CN108956640B - 适用于配电线路巡检的车载检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于配电线路巡检的车载检测装置及检测方法，包括：相互通信的车顶巡检装置和车内总控装置，所述车顶巡检装置采集配电线路及设备的外观异常、热缺陷和/或绝缘缺陷信息并传送至车内总控装置；所述车内总控装置接收车顶巡检装置发送的信息，同时控制巡检车辆按照预定的巡检线路行驶。本发明车载检测装置主要包括车顶检测组件和车内总控组件两部分，无需对车辆进行特殊改装，可方便地将检测装置安装到巡检车上，即可开展配电线路巡检作业。
Description
技术领域
本发明涉及配电线路巡检技术领域，特别涉及一种适用于配电线路巡检的车载检测装置及检测方法。
背景技术
随着社会的进步，电力行业也在飞速地发展，目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代。大电网意味着输变电配电线路的增加，所以线路的管理和维护工作变得日益重要，任何对故障发现的延误都将带来巨大的损失。电力公司的送配电工区在日常工作中经常需要到现场进行作业，如日常的巡视作业、故障抢修作业等，需要在现场查询设施信息，以前工作人员携带大量图纸到现场，缺点是图纸查询速度慢、图纸更新跟不上、图纸准确性低等。同时由于缺乏有效的监督手段，不容易确保巡视工作按期保质保量的完成(如有否漏检、没按规定时间巡视)。
考虑到配电线路所在的环境比较复杂，线路很多架设在市区，并且高度比较低，无人机巡检方式具有很大的安全风险；传统设备巡检普遍采用的是人工巡视、手工纸介质记录的工作方式，该方式存在着人为因素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作状态等明显缺陷。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种适用于配电线路巡检的车载检测装置及检测方法，该装置及方法改善了传统人工巡检中工作量大、巡检效率低等现状，缩短线路巡检的整体时间，提高线路巡检的工作质量和效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明公开了适用于配电线路巡检的车载检测装置，包括：相互通信的车顶巡检装置和车内总控装置，所述车顶巡检装置采集配电线路及设备的外观异常、热缺陷和/或绝缘缺陷信息并传送至车内总控装置；所述车内总控装置自动定位巡检车辆，通过线路跟踪以及塔杆定位，控制巡检车辆按照预定的巡检线路行驶并完成线路巡检；同时接收车顶巡检装置发送的信息，实现配电线路及设备缺陷的自动识别。
进一步地，所述车顶巡检装置包括：车顶支架以及安装在车顶支架上的云台；所述云台上安装车顶检测设备。
进一步地，所述车顶检测设备包括：可见光摄像机、红外热成像仪以及超声波局放检测仪中的一种或几种。
进一步地，所述车顶巡检装置还包括：姿态传感器，所述姿态传感器与通过以太网通信方式与车内总控装置通信。
进一步地，考虑到车辆运行过程中路面颠簸会对对可见光与红外采集数据带来不利影响，车顶巡检组件中还安装了姿态传感器，通过将其接入数字云台内部的姿态检测装置，一方面可以将当前云台本体姿态实时反馈至巡检车辆内部配网车载巡检软件***，为数据采集提供必要参考，另一方面后续还可在姿态检测装置内部增加“云台增稳”功能，通过采集姿态传感器数据并计算云台姿态补偿量，最后生成云台控制指令从而抑制路面颠簸的影响，
进一步地，所述车顶检测设备和云台通过以太网通信方式与车内总控装置通信。
进一步地，所述车顶检测设备还包括：通讯装置，所述通信装置内部设有以太网通信转换模块和网络集线器，车顶检测设备和云台的通信经过以太网通信转换模块转换为以太网通信方式，然后经过网络集线器引出后与车内总控装置连接。
进一步地，所述车内总控装置包括：车载工控机，所述车载工控机与遥控手柄和GPS定位模块分别连接。
进一步地，所述车内总控装置还包括：超声波局放监测终端，所述超声波局放监测终端与车载工控机连接。
适用于配电线路巡检的车载检测方法，包括以下步骤：
通过线路跟踪以及塔杆定位，控制巡检车辆沿着设定路线进行扫描式车载检测；
对被检测设备进行定位，根据定位结果，对被检测设备进行不同角度的超声波信号扫描，从不同的角度对设备进行检测；
发现设备异常后，调整云台角度，选取超声波声音最强的位置进行准确定位；超声波声音和分贝值最大的位置所指向的具体设备即为有缺陷设备；
对检测到的有缺陷设备进行设备外观状态的观察与拍照，记录GPS数据，保存数据及影像文件，根据所述数据及影像文件进行缺陷识别。
进一步地，所述的线路跟踪：利用边缘检测与Hough直线检测算法进行电力线的实时检测，根据电力线在图像中的位置进行云台伺服控制，实现线路的在线跟踪，保证电力线始终在可见光摄像机的视野范围内；
所述的杆塔定位：利用GPS坐标信息对巡检车辆和杆塔的位置进行判断，当巡检车辆靠近杆塔时减速或停车进行数据采集，训练合适的深度学习模型实现图像中杆塔的定位，然后根据杆塔在图像中的位置调整云台角度，按照从上到下的顺序依次进行杆塔的可见光图像的采集，同时完成红外及超声数据的采集；
所述的缺陷识别：对采集到的可见光图像进行后台分析，利用图像处理及模式识别的方法检测线路及杆塔是否有鸟巢、风筝异物悬挂的缺陷，对于采集到的红外图像进行温度阈值报警，对超过温度阈值的部分进行报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在车载检测装置的结构设计上，满足模块化、小型化、易安装的特点。车载检测装置主要包括车顶检测组件和车内总控组件两部分，无需对车辆进行特殊改装，可方便地将检测装置安装到巡检车上，即可开展配电线路巡检作业。
2、通过本发明的应用，将提高配电线路巡视效率和巡视质量，解决人工现场巡视工作量大、效率低和质量差异大等问题，有力支撑配电网故障预警和主动抢修，为提升配电网供电可靠性提供技术保障。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为车顶巡检组件安装示意图；
图2为车顶巡检组件结构示意图；
图3为车顶检测设备结构示意图；
图4为车内总控组件安装示意图；
图5为车载检测装置工作时示意图；
图6为车载检测装置非工作时示意图。
附图中所示标号：1、车顶巡检组件；2、电源通讯线；3、巡检车辆；4、超声波局放监测终端；5、副驾驶座椅；6、车内总控组件；7、GPS定位模块；8、总控组件支架；9、车顶检测设备；10、云台；11、车顶支架；12、姿态传感器；13、可见光摄像机；14、红外热成像仪；15、超声波局放检测仪；16、通信装置；17、设备外壳；18、防雨盖；19、遥控手柄；20、车载工控机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了解决背景技术中指出的现有技术的不足，本发明利用电力机器人巡检技术，发明适用于配电线路巡检的车载检测装置，集成可见光摄像机、红外热成像仪、超声波局放检测仪，代替或辅助人工开展配电网智能巡检。利用地理坐标定位、视觉伺服和线路跟踪技术，在车辆移动过程中自动跟踪并定位配电线路及设备，智能识别配电线路及设备外观异常、热缺陷和绝缘问题，从而达到实时检测配电线路的目的。
本发明提出的一种适用于配电线路巡检的车载检测装置主要由车顶巡检组件1与车内总控组件6两部分组成，如图1及图4所示。
车顶巡检组件1主要包括车顶检测设备9、云台10、车顶支架11及姿态传感器12组成，如图2所示。考虑到车辆运行过程中路面颠簸会对可见光与红外采集数据带来不利影响，所以车顶巡检组件1中安装了姿态传感器12。云台10及姿态传感器12安装在车顶支架11上，车顶检测设备9安装在云台10上，车顶支架11安装在巡检车辆3车顶上方。车顶检测设备9主要由可见光摄像机13、红外热成像仪14、超声波局放检测仪15、通信装置16及设备外壳17组成，可见光摄像机13、红外热成像仪14、超声波局放检测仪15、通信装置16安装在设备外壳17内，如图3所示。车载检测装置工作时，超声波局放检测仪15前端不能遮挡，所以超声波局放检测仪15的信号接收端需穿过设备外壳17的前面板裸露在外，为防止阴雨天雨水通过超声波局放检测仪15的信号接收端进入设备内部，车载检测装置不工作时需拧上防雨盖18来保护设备。
考虑到车顶巡检组件1中包含了可见光摄像机13、红外热成像仪14及超声波局放检测仪15的检测设备，巡检过程中其输出数据量较大，因此车顶巡检组件1采用以太网通信方式与车内总控组件6进行数据传输。为使各种检测设备和云台10均能接入以太网通信网络，通信装置16内又包含了以太网通信转换模块，云台10控制用RS485通信及相关设备的RS232通信均转换为网路通信，之后接入通信装置16内部的“网络集线器(HUB)”。最后，车顶巡检组件1对外连接的以太网通线由HUB引出并与供电接口引出电源通讯线2依次经由巡检车辆3车顶、前挡风玻璃、发动机箱体后进入巡检车辆3内部与车内总控组件6连接。
车内总控组件6主要由超声波局放监测终端4、遥控手柄19及车载工控机20组成，车内总控组件6安装在总控组件支架8上，总控组件支架8与车体连接，安装在副驾驶座椅5后方，如图4所示。车载工控机20为车内总控组件6的核心，其上运行有配网车载巡检软件***，该软件包含了线路跟踪及数据采集、杆塔定位及数据采集、缺陷自动识功能。
线路跟踪：利用边缘检测与Hough直线检测算法进行电力线的实时检测，根据电力线在图像中的位置进行云台伺服控制，实现线路的在线跟踪，保证电力线始终在可见光摄像机的视野范围内；
杆塔定位：利用GPS坐标信息对巡检车辆和杆塔的位置进行判断，当巡检车辆靠近杆塔时减速或停车进行数据采集，训练合适的深度学习模型实现图像中杆塔的定位，然后根据杆塔在图像中的位置调整云台角度，按照从上到下的顺序依次进行杆塔的可见光图像的采集，同时完成红外及超声数据的采集。
缺陷识别：对采集到的可见光图像进行后台分析，利用图像处理及模式识别的方法检测线路及杆塔是否有鸟巢、风筝等异物悬挂的缺陷，对于采集到的红外图像进行温度阈值报警，对超过温度阈值的部分进行报警。
车载工控机20一方面连接通信装置实现检测数据接入软件***，另外还与遥控手柄19和GPS定位模块7连接，实现车内巡检人员对车顶巡检组件1的遥控控制与软件***对巡检车辆3当前运行状态的数据采集，GPS定位模块7安装在总控组件支架8上。
另外，由于车载巡检***需要对多种设备进行供电，车内总控组件6内还设计了供电***，从而保证各设备的电源的可靠供给。超声波局放监测终端4安装到车载工控机20上，从而形成对超声波局放检测仪14数据采集的实时监测。当巡检任务执行时，遥控手柄安放到车载工控机21内部卡槽内，巡检结束后，遥控手柄归位，如图5和图6所示。
本发明适用于配电线路巡检的车载检测装置的主要工作过程如下：
具体检测流程如下：
1)巡检汽车沿着配电线路以一定速度进行扫描式车载检测。
2)根据可见光相机的定位结果，将超声检测装置的中心对着被检测侧身进行超声波信号扫描。由于超声波信号有良好的方向性，因此在沿着线路移动检测时，需要改变超声检测器的方向，从不同的角度对设备进行检测。
3)发现异常后进行记录，然后调整云台，进行精确测量，改变超声检测器的对准角度，选取超声波声音最强的位置进行准确定位。超声波声音和分贝值最大的位置所指向的具体设备即为有缺陷设备。
4)将检测到的有缺陷设备通过调节可见光相机的焦距进行设备外观状态的观察，然后对有缺陷的设备进行拍照，记录GPS数据，保存影像文件，作为检测报告数据管理资料。
根据超声波局放检测原理，对采集的超声信号的波形和传播时间等信息，对电力设备的局部放电情况进行定量和定性分析，并可以对故障位置进行定位。大多数的超声波检测仪器根据超声波的幅值进行故障判别，为了提高局部放电故障检测的准确性，可以提取局部放电超声信号的多种特征进行设备局放状态分析。目前局部放电超声信号特征提取的常用方法有时域分析法、频域分析法和时频域分析法。在时域分析时可以选取采集信号的方差、绝对积分平均值、超声信号的峰度、偏度5个特征参数，频域分析法可以选取功率谱最大值、中值频率、平均功率3个特征参数。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.适用于配电线路巡检的车载检测装置，其特征在于，包括：相互通信的车顶巡检装置和车内总控装置，所述车顶巡检装置采集配电线路及设备的外观异常、热缺陷和/或绝缘缺陷信息并传送至车内总控装置；
所述车内总控装置自动定位巡检车辆，通过线路跟踪以及塔杆定位，控制巡检车辆按照预定的巡检线路行驶并完成线路巡检；同时接收车顶巡检装置发送的信息，实现配电线路及设备缺陷的自动识别；其中，
线路跟踪时，根据电力线在图像中的位置进行车顶巡检装置的云台伺服控制，使电力线始终在可见光摄像机的视野范围内；杆塔定位时，训练深度学习模型实现图像中杆塔的定位，根据杆塔在图像中的位置调整云台角度，按照从上到下的顺序依次进行杆塔的可见光图像的采集；其中，
所述车顶巡检装置包括：车顶支架以及安装在车顶支架上的云台；所述云台上安装车顶检测设备；所述车顶检测设备包括：可见光摄像机、红外热成像仪以及超声波局放检测仪中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的适用于配电线路巡检的车载检测装置，其特征在于，所述车顶巡检装置还包括：姿态传感器，所述姿态传感器与通过以太网通信方式与车内总控装置通信；
所述姿态传感器采集当前云台本体姿态并实时反馈至车内总控装置，所述车内总控装置根据当前云台本体姿态数据计算云台姿态补偿量，生成云台控制指令。
3.如权利要求1所述的适用于配电线路巡检的车载检测装置，其特征在于，所述车顶检测设备和云台通过以太网通信方式与车内总控装置通信。
4.如权利要求3所述的适用于配电线路巡检的车载检测装置，其特征在于，所述车顶检测设备还包括：通讯装置，所述通信装置内部设有以太网通信转换模块和网络集线器，车顶检测设备和云台的通信经过以太网通信转换模块转换为以太网通信方式，然后经过网络集线器引出后与车内总控装置连接。
5.如权利要求1所述的适用于配电线路巡检的车载检测装置，其特征在于，所述车内总控装置包括：车载工控机、遥控手柄和GPS定位模块，所述车载工控机与遥控手柄和GPS定位模块分别连接。
6.如权利要求5所述的适用于配电线路巡检的车载检测装置，其特征在于，所述车内总控装置还包括：超声波局放监测终端，所述超声波局放监测终端与车载工控机连接。
7.一种基于如权利要求1-6任一项所述的适用于配电线路巡检的车载检测装置的适用于配电线路巡检的车载检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过线路跟踪以及塔杆定位，控制巡检车辆沿着设定路线进行扫描式车载检测；
对被检测设备进行定位，根据定位结果，对被检测设备进行不同角度的超声波信号扫描，从不同的角度对设备进行检测；
发现设备异常后，调整云台角度，选取超声波声音最强的位置进行准确定位；超声波声音和分贝值最大的位置所指向的具体设备即为有缺陷设备；
对检测到的有缺陷设备进行设备外观状态的观察与拍照，记录GPS数据，保存数据及影像文件，根据所述数据及影像文件进行缺陷识别；
所述的线路跟踪包括：利用边缘检测与Hough直线检测算法进行电力线的实时检测，根据电力线在图像中的位置进行云台伺服控制，实现线路的在线跟踪，保证电力线始终在可见光摄像机的视野范围内；
所述的杆塔定位包括：利用GPS坐标信息对巡检车辆和杆塔的位置进行判断，当巡检车辆靠近杆塔时减速或停车进行数据采集，训练合适的深度学习模型实现图像中杆塔的定位，然后根据杆塔在图像中的位置调整云台角度，按照从上到下的顺序依次进行杆塔的可见光图像的采集，同时完成红外及超声数据的采集；
所述的缺陷识别包括：对采集到的可见光图像进行后台分析，利用图像处理及模式识别的方法检测线路及杆塔是否有鸟巢、风筝异物悬挂的缺陷，对于采集到的红外图像进行温度阈值报警，对超过温度阈值的部分进行报警。
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