集单元103采用具有长焦距和高分别率的相机，用于获取目标点的图像；测角单元102采用陀螺仪，测角单元102与测距单元101和图像采集单元103同步调节转动方向，用于获取目标点相对感知装置的角度信息；其中，激光测距传感器的测距镜头与相机的镜头相邻设置，使激光测距传感器的测距点和取景画面与相机的中心点和取景画面相同。

在一种实施例中，采集模块还包括连接板104，连接板104用于支撑测距单元101、测角单元102和图像采集单元103；激光测距传感器和相机相邻且镜头同向设置在连接板104顶部，陀螺仪固定安装在连接板104上。

支撑模块包括支架201和旋转单元202；支架201为三脚架用于支撑采集模块，旋转单元202设置在支架201顶部，与采集模块连接，并为采集模块提供转动调节和锁紧功能。

在一种实施例中，三脚架上设有用于固定主控模块的挂点，便于提高感知装置的人机交互操作体验。旋转单元202采用二维云台，能够调节方向角和俯仰角的角度，二维云台安装在三脚架顶部，并与采集模块的连接板104底部连接，用于支撑采集模块。更进一步地，旋转单元202可以采用两台步进电机分别驱动二维云台中方向角和俯仰角的转动，进而通过主控模块操纵步进电机实现自动控制旋转单元202。

如附图2所示，主控模块包括计算单元301、显示控制单元302、存储单元、无线网络单元和电源单元。其中，计算单元301与采集模块连接，用于依据采集模块获取到的信息对架空输电线路空间安全进行分析；显示控制单元302与计算单元301连接，用于显示采集模块获取目标点的图像、距离、角度信息和分析结果，同时控制计算单元301实现人机交互功能；存储单元与计算单元301连接，用于存储测量数据和配置文件；无线网络单元与计算单元301连接，用于通过WiFi、蓝牙或GSM网络实现与远程管理终端的数据交互；电源单元与计算单元301连接，用于实现电量显示、充电管理、过放管理等电源相关的通用管理。

在一种实施例中，计算单元301为微型计算机，可采用如笔记本电脑、平板电脑、树莓派(Raspberry Pi)等，用于加载安全计算程序，进行坐标计算；同时通过数据接口获取采集模块获取的信息和连接鼠标、键盘等外设。显示控制单元302为触摸屏，触摸屏用于展示图像采集单元103获取的图像，测距单元101的测距点十字光标和测距结果，测角单元102采集的角度信息以及用于控制感知装置的虚拟按钮。存储单元为微型计算机的存储器，同时也能够通过USB接口、读卡器等进行扩展存储单元。无线网络单元是微型计算机自带的无线网卡，也可以采用外接的无线网卡，用于微型计算机与服务器进行远程通信。电源单元包括充电器和锂电池，用于为微型计算机供电并进行电量管理。

本实用新型中架空输电线路空间安全感知装置的工作原理为：

步骤1，将支架201固定，调节旋转单元202的方向角和俯仰角，通过观察显示控制单元302画面中十字光标的位置，使十字光标对准目标物，通过手势操作滑动屏幕调节画面大小，以保障图像既能满足广角搜索目标的目的，又能满足测距单元101精准对准目标的目的。

步骤2，测距单元101对准杆塔A1线路的挂点目标后静置时间T，期间计算单元301不断读取测距单元101的距离和测角单元102的三轴角度，求时间T内距离和角度数据的平均值，目的有两个，1)静置装置后可以读取静态数据，角度和距离的精度高，2)降低高斯白噪声的影响，进一步提高精度。

步骤3，转动旋转单元202使测距单元101对准相邻杆塔A2线路的挂点目标后静置时间T，同理获取时间T内距离和角度数据的平均值。

步骤4，计算单元301分别计算出杆塔A1、A2线路挂点的三维坐标，并以感知装置为原点构建三维坐标系，设挂点坐标为(Xn,Yn,Zn)，三轴角度为αn、γn、βn，激光测距传感器测得距离为Ln，则Zn＝Ln*sinαn，Yn＝Ln*sinγn，Xn＝Ln*sinβn,(其中n＝1,2),设由挂点组成的直线为S。

步骤5，由计算单元301于显示控制单元302画面中生成一条平行地面的线，通过显示控制单元302触摸屏移动该线，可控制其与线路最低点相交，当有且仅有一个交点时说明找到了最低点C。由于感知装置固定在三角架上不能保证感知装置一定平行于地面，因此如果以画面边缘为基准生成的直线不与地面平行，读取测角单元102中横滚角参数，利用三角函数关系矫正前述直线，使其与地面平行。

步骤6，由计算单元301假设一个平面垂直地面且两个挂点组成的直线在该平面内，则点C在S上投影为C’，且两点坐标满足Xc＝Xc’，Zc＝Zc’，Yc≠Yc’。基于上述理论，转动旋转单元202使显示控制单元302画面中十字光标移动到最低点C处，读取三轴角度值，根据步骤4公式可计算线路点C’的坐标。

步骤7，在使用前校准图像采集单元103中相机在特定焦距下拍摄画面在显示控制单元302中以特定比例显示的情况下，焦距与像素数量之间的关系。图像采集单元103的相机焦距为F，相机到目标点的距离为Z，CC’的像素大小为P，CC’长度为H，根据公式H＝P*D/F可计算CC’的长度，由于是仰角拍摄使得计算的H与实际长度有差异，但是仰角角度可以通过测角单元102获取，通过三角函数关系即可修正实际长度H。通过Yc’＝Yc-H可获取C’坐标。

步骤8，重复步骤3、4可计算任意目标点D的坐标(因为导线周围物体的反射面足够大，直接采用激光测距和倾角测量即可计算点坐标)，同理通过步骤3、4、6、7可计算输电线路上任意一点坐标。

步骤9，根据两点间距离公式，可以计算导线上任意一点到其周围物体的直线距离和水平、垂直、深度三个维度的单一距离。

虽然本实用新型已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本实用新型的。在不脱离本实用新型之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本实用新型之保护范围。因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (8)

1.一种架空输电线路空间安全感知装置，其特征在于，所述感知装置包括采集模块、支撑模块和主控模块；

所述采集模块包括测距单元(101)、测角单元(102)和图像采集单元(103)；

所述测距单元(101)为激光测距传感器，所述图像采集单元(103)为相机，所述激光测距传感器的测距镜头与相机的镜头相邻设置，用于使激光测距传感器的测距点和取景画面与相机的中心点和取景画面相同；所述测角单元(102)为陀螺仪，所述测角单元(102)与所述测距单元(101)和图像采集单元(103)同步调节转动方向；

所述支撑模块包括支架(201)，所述支架(201)为三脚架，用于支撑所述采集模块；

所述主控模块包括计算单元(301)和显示控制单元(302)；所述计算单元(301)为微型计算机，与所述采集模块连接；

所述显示控制单元(302)为触摸屏，与所述计算单元(301)连接，用于显示所述采集模块获取目标点的图像、距离、角度信息和分析结果，同时控制所述计算单元(301)。

2.根据权利要求1所述感知装置，其特征在于，所述采集模块包括连接板(104)，所述测距单元(101)和图像采集单元(103)均设置在所述连接板(104)顶部。

3.根据权利要求2所述感知装置，其特征在于，所述支撑模块包括旋转单元(202)，所述旋转单元为二维云台，设置在所述支架(201)顶部并与所述连接板(104)顶部相连。

4.根据权利要求1所述感知装置，其特征在于，所述支架(201)上设有挂点，所述挂点固定所述主控模块。

5.根据权利要求3所述感知装置，其特征在于，所述二维云台包括两台步进电机，所述步进电机与所述主控模块连接。

6.根据权利要求1所述感知装置，其特征在于，所述主控模块包括存储单元，所述存储单元与所述计算单元(301)连接，用于存储测量数据和配置文件。

7.根据权利要求1所述感知装置，其特征在于，所述主控模块包括无线网络单元，所述无线网络单元与所述计算单元(301)连接，用于通过WiFi、蓝牙或GSM网络实现与远程管理终端的数据交互。

8.根据权利要求1所述感知装置，其特征在于，所述主控模块包括电源单元，所述电源单元与所述计算单元(301)连接，用于实现电量显示、充电管理、过放管理。

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