一种适用于偏远输电塔群无人机巡检控制系统及巡检方法

摘要

本发明属于电力设备无人机巡检技术领域，具体涉及一种适用于偏远输电塔群无人机巡检系统，包括，机载模块与地面模块，所述的机载模块包括图像采集模块、图像处理模块、自驾仪模块及天空端数据链路模块；所述的地面模块包括地面端数据链路模块及地面站；基于该系统本发明提供了一种巡检方法，预先对于无人机的绕圈半径及距离线缆的安全距离进行预设并控制其飞行状态，精准控制无人机的飞行状态，飞行过程中通过采用侧向图像信息来实现对输电塔的变半径和变高度检测，获得更好的检测效果，实现智能巡检，巡检过程更加安全可靠。

说明书

技术领域

本发明属于电力设备无人机巡检技术领域，具体涉及一种适用于偏远输电塔群无人机巡检系统及方法。

背景技术

随着电力设施的不断建设与完善，输电塔的巡检是电力巡检中重要一环，而其巡检面临着距离较长、高度较高、较为危险等问题，对一些分布在地形复杂和偏远地区的输电塔来说，工作人员靠近输电塔的难度很大，且增加了巡检的时间成本、人员成本以及资金成本。为此，迫切需要一种低成本，高可靠性的电力巡线手段，实现对难以到达的输电塔群进行巡检。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种适用于偏远输电塔群无人机巡检控制系统，包括，机载模块与地面模块，所述的机载模块包括图像采集模块、图像处理模块、自驾仪模块及天空端数据链路模块；所述的地面模块包括地面端数据链路模块及地面站；

图像采集模块用于采集图像信息，该采集包括无人机飞行过程中对侧向输电线的图像采集，及到达预设任务点绕圈飞行对巡检目标的图像采集；

自驾仪模块内设惯性测量单元及主控芯片，与空速测量模块和卫星定位模块连接，实时获取无人机的空速以及经纬度信息，基于该信息实时测量无人飞行器的欧拉角、角速度的状态数据，主控芯片基于预先设定的任务点坐标信息及绕圈半径调整其状态数据；

地面站基于无人机回传的图像信息与预先设定的任务点位置坐标信息对其是否到达任务点进行判定并输出对应飞行控制指令，该飞行指令包括继续飞行指令或者围绕任务点进行绕圈飞行指令。

进一步的，所述的采集模块采用安装在无人机飞行侧向捷联可见光相机，采用可见光导引头在飞行过程中以固定带宽实时采集图像信息。

进一步的，所述天空端数据链路模块与地面端数据链路模块对传进行数据的传输。

根据本发明的另一方面还提供了一种适用于偏远输电塔群无人机巡检方法，包括如下步骤：

S1：获取巡检任务信息，该信息包括各输电塔的位置坐标信息、输电塔高度及预设的无人机与输电线飞行距离、及绕圈飞行半径距离；

S2:接受地面站发出的起飞信号起飞操作，基于上述任务信息飞行至第一输电塔；

S3:接受地面站根据图像采集单元所采集的图像信息与预先设定的输电塔位置坐标信息进行对比判定其是否到达目标点发出的控制飞行指令，该飞行指令包括继续飞行或者绕巡检目标圈飞行指令；

S4:若接受到地面站发出的绕圈飞行指令，则到达巡检目标并以该目标为中心以预先设定的绕圈半径进行绕圈飞行，并实时输出输电塔360度侧视图像信息至地面站，执行步骤S5；否则继续飞行，执行步骤S3；

S5：接受地面站基于上述实时获取的输电塔360度侧视图像判定输电塔是否存在异常所发出的飞行控制指令，该控制指令进行下一巡检目标飞行控制指令或者定点悬停飞行指令；

S6：接受地面站基于无人机所采集的所有图像信息判断本次巡检任务是否完成发出的继续飞行指令或者返航降落指令，若否则返回步骤S3；若是，则返航并降落在母平台结束本次巡检任务。

进一步的，所述的安装结构安装于飞机的机身侧面，当飞机进行绕圈运动时候，摄像头的光轴朝向中心输电塔。

进一步的，所述的绕圈半径根据定焦相机的成像距离、垂起无人机固定翼无人机模式下特定速度和滚转姿态下的绕圈半径、输电塔的物理尺寸三个因素进行设定。

进一步的，该输电塔的位置坐标信息包括其经纬度以及海拔高度。

进一步的，S5中飞机绕圈飞行过程中将实时获取的输电塔360度侧视图像传输给地面站，地面站根据图像判定输电塔故障信息，若无故障则输出控制无人机导航飞行下一任务点，若有故障则定点悬停进行故障点图像采集。

进一步的，在无人机主控芯片上预设有距输电线的安全飞行距离，主控芯片基于该预设安全飞行距离与飞行过程中距输电线实时距离进行判断，当飞行实时距离小于预设距离，无人机根据相对距离矢量与当前速度矢量的关系做出判断，调整实时飞行距离。

本发明的优势在于：通过采集偏远山区各个输电塔的位置信息，精准控制无人机的飞行状态，飞行过程中通过采用侧向图像信息来实现对输电塔的变半径和变高度检测，获得更好的检测效果，实现智能巡检，巡检过程更加安全可靠。

附图说明

图1为该巡检系统的结构示意图；

图2为本巡检方法流程图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图2，本发明提供了一种适用于偏远输电塔群无人机巡检控制系统，包括，机载模块与地面模块，所述的机载模块包括图像采集模块、图像处理模块、自驾仪模块及天空端数据链路模块；所述的地面模块包括地面端数据链路模块及地面站；

图像采集模块用于采集图像信息，该采集包括无人机飞行过程中对侧向输电线的图像采集，及到达预设任务点绕圈飞行对巡检目标的图像采集；

自驾仪模块内设惯性测量单元及主控芯片，与空速测量模块和卫星定位模块连接，实时获取无人机的空速以及经纬度信息，基于该信息实时测量无人飞行器的欧拉角、角速度的状态数据，主控芯片基于预先设定的任务点坐标信息及绕圈半径调整其状态数据；

地面站基于无人机回传的图像信息与预先设定的任务点位置坐标信息对其是否到达任务点进行判定并输出对应飞行控制指令，该飞行指令包括继续飞行指令或者围绕任务点进行绕圈飞行指令。

所述的采集模块采用安装在无人机飞行侧向捷联可见光相机，采用可见光导引头在飞行过程中以固定带宽实时采集图像信息。

所述天空端数据链路模块与地面端数据链路模块对传进行数据的传输。

参考图1，根据本发明的另一方面还提供了一种适用于偏远输电塔群无人机巡检方法，包括如下步骤：

S1：获取巡检任务信息，该信息包括各输电塔的位置坐标信息、输电塔高度及预设的无人机与输电线飞行距离、及绕圈飞行半径距离；

S2:接受地面站发出的起飞信号起飞操作，基于上述任务信息飞行至第一输电塔；地面站软件中打开卫星地图，使用鼠标在起飞地点设定起飞点(目标高度及速度)，并在图中由远及近依次标记出该次巡检任务中所有输电塔的位置(经纬度及海拔高度)

S3:接受地面站根据图像采集单元所采集的图像信息与预先设定的输电塔位置坐标信息进行对比判定其是否到达目标点发出的控制飞行指令，该飞行指令包括继续飞行或者绕巡检目标圈飞行指令；

S4:若接受到地面站发出的绕圈飞行指令，则到达巡检目标并以该目标为中心以预先设定的绕圈半径进行绕圈飞行，并实时输出输电塔360度侧视图像信息至地面站，执行步骤S5；否则继续飞行，执行步骤S3；

S5：接受地面站基于上述实时获取的输电塔360度侧视图像判定输电塔是否存在异常所发出的飞行控制指令，该控制指令进行下一巡检目标飞行控制指令或者定点悬停飞行指令；

S6：接受地面站基于无人机所采集的所有图像信息判断本次巡检任务是否完成发出的继续飞行指令或者返航降落指令，若否则返回步骤S3；若是，则返航并降落在母平台结束本次巡检任务。

作为方案的改进，所述的安装结构安装于飞机的机身侧面，当飞机进行绕圈运动时候，摄像头的光轴朝向中心输电塔。

作为方案的改进，所述的绕圈半径根据定焦相机的成像距离、垂起无人机固定翼无人机模式下特定速度和滚转姿态下的绕圈半径、输电塔的物理尺寸三个因素进行设定。

作为方案的改进，该输电塔的位置坐标信息包括其经纬度以及海拔高度。

作为方案的改进，S5中飞机绕圈飞行过程中将实时获取的输电塔360度侧视图像传输给地面站，地面站根据图像判定输电塔故障信息，若无故障则输出控制无人机导航飞行下一任务点，若有故障则定点悬停进行故障点图像采集。

作为方案的改进，在无人机主控芯片上预设有距输电线的安全飞行距离，主控芯片基于该预设安全飞行距离与飞行过程中距输电线实时距离进行判断，当飞行实时距离小于预设距离，无人机根据相对距离矢量与当前速度矢量的关系做出判断，调整实时飞行距离。

机载数据传输模块及其天线：数据链路模块负责无人飞行器与地面站之间的通讯，通过射频通信方式将无人飞行器上的飞行数据实时传输到地面站，并可以将地面站发出的控制信号传给无人飞行器，从而使得飞行器按照既定的指令飞行。地面模块主要包括以下两个模块：

地面控制电脑：地面站是无人飞行系统的指挥控制中心，专门用于无人飞行器的地面控制和管理，负责显示视频信息与无人飞行器状态相关数据，并上传控制指令进行输电塔检测过程中的绕圈调整；

地面数据传输模块及其天线：数据链路模块负责无人飞行器与地面站之间的通讯，通过射频通信方式将无人飞行器上的飞行数据实时传输到地面站，并可以将地面站发出的控制信号传给无人飞行器，从而使得飞行器按照既定的指令飞行；

(1)图像信息链路主要包含了采集、压缩、目标跟踪、图像回传、解压缩、显示、目标确认及选取等处理过程；

(2)控制信息链路主要包含了惯性/卫星组合导航、外环控制、内环控制、监视信息发送、控制指令发送等处理过程；

(3)制导信息链路主要包含了视线角信息提取、绕圈调整控制量解算、信息与控指令传递等处理过程。

绕圈半径调整的依据是拟调整的目标圆心在图像中的位置，可根据拟调整的目标圆心在图像中的位置计算出该点与无人机之间的体视线方位角，通过控制无人机的姿态消除该体视线方位角，便可以实现绕圈圆心调整。作用是更换同一水平上的绕圈圆心，使得巡检范围扩大。飞行高度调整的依据是拟调整的目标高度在图像中的位置，可根据拟调整的目标高度在图像中的位置计算出该点与无人机之间的体视线高低角，通过控制无人机的姿态消除该体视线高低角，便可以实现绕圈圆心调整。作用是修正当前飞行高度或者调整至其他目标飞行高度，使得巡检范围扩大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。