無人直升機的電力線巡檢方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人直升機的電力線巡檢方法，包括：將電力線按照桿塔進行分段，并根據(jù)分段后的電力線布設無人直升機的巡線航跡；若無人直升機需要在各個桿塔處懸停，則將巡線航跡中各個航跡段的交叉點作為懸停點；根據(jù)巡線航跡和無人直升機上相機拍攝時的重疊度要求，計算無人直升機巡檢時的相機曝光點坐標；根據(jù)相機曝光點坐標計算無人直升機上穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角；對電力線進行巡檢。采用本發(fā)明能夠針對不同巡檢任務，快速、合理地完成無人直升機的巡檢準備工作，保證無人直升機在巡線過程中安全、可靠地飛行，各個傳感器能夠有效地獲取輸電線路設備相關(guān)數(shù)據(jù)，為無人直升機的電力線巡檢工作帶來極大方便。
【專利說明】無人直升機的電カ線巡檢方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電カ線巡檢【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種無人直升機的電カ線巡檢方法。【背景技術(shù)】
[0002]為了有效地掌握輸電線路設備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)缺陷和安全隱患，確保電カ線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，電カ部門需要對輸電線路進行定期巡檢。目前普遍采用的巡檢方式存在很多不足，如人工巡檢存在操作員安全問題、巡檢效率問題、和巡檢的準確性問題，有人直升機巡檢存在費用過高等問題。無人直升機多傳感器電カ巡線系統(tǒng)以中小型無人直升機為平臺，通過搭載激光掃描儀、紅外熱像儀、紫外掃描儀、可見光相機及可見光攝像機等傳感器，采集線路設施的不同數(shù)據(jù)，具有適用多種復雜自然環(huán)境、檢測效率高、維護費用較低等優(yōu)點，在電カ線檢修領(lǐng)域有很好的應用前景。無人直升機在電カ巡線過程中，一方面要能保證準確地獲取到輸電線路設備的相關(guān)數(shù)據(jù)；另ー方面要考慮無人直升機的飛行安全及輸電線路設備的安全問題。但是目前，尚缺乏ー種能夠使無人直升機在電カ線巡檢時有效滿足上述要求的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，本發(fā)明提供了 一種無人直升機的電カ線巡檢方法。
[0004]一種無人直升機的電カ線巡檢方法，包括以下步驟:
[0005]將電カ線按照桿塔進行分段，并根據(jù)分段后的電カ線布設無人直升機的巡線航跡；其中，若無人直升機需要在各個桿塔處懸停，則將所述巡線航跡中各個航跡段的交叉點作為懸停點；
[0006]根據(jù)所述巡線航跡和無人直升機上相機拍攝時的重疊度要求，計算無人直升機巡檢時的相機曝光點坐標；
[0007]根據(jù)所述相機曝光點坐標計算無人直升機上穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角；
[0008]無人直升機根據(jù)布設的所述巡線航跡和所述相機曝光點坐標，以及計算的所述方位角和俯仰角，對電カ線進行巡檢。
[0009]與一般技術(shù)相比，本發(fā)明無人直升機的電カ線巡檢方法解決了無人直升機用于電力線巡檢的難題，包括無人直升機的巡線航跡布設、可見光相機的曝光點布設以及進行數(shù)據(jù)獲取時搭載傳感器的穩(wěn)定平臺的姿態(tài)調(diào)整。采用本發(fā)明能夠針對不同巡檢任務，快速、合理地完成無人直升機的巡檢準備工作，保證無人直升機在巡線過程中安全、可靠地飛行，各個傳感器有效地獲取輸電線路設備相關(guān)數(shù)據(jù)，為無人直升機的電カ線巡檢工作帶來極大方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明無人直升機的電カ線巡檢方法的流程示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明無人直升機的電カ線巡檢方法的ー個具體實施流程圖；[0012]圖3為目標巡檢電カ線的示意圖；
[0013]圖4為根據(jù)本發(fā)明無人直升機的電カ線巡檢方法所生成的不連續(xù)巡線航跡示意圖；
[0014]圖5為根據(jù)本發(fā)明無人直升機的電カ線巡檢方法對巡線航跡進行平滑及優(yōu)化后的不意圖；
[0015]圖6為根據(jù)本發(fā)明無人直升機的電カ線巡檢方法生成曝光點后的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為更進一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及取得的效果，下面結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案，進行清楚和完整的描述。
[0017]請參閱圖1，為本發(fā)明無人直升機的電カ線巡檢方法的流程示意圖。
[0018]一種無人直升機的電カ線巡檢方法，包括以下步驟:
[0019]SlOl將電カ線按照桿塔進行分段，并根據(jù)分段后的電カ線布設無人直升機的巡線航跡；其中，若無人直升機需要在各個桿塔處懸停，則將所述巡線航跡中各個航跡段的交叉點作為懸停點；
[0020]S102根據(jù)所述巡線航跡和無人直升機上相機拍攝時的重疊度要求，計算無人直升機巡檢時的相機曝光點坐標；
[0021]S103根據(jù)所述相機曝光點坐標計算無人直升機上穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角；
[0022]S104無人直升機根據(jù)布設的所述巡線航跡和所述相機曝光點坐標，以及計算的所述方位角和俯仰角，對電カ線進行巡檢。
[0023]制定超低空無人直升機的電カ線巡檢任務時，首先，結(jié)合無人直升機性能及任務要求布設無人直升機的巡線航跡；其次，在無人直升機航跡的基礎上根據(jù)相機參數(shù)及相片重疊度要求布設相機的曝光點坐標；最后，根據(jù)相機曝光點坐標及對應的像幅中心坐標計算穩(wěn)定平臺的姿態(tài)角。請參閱圖2，為本發(fā)明無人直升機的電カ線巡檢方法的ー個具體實施流程圖。
[0024]在步驟SlOl中，布設無人直升機的巡線航跡:根據(jù)任務要求的偏移距離計算無人直升機的初始航跡；當無人直升機不需要在每個桿塔處懸停吋，按照無人直升機的轉(zhuǎn)彎半徑對初始航跡進行平滑處理；航跡布設完成后，判斷任務區(qū)內(nèi)的其他電カ線路對航跡的影響并進行優(yōu)化處理。
[0025]作為其中一個實施例，根據(jù)分段后的電カ線布設無人直升機的巡線航跡之前，根據(jù)待巡檢的電力線以及相應的巡檢任務要求，獲取如下參數(shù):無人直升機的最大飛行速度、巡線航跡偏移距離和無人直升機上相機拍攝相片時的重疊度要求。
[0026]確定要進行巡檢的目標電カ線段以及相應巡線任務類型，制定飛行計劃需要的各個參數(shù)，如無人直升機最大飛行速度、巡線航跡偏移距離、相片重疊度要求等。這樣有利于更準確和合理地對巡線航跡進行布設。
[0027]由于電カ線走向、分布相對復雜，在布設無人直升機巡線航跡時首先將電カ線按照電カ線塔進行分段，分別布設每段電カ線的巡線航跡。
[0028]作為其中一個實施例，檢測所述巡線航跡中的航跡點與地面點之間的高度是否小于無人直升機的安全飛行高度；[0029]如果航跡點與地面點之間的高度小于無人直升機的安全飛行高度，則對所述巡線航跡進行修正。
[0030]這樣可確保無人直升機在進行電力線巡檢時的飛行安全，利于推廣。
[0031]布設巡線航跡時，水平方向按照任務要求的相對偏移距離可計算得到，垂方向除按照相對高度偏移計算外，還需要檢查航跡點到地面點的高度是否大于無人直升機的安全飛行高度，當小于安全飛行高度時對航跡點進行修正；分段航跡布設完成之后，將航跡點進行交叉計算，得到的交差點作為航跡段的連接點，生成連續(xù)的航跡點。
[0032]作為其中一個實施例，若無人直升機不需要在各個桿塔處懸停，則對所述巡線航跡進行平滑處理。
[0033]可按照無人直升機的轉(zhuǎn)彎半徑對所述巡線航跡進行平滑處理。
[0034]當巡檢任務為精細巡檢需要在每個桿塔處懸停時，航跡段的交叉點即作為懸停點，當巡檢任務為快速巡檢不需要在每個桿塔處懸停吋，結(jié)合無人直升機的轉(zhuǎn)彎半徑對航跡的拐點處進行平滑處理，拐彎角度過小不能直接轉(zhuǎn)彎時，該航跡點標記為懸停點，無人直升機通過懸停轉(zhuǎn)彎；生成連續(xù)航跡后，判斷每個航跡點的水平安全離線范圍內(nèi)有沒有干擾線存在(非巡線任務電カ線)，若干擾線與航跡交叉，則抬升航跡點至安全離線高度，反之移動航跡點以保證航跡的安全離線距離。
[0035]上述做法避免了無人飛行機與電カ線之間發(fā)生接觸，從而既保證了無人直升機的飛行安全，也確保輸電線路設備不會受到破壞。
[0036]在步驟S102中，在無人直升機巡線航跡的基礎上，按照相機參數(shù)及重疊度要求分別計算獲取電力線和桿塔時對應的相機曝光點及像幅中心點。
[0037]作為其中一個實施例，所述相機曝光點坐標包括長焦相機曝光點坐標和短焦相機曝光點坐標。
[0038]無人直升機電カ線巡檢系統(tǒng)，搭載長、短焦兩個不同相機，長焦相機用于獲取電カ線數(shù)據(jù)，短焦相機用于獲取桿塔數(shù)據(jù)。巡線時，為保證桿塔數(shù)據(jù)的獲取，無人直升機在兩個桿塔之間按照先加速至一定速度，然后保持勻速，在靠近桿塔時減速的模式飛行。無人直升機加速時由于加速度較大，機身姿態(tài)不穩(wěn)定不能進行作業(yè)，因此，長焦相機的拍攝任務只能在無人直升機飛至桿塔點前的減速過程中進行(此時加速度較小，無人直升機機身姿態(tài)較為穩(wěn)定)。對無人直升機航跡布設曝光點吋，為保證長焦相機拍攝桿塔的任務能夠完整執(zhí)行，并且所有曝光點盡可能靠近桿塔，應首先計算長焦相機拍攝桿塔的過程所對應的無人直升機飛行距離，然后在無人直升機加速完成后到長焦相機任務執(zhí)行前的飛行過程中完成對電カ線的拍攝。
[0039]作為其中一個實施例，根據(jù)所述巡線航跡和無人直升機上相機拍攝時的重疊度要求，計算無人直升機巡檢時的像幅中心坐標。
[0040]計算無人直升機巡檢時的曝光點坐標，同時計算像幅中心坐標，能夠使相機拍攝準確性得到保證。
[0041]拍攝桿塔的長焦相機曝光點布設:首先，計算離桿塔最近的航跡點到桿塔的距離，根據(jù)長焦相機的參數(shù)計算相機在電カ線桿塔的垂直和水平方向的幅寬；其次，根據(jù)相機幅寬和重疊度要求計算拍攝桿塔所需像片張數(shù)及相片中心坐標；最后，計算在無人直升機飛行航跡上，長焦相機拍攝桿塔上所有像片時對應的曝光點坐標。[0042]拍攝線路的短焦相機曝光點布設:首先，按照平均地形高度、平均飛行高度及短焦相機參數(shù)計算沿電力線走向的像片幅寬；其次，根據(jù)像片幅寬和重疊度需求計算電カ線走廊上所需拍攝的像片張數(shù)及像片中心點坐標；最后，在無人直升機加速結(jié)束后和長焦相機任務執(zhí)行前的飛行航跡上計算所有像對的平均基線長度并計算對應曝光點坐標，以像片重置區(qū)域內(nèi)的最大地形聞程為基準調(diào)整像幅中心坐標。
[0043]在步驟S103中，根據(jù)相機曝光點坐標及對應的像幅中心坐標計算穩(wěn)定平臺的方位角與俯仰角。
[0044]不同于傳統(tǒng)航空攝影測量中相機為垂直下視拍攝，無人直升機電カ線巡檢時，需要計算每個曝光點處穩(wěn)定平臺所對應的方位角和俯仰角。
[0045]作為其中一個實施例，根據(jù)所述相機曝光點坐標和所述像幅中心坐標，計算穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角。
[0046]根據(jù)所述相機曝光點坐標和所述像幅中心坐標，計算穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角，具有足夠的可靠性。
[0047]作為其中一個實施例，通過相機曝光點的高程和像幅中心點的高程計算所述俯仰角。通過相機曝光點的平面坐標和像幅中心點的平面坐標計算所述方位角。
[0048]俯仰角:穩(wěn)定平臺的俯仰角水平方向為0度，垂直向下為-90度。相機曝光時穩(wěn)定平臺的俯仰角可以通過曝光點的高程及對應像片中心的高程計算得到，公式如下:
[0049]pitch = -1sz-ezI/dist
[0050]式中dist為兩點之間的距離，SZ為無人直升機穩(wěn)定平臺所在位置的高程數(shù)據(jù)，ez為曝光點的高程數(shù)據(jù)，Pitch為俯仰角。
[0051]方位角:穩(wěn)定平臺的方位角正北方向為0度，逆時針增加。相機曝光時穩(wěn)定平臺的方位角可以通過曝光點的平面坐標及對應像片中心的平面坐標計算得到，公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在于，包括以下步驟: 將電カ線按照桿塔進行分段，并根據(jù)分段后的電カ線布設無人直升機的巡線航跡；其中，若無人直升機需要在各個桿塔處懸停，則將所述巡線航跡中各個航跡段的交叉點作為懸停點； 根據(jù)所述巡線航跡和無人直升機上相機拍攝時的重疊度要求，計算無人直升機巡檢時的相機曝光點坐標； 根據(jù)所述相機曝光點坐標計算無人直升機上穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角； 無人直升機根據(jù)布設的所述巡線航跡和所述相機曝光點坐標，以及計算的所述方位角和俯仰角，對電カ線進行巡檢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在于，所述根據(jù)分段后的電カ線布設無人直升機的巡線航跡的步驟之前，包括以下步驟: 根據(jù)待巡檢的電力線以及相應的巡檢任務要求，獲取如下參數(shù):無人直升機飛行速度、巡線航跡偏移距離和無人直升機上相機拍攝相片時的重疊度要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在于，所述根據(jù)分段后的電カ線布設無人直升機的巡線航跡的步驟之后，包括以下步驟: 若無人直升機不需要在各個桿塔處懸停，則對所述巡線航跡進行平滑處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在干，所述對所述巡線航跡進行平滑處理的步驟，包括以下步驟: 按照無人直升機的轉(zhuǎn)彎半徑對所述巡線航跡進行平滑處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在于，所述根據(jù)分段后的電カ線布設無人直升機的巡線航跡的步驟之后，包括以下步驟: 檢測所述巡線航跡中的航跡點與地面點之間的高度是否小于無人直升機的安全飛行高度； 如果航跡點與地面點之間的高度小于無人直升機的安全飛行高度，則對所述巡線航跡進行修正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在于，所述計算無人直升機巡檢時的相機曝光點坐標的步驟，包括以下步驟: 根據(jù)所述巡線航跡和無人直升機上相機拍攝時的重疊度要求，計算無人直升機巡檢時的像幅中心坐標。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在于，所述計算無人直升機巡檢時的相機曝光點坐標的步驟中，所述相機曝光點坐標包括長焦相機曝光點坐標和短焦相機曝光點坐標。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在干，所述計算無人直升機上穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角的步驟，包括以下步驟: 根據(jù)所述相機曝光點坐標和所述像幅中心坐標，計算穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在干，所述計算無人直升機上穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角的步驟，包括以下步驟: 通過相機曝光點的高程和像幅中心點的高程計算所述俯仰角。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無人直升機的電カ線巡檢方法，其特征在于，所述計算無人直升機上穩(wěn)定平臺的方位角和俯仰角的步驟，包括以下步驟:通過相機曝光點的平面坐標和像幅中心點的平面坐標計算所述方位角。
【文檔編號】H02G1/02GK103606852SQ201310611259
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】彭向陽, 謝小偉, 陳銳民, 劉正軍, 麥曉明, 左志權(quán), 王柯, 羅智斌, 許志海, 張永振 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院, 中國測繪科學研究院