CN113111714A - 一种应用于输电现场作业的风险防控*** - Google Patents

一种应用于输电现场作业的风险防控*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力电网自动巡检技术领域，提供一种应用于输电现场作业的风险防控***，包括信息采集单元，包括无人机体、激光雷达扫描组件和双光吊舱，所述无人机体按照规划的飞行航线飞行，所述激光雷达扫描组件和双光吊舱分别挂载在所述包括无人机体底部和前端，其中，激光雷达扫描组件用于获取输电线路的高精度点云，双光吊舱用于动态获取所述输电线路实时的可见光图像和热图像；本发明解决了现有技术中工作人员手动操控无人机进行巡检，其作业质量较差、作业效率较低，难以保障电网安全使用需求的问题。

Description

一种应用于输电现场作业的风险防控***
技术领域
本发明涉及电力电网自动巡检技术领域，具体涉及一种应用于输电现场作业的风险防控***。
背景技术
我国大部分地区的电力线路巡检仍旧以人工巡检为主，此类巡检方式不仅效率低下，对巡检人员安全构成严重威胁。
近年，无人机技术日趋成熟，人工智能技术不断发展，电力行业已经开始使用无人机大面积巡查电力线路，无人机已成为巡检人员高效安全完成巡检作业的最佳工具。
但在实际输电线路无人机巡检应用中，需要大量飞手操控无人机到达作业现场手动操控无人机执行巡检任务，而飞手操控水平直接决定巡检质量是否达标，作业效率、作业质量、作业频次难以保障电网安全使用需求，且针对获取的画面图像和热图像信息需要进行后期处理，才能确定缺陷隐患并作出风险评估，效率较低。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于输电现场作业的风险防控***，解决了现有技术中工作人员手动操控无人机进行巡检，其作业质量较差、作业效率较低，难以保障电网安全使用需求的问题。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种应用于输电现场作业的风险防控***，包括：
信息采集单元，包括无人机体、激光雷达扫描组件和双光吊舱，所述无人机体按照规划的飞行航线飞行，所述激光雷达扫描组件和双光吊舱分别挂载在所述包括无人机体底部和前端，其中，激光雷达扫描组件用于获取输电线路的高精度点云，双光吊舱用于动态获取所述输电线路实时的可见光图像和热图像；
信息管理中心，其至少包括点云处理模块、自动识别模块和红外解析模块，所述点云处理模块用于根据导入的高精度点云信息获得输电线路三维空间信息和三维模型；所述自动识别模块用于对实时图像中的对象和缺陷进行识别，所述红外解析模块用于对热图像进行输电线路的温度数据化显示；
可视化预警平台，用于将信息管理中心的数据进行可视化显示，并针对自动识别模块和红外解析模块提供预警功能，所述可视化预警平台与信息管理中心通过光缆进行双向通信，信息管理中心与信息采集单元之间通过中继站进行无线通信互联。
更进一步地，所述无人机体包括一对固定翼无人机，无人机体利用其飞控***、避障***分别沿输电线路的一侧飞行。
更进一步地，所述激光雷达扫描组件采用L iAi r250轻型激光雷达点云数据采集***,集成了中距激光雷达扫描仪、GNSS和IMU定位定姿***及存储控制单元，可实时、动态、海量采集高精度点云数据及丰富的影像信息，所述双光吊舱包括一云台、可见光相机及红外热像仪，所述可见光相机及红外热像仪固定设置在所述云台上。
更进一步地，所述三维空间信息包括所述输电线路的走廊内的地形、地貌、植被、建筑的点云数据，以及输电线路的部件，包括杆塔、导线、绝缘子、金具的点云数据。
更进一步地，所述点云处理模块基于三维空间信息建立有三维模型，通过在三维模型上建立连续地航点，形成所述飞行航线，其中在接近所述航点时减速飞行。
更进一步地，所述飞行航线建立的具体步骤为：建立无人机体的安全飞行距离的空间模型；在三维模型上对重点采集的对象进行标点；识别所述对象的边界，结合无人机体的空间模型，生成航点；相邻航点生成安全航迹，连接安全航迹形成飞行航线。
更进一步地，所述自动识别模块与可见光相机进行通信，自动识别模块利用图像识别技术和图像控制算法控制可见光相机精确识别、锁定目标，自动分析、检测缺陷并生成报告。
更进一步地，所述中继站包含有地面中继站与空中中继站两种中继模式，所述的地面中继模式为在输电杆塔上设立无线终端，所述空中中继模式为通过设立中继飞机终端来完成，通过4G或5G网络与信息管理中心进行数据交互。
有益效果
本发明提供了一种应用于输电现场作业的风险防控***，与现有公知技术相比，本发明的具有如下有益效果：
本发明通过以无人机体作为载体，通过将对输电线路的信息采集的激光雷达扫描组件和双光吊舱装在无人机体上，同时控制无人机体安装规划好的航线和预定模式进行飞行、检查，通过双光吊舱动态获取输电线路实时的可见光图像和热图像，利用可见光图像获知输电线路各部件的缺陷、损坏的信息，通过自动识别模块，可以及时、准确地获知具体什么部件产生的什么样的缺陷，在确定隐患后并可及时生成风险预警和风险报告；通过热图像获知各种裸露接头、连接体等产生的热故障，通过配合红外解析模块用于对热图像进行输电线路的温度数据化显示，可以直观地获知发热源以及具体发热温度，从而便于及时确定故障隐患；同时配合可视化平台进行多维度、全方位的全景可视化展示，实现智能化巡检，减轻了巡检作业人员的劳动强度和劳动时间，极大提升巡检作业质量和作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的风险防控***的结构框图；
图2为本发明的无人机巡检作业示意图；
图3为本发明的飞行航线建立原理示意图；
图4为本发明的飞行航线建立步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例：
本实施例公开的一种应用于输电现场作业的风险防控***，参照图1，包括信息采集单元，包括无人机体、激光雷达扫描组件和双光吊舱，无人机体按照规划的飞行航线飞行，激光雷达扫描组件和双光吊舱分别挂载在包括无人机体底部和前端，其中，激光雷达扫描组件用于获取输电线路的高精度点云，双光吊舱用于动态获取输电线路实时的可见光图像和热图像；
以及信息管理中心，其至少包括点云处理模块、自动识别模块和红外解析模块，点云处理模块用于根据导入的高精度点云信息获得输电线路三维空间信息和三维模型；自动识别模块用于对实时图像中的对象和缺陷进行识别，红外解析模块用于对热图像进行输电线路的温度数据化显示；
以及可视化预警平台，用于将信息管理中心的数据进行可视化显示，并针对自动识别模块和红外解析模块提供预警功能，可视化预警平台与信息管理中心通过光缆进行双向通信，信息管理中心与信息采集单元之间通过中继站进行通信互联。本实施中可视化预警平台采用PC端对信息管理中心上传的数据信息进行可视化处理。
参照图2，本实施例中的无人机体包括一对固定翼无人机，无人机体利用其飞控***、避障***分别沿输电线路的一侧飞行。其中，采用E6电动垂直起降固定翼无人机，E6无人机具有载重能力强，续航能力久的优势，一次起降可持续飞行最多超过3个小时，作业通道长度可最多可达200公里，相比多旋翼无人机大大提高了作业效率。同时，本实施例中采用一对固定翼无人机分布在输电线路的两侧进行巡检，可以2倍有效巡检效率，减少固定翼无人机在杆塔两侧转移产生大量行程上的浪费，降低了轨迹复杂性和无人机的飞行控制，一定程度上提高了飞行巡检的稳定性。
激光雷达扫描组件采用L iAi r250轻型激光雷达点云数据采集***，集成了中距激光雷达扫描仪、GNSS和I MU定位定姿***及存储控制单元，可实时、动态、海量采集高精度点云数据及丰富的影像信息，双光吊舱包括一云台、可见光相机及红外热像仪，可见光相机及红外热像仪固定设置在云台上。
三维空间信息包括输电线路的走廊内的地形、地貌、植被、建筑的点云数据，以及输电线路的部件，包括杆塔、导线、绝缘子、金具的点云数据。将获取的三维空间信息导入至点云处理模块中，可以全方位得到输电通道的当前状态，明确作业点交叉跨越情况、临近带电体距离、地形地貌等情况，指导辨识作业危险点，比如：树障清理作业前，利用机载激光雷达扫描准确量测线树距离，分析树木倒伏时与带电体的最危险距离，制定树木砍伐方案。
参照图3，其中，点云处理模块基于三维空间信息建立有三维模型，通过在三维模型上建立连续地航点，形成飞行航线，其中在接近航点时减速飞行；并在航点时保持悬浮姿态，保持机身固定，方便可见光相机对此处进行拍照或视频采集。
其中，参照图4，本实施中针对飞行航线建立的具体步骤为：
步骤一，建立无人机体的安全飞行距离的空间模型；
步骤二，在三维模型上对重点采集的对象进行标点；
步骤三，识别对象的边界，结合无人机体的空间模型，生成航点；
步骤四，相邻航点生成安全航迹，连接安全航迹形成飞行航线。
其中，在步骤三中，空间模型在相邻航点生成安全航迹时，通过空间模型沿着相邻航点之间的安全边界移动即可。其中，针对在三维模型上的标点，例如：对输电线路的各部件，包括杆塔的顶部、绝缘子或金具作为重点图像采集对象，在三维模型在其对应位置进行标点操作即可。其中，为了实现无人机体分别沿输电线路的一侧飞行的巡检方式，标点时只对杆塔的一侧进行标点。
自动识别模块与可见光相机进行通信，自动识别模块利用图像识别技术和图像控制算法控制可见光相机精确识别、锁定目标，自动分析、检测缺陷并生成报告。自动识别模块的存储***中可支持电力巡检中常见的9大类50多个小类的缺陷识别，按照国网、南网标准规范导出巡检报告。
中继站包含有地面中继站与空中中继站两种中继模式，参照图2，地面中继模式为在输电杆塔上设立无线终端，在地面环境复杂无法设立无线终端是，可采用空中中继模式为通过设立中继飞机终端来完成，通过4G或5G网络与信息管理中心进行数据交互。
本发明通过以无人机体作为载体，通过将对输电线路的信息采集的激光雷达扫描组件和双光吊舱装在无人机体上，通过激光雷达扫描组件获取输电线路的静态属性信息，利用点云处理软件建立输电线路及其周边的地貌和地况模型，并规划飞行轨迹，控制无人机体安装规划好的航线和预定模式进行飞行、检查。
通过双光吊舱动态获取输电线路实时的可见光图像和热图像，利用可见光图像获知输电线路各部件的缺陷、损坏的信息，通过自动识别模块，可以及时、准确地获知具体什么部件产生的什么样的缺陷，在确定隐患后并可及时生成风险预警和风险报告；通过热图像获知各种裸露接头、连接体等产生的热故障，通过配合红外解析模块用于对热图像进行输电线路的温度数据化显示，可以直观地获知发热源以及具体发热温度，从而便于及时确定故障隐患；同时配合可视化平台进行多维度、全方位的全景可视化展示，实现智能化巡检，减轻了巡检作业人员的劳动强度和劳动时间，极大提升巡检作业质量和作业效率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种应用于输电现场作业的风险防控***，其特征在于，包括：
信息采集单元，包括无人机体、激光雷达扫描组件和双光吊舱，所述无人机体按照规划的飞行航线飞行，所述激光雷达扫描组件和双光吊舱分别挂载在所述包括无人机体底部和前端，其中，激光雷达扫描组件用于获取输电线路的高精度点云数据，双光吊舱用于获取所述输电线路实时的可见光图像和热图像；
信息管理中心，至少包括点云处理模块、自动识别模块和红外解析模块，所述点云处理模块用于根据导入的高精度点云数据获得输电线路三维空间信息和三维模型；所述自动识别模块用于对实时图像中的对象和缺陷进行识别，所述红外解析模块用于对热图像进行输电线路的温度数据化显示；
可视化预警平台，用于将信息管理中心的数据进行可视化显示，并针对自动识别模块和红外解析模块提供预警功能，所述可视化预警平台与信息管理中心通过光缆进行双向通信，信息管理中心与信息采集单元之间通过中继站进行无线通信。
2.根据权利要求1所述的一种应用于输电现场作业的风险防控***，其特征在于，所述无人机体包括一对固定翼无人机，无人机体利用其飞控***、避障***分别沿输电线路的一侧飞行。
3.根据权利要求1所述的一种应用于输电现场作业的风险防控***，其特征在于，所述激光雷达扫描组件采用LiAir250轻型激光雷达点云数据采集***，集成了中距激光雷达扫描仪、GNSS和IMU定位定姿***及存储控制单元，可实时、动态、大量地采集高精度点云数据及丰富的影像信息，所述双光吊舱包括一云台、可见光相机及红外热像仪，所述可见光相机及红外热像仪固定设置在所述云台上。
4.根据权利要求1所述的一种应用于输电现场作业的风险防控***，其特征在于，所述三维空间信息包括所述输电线路的走廊内的地形、地貌、植被、建筑的点云数据，以及输电线路的部件，包括杆塔、导线、绝缘子、金具的点云数据。
5.根据权利要求4所述的一种应用于输电现场作业的风险防控***，其特征在于，所述点云处理模块基于三维空间信息建立有三维模型，通过在三维模型上建立连续地航点，形成所述飞行航线，其中在接近所述航点时减速飞行。
6.根据权利要求5所述的一种应用于输电现场作业的风险防控***，其特征在于，所述飞行航线建立的具体步骤为：
建立无人机体的安全飞行距离的空间模型；
在三维模型上对重点采集的对象进行标点；
识别所述对象的边界，结合无人机体的空间模型，生成航点；
相邻航点生成安全航迹，连接安全航迹形成飞行航线。
7.根据权利要求1所述的一种应用于输电现场作业的风险防控***，其特征在于，所述自动识别模块与可见光相机进行通信，自动识别模块利用图像识别技术和图像控制算法控制可见光相机精确识别、锁定目标，自动分析、检测缺陷并生成报告。
8.根据权利要求1所述的一种应用于输电现场作业的风险防控***，其特征在于，所述中继站包含有地面中继站与空中中继站两种中继模式，所述地面中继模式为在输电杆塔上设立无线终端，所述空中中继模式为通过设立中继飞机终端来完成，通过4G或5G网络与信息管理中心进行数据交互。
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