CN110530366A - 一种输电线路建模的航线规划***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输电线路建模的航线规划***，用于无人机对输电线路倾斜摄影三维建模，包括无人机遥控器、RTK定位模块、无人机、陀螺仪、拍摄模块、数据收发模块和数据处理平台，所述的无人机包括飞控***及机身，所述的RTK定位模块、陀螺仪、数据收发模块、拍摄模块设置于机身上，飞控***与无人机遥控器建立无线连接；RTK定位模块、陀螺仪、拍摄模块与数据收发模块电连接，数据收发模块与数据处理平台建立无线连接。本发明可缩短影像数据采集时间、减少无效作业区域，提高影像数据采集效率，减少了作业数据量，提高建模速度。

Description

一种输电线路建模的航线规划***和方法

技术领域

本发明涉及无人机控制的技术领域和高压输电线路杆塔三维建模技术领域，更具体地，涉及一种输电线路建模的航线规划***和方法。

背景技术

高压输电线路是保证电网稳定运行的大动脉，是保证社会电力供应的基石。然而输电线路结构复杂，设备型号繁多、线路路径信息千差万别，传统的线路设备数据种类多，格式不同，原始的资料更是由于年代久远难辨错对，这严重影响了输电设备的运维管理，造成极大的安全隐患。随着计算机、测绘、地理信息和无人机航天技术的发展，为构建输电线路三维可视化模型提供了技术支持。输电线路设备的数据信息管理正向着更安全可靠的三维数字电网方向发展。

现有的输电线路三维建模方法主要包括以下两种：一、有人直升机或无人机搭载激光雷达进行激光扫描构建三维模型；二、无人机搭载可见光相机进行倾斜摄影，通过后期拼接影像数据进行三维建模。然而这两种方法都存在着不同程度的缺点，其中有人直升机搭载激光雷达建模成本高、巡视操作难度大、作业规范性差、质量参差不齐，难以在大多数省级、地市级线路运维单位推广使用；无人机搭载激光雷达建模，激光雷达设备昂贵，设备众多，操作复杂，技术门槛较高，作业灵活性较差，难以大面积推广使用。小型的RTK无人机搭载可见光相机通过倾斜摄影进行三维建模，虽然能有效降低作业成本和操作复杂程度，提高了作业的灵活性，但是现有的倾斜摄影方法仍然存在着以下三方面的问题：一、影像数据采集时间过长，倾斜摄影需要从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，若采用单云台无人机进行同输电线路区域的三维建模，需要飞行五个架次采集影像，耗费了大量时间；二、影像数据采集效率低，现有的倾斜摄影方法只能框定四边形区域进行影像采集，运用该方法建立输电线路三维模型必然会拍摄线路附近的无需建模区域，降低了影像数据采集效率，影响了作业效率；三、作业数据量大，建模速度慢，倾斜摄影采集五个不同角度的影像数据，数据量巨大，大大地增加了数据解算的难度，影响了建模速度。因此亟需一种灵活高效的输电线路三维建模方法，高质、高效、高安全性完成输电线路三维建模，以节省大量的人力物力。

发明内容

针对现有技术中输电线路建模方法建模成本高、巡视操作难度大、作业规范性差、质量参差不齐的技术缺陷，本发明提供一种输电线路建模的航线规划***，本发明采用的技术方案是：

一种输电线路建模的航线规划***，用于无人机对输电线路倾斜摄影三维建模，包括无人机遥控器、RTK定位模块、无人机、陀螺仪、拍摄模块、数据收发模块和数据处理平台，所述的无人机包括飞控***及机身，所述的RTK定位模块、陀螺仪、数据收发模块、拍摄模块设置于机身上，飞控***与无人机遥控器建立无线连接；RTK定位模块、陀螺仪、拍摄模块与数据收发模块电连接，数据收发模块与数据处理平台建立无线连接。

在一种优选方案中，还包括终端，所述的终端包括数据收发模块、存储模块、显示模块，存储模块、显示模块与数据收发模块电连接，数据收发模块与数据处理平台经理无线连接。

在一种优选方案中，所述的数据收发模块为zigbee模块或GPRS模块，所述的无人机遥控器通过WiFi技术与飞控***建立连接。

在一种优选方案中，所述的拍摄模块为摄像机或手机。

在一种优选方案中，还包括高度测试仪，高度测试仪搭载在机身上，所述的高度测试仪与数据收发模块电连接。

本发明还提供一种输电线路建模的航线规划方法，所述方法基于上述的输电线路建模的航线规划***，包括以下步骤：

S1：无人机遥控器匹配无人机型号，无人机遥控器连接无人机后可自动根据无人机的机型进行参数匹配，获取飞控***的详细参数信息，为实时控制无人机导航、航拍等作业提供了安全稳定的运行环境，为计算最优的飞行路径和保证飞行安全提供基础数据支撑。

S2：通过无人机遥控器选择飞行线路和杆塔区段，自动设置参数，规划飞行航线；数据处理平台自动计算规划最优的飞行路径，自动生成无人机输电线路三维航测数据智能采集航线；

S3：数据处理平台上传航线至无人机飞控***，无人机进行飞行前安全检查；数据处理平台生成飞行航线后，无人机飞控***自动执行飞行前安全检查，检查飞行航高、电池容量、无人机RTK定位状态与精度、存储卡容量、作业时间等等信息，任一参数超出警报值，均无法起飞执行航线任务，以此保证无人机作业的安全可靠；

S4：无人机根据航线飞行并采集影像数据，当上传飞行航线，飞行前安全检查完成并未发现异常后，无人机自动起飞，按规划好的航线执行输电线路三维航测数据智能采集作业；

S5：结束飞行作业，上传数据至数据处理平台，自动处理三维建模，生成输电线三维模型。航测数据采集完毕后，无人机自动返航，降落，通过无人机遥控器将采集数据上传至数据处理平台，数据处理平台即可自动处理作业照片，最终生成输电线路三维模型。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)缩短影像数据采集时间。该发明结合输电线路走向，提供了一种高效建模的航线规划方法，只需飞行一个驾次，即可完成输电线路三维建模所需航测影像数据的采集，相比于需要飞行五个架次采集影像的倾斜摄影方法，可大大缩短影像数据采集时间，提高采集速度，保证了采集作业的快速进行。

(2)减少无效作业区域，提高影像数据采集效率。通过智能航线规划算法，自动生成与输电线路相适应的最高效、优质的输电线路三维建模航线，利用该方法可有效减少无人机拍摄到无需建模区域影像数据的几率，与具有大量无效区域影像采集作业的倾斜摄影航线相比，该方法有效地提高了影像数据采集作业的效率，保证了输电线路三维建模的高效性和有效性。

(3)减少了作业数据量，提高建模速度。该发明通过自动规划最优三维建模航线，可在保证输电线路三维建模质量的基础上，极大地减少了影像数据采集数量，从而减少了数据解算的难度。这大大减少了数据处理的工作量，提高了建模的速度和效率。

附图说明

图1为本发明提供的输电线路建模的航线规划***的***示意图；

图2为本发明提供的输电线路建模的航线规划方法的流程图；

图3为实施例3提供的航线规划的具体步骤。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种输电线路建模的航线规划***，用于无人机对输电线路倾斜摄影三维建模，包括无人机遥控器、RTK定位模块、无人机、陀螺仪、拍摄模块、数据收发模块和数据处理平台，所述的无人机包括飞控***及机身，所述的RTK定位模块、陀螺仪、数据收发模块、拍摄模块设置于机身上，飞控***与无人机遥控器建立无线连接；RTK定位模块、陀螺仪、拍摄模块与数据收发模块电连接，数据收发模块与数据处理平台建立无线连接。

在一种优选方案中，还包括终端，所述的终端包括数据收发模块、存储模块、显示模块，存储模块、显示模块与数据收发模块电连接，数据收发模块与数据处理平台经理无线连接。

在一种优选方案中，所述的数据收发模块为zigbee模块或GPRS模块，所述的无人机遥控器通过WiFi技术与飞控***建立连接。

在一种优选方案中，所述的拍摄模块为摄像机或手机。

在一种优选方案中，还包括高度测试仪，高度测试仪搭载在机身上，所述的高度测试仪与数据收发模块电连接。

实施例2

本发明还提供一种输电线路建模的航线规划方法，所述方法基于上述的输电线路建模的航线规划***，包括以下步骤：

S1：无人机遥控器匹配无人机型号，无人机遥控器连接无人机后可自动根据无人机的机型进行参数匹配，获取飞控***的详细参数信息，为实时控制无人机导航、航拍等作业提供了安全稳定的运行环境，为计算最优的飞行路径和保证飞行安全提供基础数据支撑；

S2：通过无人机遥控器选择飞行线路和杆塔区段，自动设置参数，规划飞行航线；数据处理平台自动计算规划最优的飞行路径，自动生成无人机输电线路三维航测数据智能采集航线；

S3：数据处理平台上传航线至无人机飞控***，无人机进行飞行前安全检查；

S4：无人机根据航线飞行并采集影像数据，当上传飞行航线，飞行前安全检查完成并未发现异常后，无人机自动起飞，按规划好的航线执行输电线路三维航测数据智能采集作业；

S5：结束飞行作业，上传数据至数据处理平台，自动处理三维建模，生成输电线三维模型。

实施例3

本实施例提供本发明的航线规划方法具体流程，请参阅图1，其为本发明的航线规划方法具体飞行数据采集航线示意图。在本实施例中，假设需要拍摄的区域为杆塔1至杆塔2的输电线路区段，从起始点到结束点共经过4条航线，分别为A、B、C、D。飞行时具体步骤为：

(1)无人机起飞到达起始点，从起始点开始执行航线A，绕着杆塔1定点拍照，在本实施例中，航线A共设置了18个航点。数据处理平台会根据杆塔高度进行最优的航点数量设置，同时也会设置航点与杆塔坐标距离，具体的距离计算公式为：距离L＝无人机飞行航高H*tan(20°)。

(2)无人机在航线A飞行时无人机机头自动调整，朝向航线中心的杆塔1坐标点，相机镜头与机头方向一致，到达固定航点后，调整相机镜头垂直方向，向下倾斜80度，拍摄第一张照片，随后再调整相机镜头垂直方向，向下倾斜70度，拍摄第二张照片，每个航点共拍摄两张照片。直到航线A最后一个航点拍摄完毕后，无人机进入航点B1。

(3)无人机沿着航点B1和航点B2的连线飞行，此航线B为杆塔1与杆塔2坐标点连线相互平行的航线，在杆塔1与杆塔2坐标点连线的上方，距离根据无人机飞行高度自动设置，具体的距离计算公式为：距离L＝无人机飞行航高H*tan(15°)。

(4)无人机在航线B飞行时无人机机头固定朝向，朝向为航点B1向杆塔1坐标点的方向，拍摄模块镜头与无人机机头方向一致，相机向下倾斜80度，固定时间间隔每2秒拍摄一张照片，到达航点B2后结束拍照，无人机进入与航点C1。

(5)无人机到达航点C1，从C1开始执行航线C，绕着杆塔2定点拍照，在本实施例中，航线C共设置了18个航点。数据处理平台会根据杆塔高度进行最优的航点数量设置，同时也会设置航点与杆塔坐标距离，具体的距离计算公式为：距离L＝无人机飞行航高H*tan(20°)。

(6)无人机在航线C飞行时无人机机头自动调整，朝向航线中心的杆塔2坐标点，相机镜头与机头方向一致，到达固定航点后，调整相机镜头垂直方向，向下倾斜80度，拍摄第一张照片，随后再调整相机镜头垂直方向，向下倾斜70度，拍摄第二张照片，每个航点共拍摄两张照片。直到航线C最后一个航点拍摄完毕后，无人机进入航点D1。

(7)无人机沿着航点D1和结束点的连线飞行，此航线D为杆塔1与杆塔2坐标点连线相互平行的航线，在杆塔1与杆塔2坐标点连线的下方，距离根据无人机飞行高度自动设置，具体的距离计算公式为：距离L＝无人机飞行航高H*tan(15°)。

(8)无人机在航线D飞行时无人机机头固定朝向，朝向为航点D1向杆塔2坐标点的方向，相机镜头与机头方向一致，相机向下倾斜80度，固定时间间隔每2秒拍摄一张照片，到达结束点后结束拍照，无人机返回起飞点，降落，结束输电线路三维建模数据采集飞行作业。

(9)结束飞行作业，上传数据至数据处理平台，自动处理三维建模，生成输电线三维模型。航测数据采集完毕后，无人机自动返航，降落，通过智能终端将采集数据上传至数据处理平台，数据处理平台即可自动处理作业照片，最终生成输电线路三维模型。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种输电线路建模的航线规划***，用于无人机对输电线路倾斜摄影三维建模，其特征在于，包括无人机遥控器、RTK定位模块、无人机、陀螺仪、拍摄模块、数据收发模块和数据处理平台，所述的无人机包括飞控***及机身，所述的RTK定位模块、陀螺仪、数据收发模块、拍摄模块设置于机身上，飞控***与无人机遥控器建立无线连接；RTK定位模块、陀螺仪、拍摄模块与数据收发模块电连接，数据收发模块与数据处理平台建立无线连接。

2.根据权利要求1所述的输电线路建模的航线规划***，其特征在于，还包括终端，所述的终端包括数据收发模块、存储模块、显示模块，存储模块、显示模块与数据收发模块电连接，数据收发模块与数据处理平台经理无线连接。

3.根据权利要求1所述的输电线路建模的航线规划***，其特征在于，所述的数据收发模块为zigbee模块或GPRS模块，所述的无人机遥控器通过WiFi技术与飞控***建立连接。

4.根据权利要求1所述的输电线路建模的航线规划***，其特征在于，所述的拍摄模块为摄像机或手机。

5.根据权利要求1所述的输电线路建模的航线规划***，其特征在于，还包括高度测试仪，高度测试仪搭载在机身上，所述的高度测试仪与数据收发模块电连接。

6.一种输电线路建模的航线规划方法，所述方法基于权利要求1-5所述的输电线路建模的航线规划***，其特征在于，包括以下步骤：

S1：无人机遥控器匹配无人机型号，无人机遥控器连接无人机后可自动根据无人机的机型进行参数匹配，获取飞控***的详细参数信息，为实时控制无人机导航、航拍等作业提供了安全稳定的运行环境，为计算最优的飞行路径和保证飞行安全提供基础数据支撑；

S2：通过无人机遥控器选择飞行线路和杆塔区段，自动设置参数，规划飞行航线；数据处理平台自动计算规划最优的飞行路径，自动生成无人机输电线路三维航测数据智能采集航线；

S3：数据处理平台上传航线至无人机飞控***，无人机进行飞行前安全检查；

S4：无人机根据航线飞行并采集影像数据，当上传飞行航线，飞行前安全检查完成并未发现异常后，无人机自动起飞，按规划好的航线执行输电线路三维航测数据智能采集作业；

S5：结束飞行作业，上传数据至数据处理平台，自动处理三维建模，生成输电线三维模型。