一种山区巡检线路规划系统及其使用方法

摘要

本发明涉及一种山区巡检线路规划系统及其使用方法，该山区巡检线路规划系统包括飞行器以及操控手柄，所述的飞行器包括无人机以及机腹部位的挂仓，所述的挂仓包括位标发射模块以及地形测绘模块。本发明可以在进山巡检之前通过飞行器测绘山区地形、河流以及森林情况，规划出适合行走的路线，节约了在山里寻路时间。同时，每隔一段距离投射一个电子位标，避免工作人员偏离规划路线，有效的避免了工作人员在山里迷路。

说明书

技术领域

本发明属于电力领域，具体涉及为一种山区巡检线路规划系统及其使用方法。

背景技术

电网输配电线路非常重要，架空输配电线路分布广，长期暴露在大自然中运行，不仅要经受正常机械载荷和电力负荷的作用，而且还收到各方面外来因素的干扰和大自然千变万化的影响。这些因素将会促使线路上各元件老化、疲劳、氧化和腐蚀，如不及时发现和消除，就会由量变到质变，发展成为各种故障，因此电力工作人员需要定期对输配电线路进行巡查。

我国很多输配电线路架设在山区，无人类活动的区域，每次巡查都需要进山，受植被以及树木的影响，进山后视线有时会受到遮挡，无法确定行走方向是否与需要巡查地点方向一致。不仅影响工作效率，同时存在迷路无法走出大山的危险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种山区巡检线路规划系统及其使用方法，本发明可以在进山巡检之前通过飞行器测绘山区地形、河流以及森林情况，规划出适合行走的路线，节约了在山里寻路时间。同时，每隔一段距离投射一个电子位标，避免工作人员偏离规划路线，有效的避免了工作人员在山里迷路。

本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：

一种山区巡检线路规划系统，包括飞行器以及操控手柄。

所述的飞行器包括无人机、无人机机腹设置的挂仓以及无人机两侧的起落支架。

所述的挂仓包括位标发射模块以及地形测绘模块。

所述的位标发射模块底面内凹有电子位标储藏室，所述的电子位标储藏室左侧设有弹簧腔，电子位标储藏室顶面内凹有限位滑道，电子位标储藏室右侧设有投放室，电子位标储藏室以及投放室内部设有电子位标，所述的投放室内部仅可设置一个电子位标，投放室下方设有贯穿的电子位标投放孔，所述的电子位标投放孔内部设有橡胶遮挡组。

所述的弹簧腔内部设有推力弹簧，所述的推力弹簧右侧设有推板，所述的推板上端面设有限位滑块，所述的限位滑块滑动设于限位滑道内部。

电子位标储藏室下方设置有盖板，盖板通过螺栓与位标发射模块底面固定连接。

所述的电子位标储藏室左侧设有垂直气道，垂直气道底部贯通连接有进气道，进气道将垂直气道与位标发射模块外界贯通连接，所述的进气道内部设有空压机，空压机进气口处设有空气滤器，空压机排气口与垂直气道贯通连接。

所述的电子位标储藏室上方设有主气腔，所述的垂直气道上端与主气腔贯通连接，所述的垂直气道右侧设有与主气腔贯通连接的旁通气道，所述的旁通气道位于主气腔内的开口位于垂直气道右侧，所述的主气腔顶面中间部位内凹有测压气腔，所述的测压气腔内部设有电子压力传感器，所述的主气腔内部左侧固定有海绵垫，海绵垫左侧设有辅助电磁铁，所述的海绵垫右侧设有沿主气腔轴线自由滑动的磁铁，当磁铁与海绵垫接触时，磁铁位于垂直气道开口左侧。

所述的主气腔右端向下垂直设有贯通连接的高压气道，所述的高压气道位于电子位标投放孔正上方，所述的高压气道内部设有电动蝶阀。

所述的主气腔右侧设有电磁铁，所述的位标发射模块内部设有带有无线收发功能的中央处理器Ⅲ。

所述的操作手柄面板上镶设有显示器以及操控按钮，操作手柄上设有天线Ⅰ，操作手柄内部设有带无线收发模块的中央处理器Ⅱ以及电源装置Ⅰ，所述的显示器、操控按钮、天线Ⅰ以及电源装置Ⅰ分别与中央处理器Ⅱ电性连接。

所述的地形测绘模块内部设有带无线收发模块的中央处理器Ⅰ，

电动蝶阀、电子压力传感器、电磁铁、辅助电磁铁、空压机分别与中央处理器Ⅲ电性连接。

所述的无人机内部电源装置为位标发射模块内部装置以及地形测绘模块内部装置提供工作所需电源。

所述的中央处理器Ⅰ、中央处理器Ⅲ分别与中央处理器Ⅱ通过无线信号连接。

优选的，所述的橡胶遮挡组由3～6片扇形橡胶围绕而成。

优选的，所述的主气腔位于高压气道左侧的端面上凸设有挡环，挡环左端面设有缓冲垫。

优选的，所述的电子位标形状与上方为圆柱形下方为锥形的子弹形状相同，电子位标锥形端内部设有配重块，电子位标圆柱形端内部从下到上依次设有电源装置Ⅱ、位置追踪器以及灯，所述的位置追踪器带有无线信号发送模块，所述的位置追踪器设有天线Ⅱ，所述的电子位标与灯对应的圆周面上镶设有透明带，灯光可以穿过透明带照射到外面，所述的电子位标圆柱形圆周面上设有触碰开关，所述的位置追踪器、灯、触碰开关以及电源装置Ⅱ串联连接。

优选的，所述的投放室右端面截面为半圆形，右端面截面半径与电子位标圆柱形端面半径相同，所述的投放室右侧设有伸缩电磁阀，所述的伸缩电磁阀阀杆与触碰开关相对应，所述的伸缩电磁阀与中央处理器Ⅲ电性连接。

优选的，所述的盖板上方设有两个倾斜对称布置滚轮，所述的电子位标锥形端夹在两个滚轮中间，且与滚轮接触，所述的滚轮内部沿其轴线方向穿设有中间轴，中间轴下端穿设至盖板内部，所述的中间轴上下两端各设有一个限位块。

优选的，所述的推板右端面为与电子位标圆柱端面相匹配的弧形面。

优选的，所述的电子位标储藏室以及投放室前后两个端面上分别设有对应布置的红外线发射器以及红外线接收器，红外线发射器以及红外线接收器分别与中央处理器Ⅲ电性连接，红外线发射器以及红外线接收器的数量与电子位标储藏室以及投放室内部电子位标数量相同，两个相邻红外线发射器之间间隔的距离与电子位标宽度相同。

优选的，所述的地形测绘模块采用机载LIDAR系统。

一种山区巡检线路规划系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，地形测绘以及路径选择：

将飞行器放飞，通过地形测绘模块对工作人员出发地与需要巡检的电线塔之间的地形进行测绘，并将测绘数据传送到操控手柄上，通过显示器显示出来。通过测绘结果可以观察到山体走向，河流分布以及森林密度，根据测绘资料选取山体走向缓、无河流或河流面窄、森林稀松的路线，通过卫星定位将该路线标记出来。

步骤二，投放电子位标：

路线选取后，在该路线每隔800～1500m距离上投放一个电子位标，帮助工作人员确保沿着路线行进，或偏离路线后进行矫正。投放电子位标之前伸缩电磁阀断电，阀杆头在弹簧推动下前移碰撞到触碰开关，位置追踪器以及灯通过开始工作，然后伸缩电磁阀通电，阀杆缩回。中央处理器Ⅲ控制空压机工作，提高主气腔内部空气压力，电子压力传感器实时监测主气腔内部空气压力，当主气腔内部空气压力达到规定压力数值时，中央处理器Ⅲ控制空压机停止、电动蝶阀开启、改变电磁铁以及辅助电磁铁线圈电流方向，使得辅助电磁铁与磁铁相斥，电磁铁与磁铁相吸，气腔内部空气通过电动蝶阀进入到高压气道推动电子位标通过电子位标投放孔射出。由于辅助电磁铁与磁铁相斥，电磁铁与磁铁相吸，因此磁铁沿主气腔向右推动，起到活塞作用，进一步提高进入到高压气道内空气的推力。投放室内部电子位标喷出后，推板在推力弹簧推力作用下向右将电子位标储藏室内部的电子位标推入到投放室内部，红外接收器接收到的红外线信号增加一个，中央处理器Ⅲ再次改变电磁铁以及辅助电磁铁线圈电流方向，使得辅助电磁铁与磁铁相吸，电磁铁与磁铁相排斥，磁铁沿主气腔向左推动，并通过海绵垫吸收撞击能量。

步骤三，工作人员巡检：

工作人员按照规划的路线进行巡检，电子位标会发出位置信号以及光亮，每一个电子位标的位置信号都会在显示器上进行显示，避免工作人员偏离规划路线，巡检完成后沿规划路线返回，返回途中回收电子位标，然后将电子位标储藏室下方的盖板打开，将电子位标重新放入到电子位标储藏室。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：

(1)可以在进山巡检之前通过飞行器测绘山区地形、河流以及森林情况，规划出适合行走的路线。

(2)每隔一段距离投射一个电子位标，避免工作人员偏离规划路线，同时也有效的避免了工作人员在山里迷路。

(3)电子位标带有光源，可在将周围照亮，方便夜间寻找。

(4)可以采集山区地形、河流以及森林等数据，既可以对比分析出某一处地质变化情况，提前走好防范措施，也可以为日后线路规划，基站扩建等提供数据支持。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明一种山区巡检线路规划系统示意图；

图2为本发明飞行器俯视图；

图3为本发明飞行器底视图；

图4为本发明位标发射模块内部结构图；

图5为本发明A-A面剖视图；

图6为本发明B-B面剖视图，

图7为本发明C处局部放大图；

图8为本发明D处局部放大图。

图中：1-飞行器、1a-无人机、1b-挂仓、1c-起落支架；

2-位标发射模块、2a-电子位标投放孔、2a1-橡胶遮挡组、2b-进气道、2c-垂直气道、2c1-旁通气道、2d-主气腔、2d1-测压气腔、2d2-挡环、2d3-缓冲垫、2d4-海绵垫、2e-高压气道、2f-电子位标储藏室、2f1-弹簧腔、2f2-投放室、2g-限位滑道；

3-地形测绘模块、3a-中央处理器Ⅰ；

4-操控手柄、4a-显示器、4b-操控按钮、4c-天线Ⅰ、4d-中央处理器Ⅱ、4e-电源装置Ⅰ；

5-盖板、5a-螺栓、5b-滚轮、5c-中间轴、5c1-限位块；

6-电子位标、6a-配重块、6b-电源装置Ⅱ、6c-位置追踪器、6c1-天线Ⅱ、6d-触碰开关、6e-透明带、6f-灯；

7-电动蝶阀；

8-电子压力传感器；

9-磁铁；

10-电磁铁、10a-辅助电磁铁；

11-伸缩电磁阀；

12-空压机；

13-空气滤器；

14-推板、14a-限位滑块；

15-推力弹簧；

16-红外线发射器、16a-红外线接收器；

17-中央处理器Ⅲ。

具体实施方式

附图为该一种山区巡检线路规划系统的最佳实施例，下面结合附图对本发明进一步详细的说明。

由附图1所示，一种山区巡检线路规划系统，包括飞行器1以及操控手柄4。所述的飞行器1包括无人机1a、无人机1a机腹设置的挂仓1b以及无人机1a两侧的起落支架1c。起落支架1c避免无人机1a降落时磕碰到挂仓1b。由附图3所示，所述的挂仓1b包括位标发射模块2以及地形测绘模块3。

由附图4所示，所述的位标发射模块2底面内凹有电子位标储藏室2f，所述的电子位标储藏室2f左侧设有弹簧腔2f1，电子位标储藏室2f顶面内凹有限位滑道2g，电子位标储藏室2f右侧设有投放室2f2。电子位标储藏室2f以及投放室2f2内部设有电子位标6，所述的投放室2f2内部仅可设置一个电子位标6，投放室2f2下方设有贯穿的电子位标投放孔2a，所述的电子位标投放孔2a内部设有橡胶遮挡组2a1，由附图8所示，所述的橡胶遮挡组2a1由3～6片扇形橡胶围绕而成。

由附图5所示，所述的电子位标6形状与上方为圆柱形下方为锥形的子弹形状相同，电子位标6锥形端内部设有配重块6a，配重块6a采用密度大的金属制成，例如不锈钢或铜，这样在电子位标6下降过程中保证锥形端一种垂直朝下。电子位标6圆柱形端内部从下到上依次设有电源装置Ⅱ6b、位置追踪器6c以及灯6f，所述的位置追踪器6c带有无线信号发送模块。位置追踪器又叫定位追踪器，可通过GPS或北斗系统进行定位，与共享单车定位装置原理以及部件组成相同。所述的位置追踪器6c设有天线Ⅱ6c1，所述的电子位标6与灯6f对应的圆周面上镶设有透明带6e，灯光可以穿过透明带6e照射到外面，所述的电子位标6圆柱形圆周面上设有触碰开关6d，所述的位置追踪器6c、灯6f、触碰开关6d以及电源装置Ⅱ6b串联连接。

所述的弹簧腔2f1内部设有推力弹簧15，所述的推力弹簧15右侧设有推板14，所述的推板14上端面设有限位滑块14a，所述的限位滑块14a滑动设于限位滑道2g内部。限位滑道2g限制限位滑块14a滑动的距离，当限位滑块14a位于限位滑道2g最左端时，推板14位于弹簧腔2f1内部，当限位滑块14a位于限位滑道2g最右端时，推板14右端面位于电子位标储藏室2f最右侧。为了增加推板14与电子位标6的接触面积，提高摩擦力，所述的推板14右端面为与电子位标6圆柱端面相匹配的弧形面。

同时，所述的投放室2f2右端面截面也为半圆形，右端面截面半径与电子位标6圆柱形端面半径相同，所述的投放室2f2右侧设有伸缩电磁阀11，所述的伸缩电磁阀11阀杆与触碰开关6d相对应。伸缩电磁阀11由阀杆、电磁铁以及弹簧组成，当伸缩电磁阀11通电时，阀杆克服弹簧推力回收，当伸缩电磁阀11断电时，电磁铁失去磁性，弹簧推动阀杆弹出。

由附图5所示，所述的电子位标储藏室2f以及投放室2f2前后两个端面上分别设有对应布置的红外线发射器16以及红外线接收器16a，红外线发射器16以及红外线接收器16a的数量与电子位标储藏室2f以及投放室2f2内部电子位标6数量相同，两个相邻红外线发射器16之间间隔的距离与电子位标6宽度相同。电子位标6将红外线发射器16与红外线接收器16a阻隔，每投放一个电子位标6，推板14在推力弹簧15推力下向右推动电子位标6，就增加一个红外线接收器16a接收到的红外线信号，通过接收到的红外线信号数量能够获悉一共投放了多少电子位标6，电子位标储藏室2f内部还剩余几个电子位标6。

由附图3所示，电子位标储藏室2f下方盖有盖板5，盖板5通过螺栓5a与位标发射模块2底面固定连接。有附图5所示，所述的盖板5上方设有两个倾斜对称布置滚轮5b，所述的电子位标6锥形端夹在两个滚轮5b中间，且与滚轮5b接触。所述的滚轮5b内部沿其轴线方向穿设有中间轴5c，中间轴5c下端穿设至盖板5内部，所述的中间轴5c上下两端各设有一个限位块5c1。下端限位块5c1避免中间轴5c脱离盖板5，上端限位块5c1避免滚轮5b脱离中间轴5c。

所述的电子位标储藏室2f左侧设有垂直气道2c，垂直气道2c底部贯通连接有进气道2b，进气道2b将垂直气道2c与位标发射模块2外界贯通连接。所述的进气道2b内部设有空压机12，空压机12进气口处设有空气滤器13，空压机12排气口与垂直气道2c贯通连接。

所述的电子位标储藏室2f上方设有主气腔2d，所述的垂直气道2c上端与主气腔2d贯通连接，所述的垂直气道2c右侧设有与主气腔2d贯通连接的旁通气道2c1，所述的旁通气道2c1位于主气腔2d内的开口位于垂直气道2c右侧。所述的主气腔2d顶面中间部位内凹有测压气腔2d1，所述的测压气腔2d1内部设有电子压力传感器8，所述的主气腔2d内部左侧固定有海绵垫2d4，海绵垫2d4左侧设有辅助电磁铁10a，所述的海绵垫2d4右侧设有沿主气腔2d轴线自由滑动的磁铁9，当磁铁9与海绵垫2d4接触时，磁铁9位于垂直气道2c开口左侧。垂直气道2c开口与旁通气道2c1开口之间的距离大于磁铁9的长度。

所述的主气腔2d位于高压气道2e左侧的端面上凸设有挡环2d2，挡环2d2左端面设有缓冲垫2d3。磁铁9向右移动撞击在缓冲垫2d3上，缓冲垫2d3有效吸收磁铁9撞击产生的能量，避免磁铁9损坏。

所述的主气腔2d右端向下垂直设有贯通连接的高压气道2e，所述的高压气道2e位于电子位标投放孔2a正上方，所述的高压气道2e内部设有电动蝶阀7。

所述的主气腔2d右侧设有电磁铁10，所述的位标发射模块2内部设有带有无线收发功能的中央处理器Ⅲ17。电动蝶阀7、电子压力传感器8、电磁铁10、辅助电磁铁10a、伸缩电磁阀11、空压机13、红外线发射器16以及红外线接收器16a分别与中央处理器Ⅲ17电性连接。

所述的操作手柄4面板上镶设有显示器4a以及操控按钮4b，操作手柄4上设有天线Ⅰ4c，操作手柄4内部设有带无线收发模块的中央处理器Ⅱ4d以及电源装置Ⅰ4e，所述的显示器4a、操控按钮4b、天线Ⅰ4c以及电源装置Ⅰ4e分别与中央处理器Ⅱ4d电性连接。

所述的地形测绘模块3内部设有带无线收发模块的中央处理器Ⅰ3a，所述的地形测绘模块3采用机载LIDAR系统。

机载LIDAR系统即激光探测与测量，也就是激光雷达。是利用GPS和IMU(惯性测量装置)机载激光扫描。其所测得的数据为数字表面模型的离散点表示，数据中含有空间三维信息和激光强度信息。可获得数字高程模型并同时得到地面覆盖物的高度。

机载LIDAR是一种主动式对地观测系统，是九十年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术。它集成激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元(IMU)/DGPS差分定位技术于一体，该技术在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破，为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段。它具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等特点。机载LIDAR传感器发射的激光脉冲能部分地穿透树林遮挡，直接获取高精度三维地表地形数据。

系统组成

机载LIDAR系统主要包括：1、动态差分GPS接收机，用于确定扫描投影中心的空间位置；2、姿态测量装置(IMU)，用于测量扫描装置主光轴的空间姿态参数；3、激光扫描测距系统，用于测量传感器到地面点的距离；4、一套成像装置(主要是数码相机)，用于获取对应地面的彩色数码影像，用于最终制作正射影像。

激光扫描测距系统原理

无线电波、X光、可见光、红外光等都是电磁波。在雷达中，由发射机发出的无线电波射到空中后，一部分经物体或空气反射后，由雷达的接收器系统组成接收，这部分反射波称为雷达信号，反映从反射无线电波的物体到雷达的距离。激光雷达使用的是由激光器发射的红外线，或可见光，或紫外光。激光测距的基本原理是利用光在空气中的传播速度，测定光波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值。设光波在某一段距离上往返传播时间为t，待测定距离可表示为D＝1/2ct，(1)式中，c为光波在真空中的传播速度，约为300000km/s。只要精确地求出时间就可以求出距离D。

具体实现方法有脉冲法、相位法和变频法，常用的是脉冲法和相位法。相位法通过量测连续波(continuous wave，CW)信号的相位差间接确定传播时间；脉冲法直接量测脉冲信号传播时间。如果物体的表面高低不平，在地面使用三维激光扫描仪，可获得反射物体的表面形貌图；使用机载激光雷达系统，可以获取高精度的数字等高图。

所述的无人机1a内部电源装置为位标发射模块2内部装置以及地形测绘模块3内部装置提供工作所需电源。

所述的中央处理器Ⅰ3a、中央处理器Ⅲ17分别与中央处理器Ⅱ4d通过无线信号连接。

一种山区巡检线路规划系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，地形测绘以及路径选择：

将飞行器1放飞，通过地形测绘模块3对工作人员出发地与需要巡检的电线塔之间的地形进行测绘，并将测绘数据传送到操控手柄4上，通过显示器4a显示出来。

通过测绘结果可以观察到山体走向，河流分布以及森林密度，根据测绘资料选取山体走向缓、无河流或河流面窄、森林稀松的路线，通过卫星定位将该路线标记出来；

步骤二，投放电子位标：

路线选取后，在该路线每隔800～1500m距离上投放一个电子位标6，帮助工作人员确保沿着路线行进，或偏离路线后进行矫正。

投放电子位标6之前伸缩电磁阀11断电，阀杆头在弹簧推动下前移碰撞到触碰开关6d，位置追踪器6c以及灯6f通过开始工作，然后伸缩电磁阀11通电，阀杆缩回。

中央处理器Ⅲ17控制空压机12工作，提高主气腔2d内部空气压力，电子压力传感器8实时监测主气腔2d内部空气压力，当主气腔2d内部空气压力达到规定压力数值时，中央处理器Ⅲ17控制空压机12停止、电动蝶阀7开启、改变电磁铁10以及辅助电磁铁10a线圈电流方向。使得辅助电磁铁10a与磁铁9相斥，电磁铁10与磁铁9相吸，气腔2d内部空气通过电动蝶阀7进入到高压气道2e推动电子位标6通过电子位标投放孔2a射出。

由于辅助电磁铁10a与磁铁9相斥，电磁铁10与磁铁9相吸，因此磁铁9沿主气腔2d向右推动，起到活塞作用，进一步提高进入到高压气道2e内空气的推力。

投放室2f2内部电子位标6喷出后，推板14在推力弹簧15推力作用下向右将电子位标储藏室2f内部的电子位标6推入到投放室2f2内部，红外接收器16接收到的红外线信号增加一个。中央处理器Ⅲ17再次改变电磁铁10以及辅助电磁铁10a线圈电流方向，使得辅助电磁铁10a与磁铁9相吸，电磁铁10与磁铁9相排斥，磁铁9沿主气腔2d向左推动，并通过海绵垫2d4吸收撞击能量；

步骤三，工作人员巡检：

工作人员按照规划的路线进行巡检，电子位标6会发出位置信号以及光亮，每一个电子位标6的位置信号都会在显示器4a上进行显示，避免工作人员偏离规划路线。

巡检完成后沿规划路线返回，返回途中回收电子位标6，然后将电子位标储藏室2f下方的盖板5打开，将电子位标6重新放入到电子位标储藏室2f。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。