CN113359826A - 一种无人机智能电力巡检***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利主要涉及电力***检测领域，一种无人机智能电力巡检***，主要包括无人机电力巡检主体***和远程监控***，无人机电力巡检主体***包括无人机***、智能巡检***、地面控制中心和移动巡检车；远程监控***由总部中央控制室的***服务器搭建而成，与地面控制中心之间通信，对无人机电力巡检主体***进行远程监控。本发明还涉及一种无人机智能电力巡检方法。本发明利用无人机搭载智能巡检***，对输电线路进行定点巡检和长距离巡检，将无人机的飞行状态信息、传感器的参数信息、电池电量信息和航拍图像分别通过数据和图像传输模块传输至地面控制中心。
Description
技术领域
本发明专利主要涉及电力***检测领域，特别是涉及一种无人机智能电力巡检***及方法。
背景技术
目前的电力输电线路巡检方式主要是传统的人工巡检、直升机巡检，传统的巡检方式其工作主体主要是人，存在以下问题：检测速度较慢、效率低下、受天气因素的影响较大，且人工巡检方式受巡检人员主观判断力的影响易出现漏检和误检的现象，使输电线路存在安全隐患，对国家的经济和人民群众的安全造成损失；直升机巡检技术大多是工作人员搭载直升机对对输电线路进行拍摄，再通过人工分析所拍摄的图像，检查出存在的故障和隐患，这种方式受直升机自身因素影响拍摄难度较大，且存在“模糊、过曝、偏色、缺失、漏拍”等问题，尚未将深度学习算法和机器视觉技术融合到电力巡检***中。在远程监控***的参数显示界面显示分析报告中的分析结果信息；在远程监控***的结果图像显示界面用于故障检测的结果图像和航拍图像位置信息。
无人机智能电力巡检***具有以下优点：实时监控快速响应，可以实现自动对输电线路中存在的故障进行实时检测，不受工作人员主观因素的影响，工作效率较高；降低人力成本，减少人工现场作业，可以远程完成输电线路的定期巡检；可以在极寒、悬崖峭壁等恶劣环境中保持高效率工作；传统电力巡检方式需要人工控制无人机的路径、拍摄角度，对无人机操作人员经验要求高，现在可通过路径规划、AI识别目标自动完成整个电力巡检过程。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种无人机智能电力巡检***及方法，利用无人机搭载智能巡检***，对输电线路进行定点巡检和长距离巡检，将无人机的飞行状态信息、传感器的参数信息、电池电量信息和航拍图像分别通过数据和图像传输模块传输至地面控制中心；对无人机飞行姿态和成像设备拍摄角度进行调整，实时进行图像故障检测；地面控制中心于远程监控***通信，将每个巡检区域内检测完成的结果图像、航拍图像位置信息、无人机飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息和电池电量信息传输至远程监控***。
本发明专利为了解决上述问题，所采用的一种技术方案是：一种无人机智能电力巡检***，主要包括无人机电力巡检主体***和远程监控***，无人机电力巡检主体***包括无人机***、智能巡检***、地面控制中心和移动巡检车；远程监控***由总部中央控制室的***服务器搭建而成，与地面控制中心之间通信，对无人机电力巡检主体***进行远程监控。
优选的，无人机***包括无人机、导航定位模块、超声波传感器、速度传感器、高度计、照明模块、飞行控制器、数据无线传输模块和供电模块导航定位模块为GPS+北斗双定位***，用于获取无人机的位置信息，规划无人机巡检线路，实现对输电线路的跟踪以及对航拍图像的定位；照明模块用于在夜间、阴雨天气或者雾天等光线不好的条件下提供充足的照明以及拍摄时进行补光；速度传感器用于实时检测无人机的飞行速度；高度计用于实时检测无人机的飞行高度；飞行控制器根据地面控制中心发送的控制信号实时调整无人机的运行状态；数据无线传输模块在飞行控制器的控制下将无人机飞行状态信息、传感器信息和电池电量信息传输给地面控制中心，对无人机电力巡检***进行实时监测；供电模块包括蓄电池和太阳能电池板，为整个无人机电力巡检***供电。
优选的，照明模块为亮度高且穿透力强的LED双光灯。
优选的，蓄电池为12/24V电池，为***的主供电电源；太阳能电池板为备用电源。
优选的，数据无线传输模块包括发送端和接收端，使用GPRS远距离无线通信网络，介于2G和3G网络之间，通过TCP/IP网络传输协议传输无人机状态信息、传感器参数信息和电池电量信息，可以满足小数据量信号的传输。
优选的，智能巡检***搭载在无人机***上按照设定路线获取高质量输电线路航拍图像，智能巡检***包括微型计算机处理器、成像***、图像采集卡、存储器和图像无线传输模块。成像***获取航拍图像后，图像采集卡对航拍图像进行采集，传输至存储器进行存储。图像无线传输模块负责微型计算机处理器与地面控制中心通信，通过5G通信网络实时传输航拍图像，实现智能巡检***和地面控制中心的同步。
优选的，成像***包括相机保护仓、可见光摄像机、红外成像仪和紫外成像仪,可见光摄像机对杆塔部件及杆塔之间的输电线路进行实时航拍；红外成像仪对输电线路的表面温度进行检测，产生热量图，判断是否存在热故障；紫外成像仪对输电线路的表面异常放电进行检测；相机保护仓用来固定拍摄相机，提高成像质量，在相机不工作时相机保护仓关闭，保持相机镜头清洁。
优选的，可见光摄像机采用X5S云台相机。
优选的，地面控制中心搭载在移动巡检车上，包括地面监控模块和图像处理模块。地面监控模块与无人机***通信，用于获取无人机的飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息以及电池电量信息，实时调整无人机的飞行姿态，对传感器状态和周围环境状况进行监测；地面监控模块智能巡检***通信，获取航拍图像、对无人机进行任务调度；图像处理模块用于接收智能巡检***拍摄的航拍图像，使用Faster RCNN算法进行故障检测。
优选的，设置多辆巡检车，每辆巡检车搭载一个地面控制中心，同时与3-5架无人机***通信。在进行输电线路巡检时，每辆巡检车负责一块区域的输电线路，在区域内部通过事先规划的路径为每架无人机分配输电线路进行巡检。
优选的，远程监控***位于总部中央控制室中，包括***服务器和客户端，客户端搭载在***服务器上。远程监控***和巡检车上的地面控制中心之间建立通信，用于对无人机电力巡检主体***进行远程监控和控制。地面控制中心将每个巡检区域内检测完成的结果图像、航拍图像位置信息、无人机飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息和电池电量信息传输至远程监控***。
优选的，远程监控***的客户端主要包括2个监控界面，分别为参数显示界面和故障检测的结果图像显示界面。参数显示界面用于显示无人机飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息和电池电量信息；结果图像显示界面用于显示故障检测的结果图像和航拍图像位置信息。
优选的，一种无人机智能电力巡检方法，主要包括：
总部的远程监控***首先进行空域申请，指定每辆巡检车的输电线路巡检区域。巡检车按照指派的区域到达指定位置。每辆巡检车搭载的地面控制中心按照内置规划好的地图分别为区域内的无人机设备分配巡检线路，无人机按照规划的巡检线路进行巡检。
每辆巡检车搭载的地面控制中心按照内置规划好的地图分别为区域内的无人机分配巡检线路，无人机按照规划的巡检线路进行巡检。智能巡检***通过图像无线传输模块实时地将航拍图像和其位置信息传输至图像处理***服务器，首先对航拍图像的清晰度进行判断，若不清晰待巡检结束后返回至对应位置进行二次拍摄。通过预训练的故障检测模型对输电线路故障种类进行判断并对故障位置进行标记。
无人机根据设定路线飞行至检测区域内的第一个杆塔开始进行输电线路巡检。巡检方式包括两种：当无人机巡检至到达每个杆塔的绝缘子、防震锤和锁紧销巡检目标附近时，地面控制中心通过数据无线传输模块向无人机飞行控制器发送指令，无人机悬停。通过YOLOV3算法对巡检目标进行定位，根据定位情况调整无人机相机拍摄角度，使巡检目标位于相机镜头的居中位置进行拍摄，同时记录巡检目标所在的位置信息，将航拍图像传输至存储器进行存储。
智能巡检***通过图像无线传输模块实时地将航拍图像和其位置信息传输至地面控制中心的图像处理模块，首先对航拍图像的清晰度进行判断（像素分辨率），当分辨率小于500×500时视为不清晰，需巡检结束后返回至对应位置进行二次拍摄。通过FasterRCNN故障检测模型对输电线路故障种类进行判断并对故障位置进行标记。
地面控制中心将每个巡检区域内检测完成的结果图像、航拍图像位置信息、无人机飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息和电池电量信息传输至远程监控***。
在公司远程监控***登录客户端，可以通过监控界面实时监测航拍图像故障检测结果及其位置信息、航拍图像位置信息、无人机飞行状态信息、所有传感器信息以及电池电量信息。同时公司远程控制***还可以向每个地面控制中心发送指令，用于实现远程调度无人机巡检任务。
当巡检任务结束后，无人机返回巡检车。
本发明具有以下有益效果：
（1）实时监控快速响应，通过YOLO3目标检测算法可以实现自动对输电线路中存在的故障进行实时检测，不受工作人员主观因素的影响，工作效率较高。降低人力成本，减少人工现场作业，可以远程完成输电线路的定期巡检。
（2）设置数据无线传输模块用于无人机向地面控制中心传输无人机姿态信息、传感器参数信息和电池电量信息；设置图像数据传输模块用于智能巡检***向地面控制中心传输航拍图像。可保证图像传输和数据传输互不干扰。
（3）无人机智能电力巡检***受自然环境因素的影响较小，可以在极寒、悬崖峭壁等恶劣环境中保持高效率工作。
（4）传统电力巡检方式需要人工控制无人机的路径、拍摄角度，对无人机操作人员经验要求高，现在可通过路径规划、AI识别目标自动完成整个电力巡检过程。
当然实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为移动巡检车示意图；
图2为本发明的无人机电力巡检主体***的***框图；
图3为远程监控***结构图；
图4为本发明的一种无人机智能电力巡检方法流程图；
其中，1、无人机***，2、地面控制中心，3、移动巡检车。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行详细清晰地说明。所描述的实施例仅为本发明的部分实施例，不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图2和图3所示，本发明的一种无人机智能电力巡检***主要包括无人机电力巡检主体***和远程监控***，无人机电力巡检主体***包括无人机***部分、智能巡检***部分和地面控制中心部分；无人机***搭载智能巡检***按照设定路线获取高质量输电线路航拍图像；地面控制中心搭载在移动巡检车上；地面控制中心与无人机***通信，用于获取无人机的飞行状态信息、传感器的状态信息以及电池电量信息，实时调整无人机的飞行姿态，对传感器状态和周围环境状况进行监测；地面控制中心与智能巡检***通信，获取无人机航拍图像、对无人机进行任务调度。同时设置多辆移动巡检车，每辆巡检车与多个无人机通信，分别负责一个区域内的输电线路故障检测任务。远程监控***由总部中央控制室的***服务器搭建而成，与地面控制中心进行通信，对无人机电力巡检主体***进行远程监控。
参阅图1所示，每辆巡检车搭载一个地面控制中心，同时与3-5架无人机设备通信。在进行输电线路巡检时，每辆巡检车负责一块区域的输电线路，在区域内部通过事先规划的路径为每架无人机分配输电线路进行巡检。
参阅图2所示，无人机***包括无人机、导航定位模块、超声波传感器、高度计、速度传感器、照明模块、飞行控制器、数据无线传输模块和供电模块。
参阅图2所示，导航定位模块为GPS+北斗双定位***，用于获取无人机的位置信息，规划无人机巡检线路，实现对输电线路的跟踪以及对航拍图像的定位；照明模块用于在夜间、阴雨天气或者雾天等光线不好的条件下提供充足的照明以及拍摄时进行补光；高度计用于实时检测无人机的飞行高度；速度传感器用于实时检测无人机的飞行速度；高度计用于实时检测无人机的飞行高度；飞行控制器根据地面控制中心发送的控制信号实时调整无人机的运行状态；数据无线传输模块在飞行控制器的控制下将无人机飞行状态信息、传感器信息和电池电量信息传输给地面控制中心，对无人机电力巡检主题***进行实时监测；供电模块包括蓄电池和太阳能电池板，为无人机电力巡检主体***供电。
参阅图2所示，智能巡检***包括微型计算机处理器、成像***、图像采集卡、存储器和图像无线传输模块。成像***获取航拍图像后，图像采集卡对航拍图像进行采集，传输至存储器进行存储。图像无线传输模块负责微型计算机处理器与地面控制中心通信，通过5G通信网络实时传输航拍图像，实现智能巡检***和地面图像处理模块的同步。
参阅图2所示，成像***包括相机保护仓、可见光摄像机、红外成像仪和紫外成像仪,可见光摄像机对杆塔部件及杆塔之间的输电线路进行实时航拍；红外成像仪对输电线路的表面温度进行检测，产生热量图，判断是否存在热故障；紫外成像仪对输电线路的表面异常放电进行检测；相机保护仓用来固定拍摄相机，提高成像质量，在相机不工作时相机保护仓关闭，保持相机镜头清洁。
参阅图2所示，地面控制中心包括地面监控模块、图像处理模块。
参阅图2所示，地面监控***服务器数据无线传输模块连接，接收无人机***发送的无人机飞行状态信息、GPS位置信息、传感器信息和电池电量信息；和图像处理***服务器连接，当存在拍摄质量较低的图像时，通过数据无线传输模块和图像无线传输模块向无人机***和智能巡检模块发送反馈控制信号，调整无人机飞行姿态和成像***设备拍摄角度，重新拍摄图像。
参阅图2所示，图像处理模块和图像无线传输模块连接，接收智能巡检模块发送的无人机航拍图像，对其进行故障检测；和地面监控模块连接，当有拍摄质量较低的图像时，接收来自地面监控中心的控制指令，通过图像无线传输模块反馈至智能巡检模块，调整成像***设备的拍摄角度，重新拍摄图像。
参阅图3所示，远程监控***位于总部中央控制室中，包括***服务器和客户端，客户端搭载在***服务器上。多台***服务器组成计算机集群，和移动巡检车上的地面控制中心之间建立通信，用于对无人机电力巡检主体***进行远程监控和控制。地面控制中心将每个巡检区域内检测完成的结果图像、航拍图像位置信息、无人机飞行状态信息、传感器信息和电池电量信息传输至远程监控***。
参阅图3所示，远程监控***的客户端主要包括2个组态界面，分别为参数显示界面和故障检测的结果图像显示界面。参数显示界面用于显无人机飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息和电池电量信息；结果图像显示界面用于显示故障检测的结果图像和航拍图像位置信息。
参阅图1、图2和图3所示，无人机智能电力巡检***的具体巡检步骤为：
总部的远程监控***首先进行空域申请，指定每辆巡检车的输电线路巡检区域。巡检车按照指派的区域到达指定位置。
每辆巡检车搭载的地面控制中心按照内置规划好的地图分别为区域内的无人机设备分配巡检线路，无人机按照规划的巡检线路进行巡检。
无人机根据设定路线飞行至检测区域内的第一个杆塔开始进行输电线路巡检。巡检方式包括两种：当无人机巡检至到达每个杆塔的绝缘子、防震锤和锁紧销巡检目标附近时，地面控制中心通过数据无线传输模块向无人机飞行控制器发送指令，无人机悬停。通过YOLOV3算法对巡检目标进行定位，根据定位情况调整无人机相机拍摄角度，使巡检目标位于相机镜头的居中位置进行拍摄，同时记录巡检目标所在的位置信息，将航拍图像传输至存储器进行存储。
智能巡检***通过图像无线传输模块实时地将航拍图像和其位置信息传输至地面控制中心的图像处理模块，首先对航拍图像的清晰度进行判断（像素分辨率），当分辨率小于500×500时视为不清晰，需巡检结束后返回至对应位置进行二次拍摄。通过FasterRCNN故障检测模型对输电线路故障种类进行判断并对故障位置进行标记。
多个地面控制中心服务器连接进入统一的以太网，和总部远程监控***建立联系。在两端同时设置防火墙，通过设置IP地址和登录权限组成统一的***。将故障检测结果图像、航拍图像的位置信息以及无人机的飞行状态信息、所有传感器参数信息和电池电量信息据通过传输至远程监控***。
在公司远程监控***登陆客户端，可以通过参数显示界面实时的监测无人机飞行状态信息、所有传感器信息和电池电量信息，通过结果图像显示界面检测航拍图像故障检测结果及其位置信息。同时公司远程控制***服务器还会向每个地面控制基站发送指令，用于实现远程调度无人机巡检任务。
当巡检任务结束后，无人机返回巡检车。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种无人机智能电力巡检***，其特征在于：包括无人机电力巡检主体***和远程监控***，无人机电力巡检主体***包括无人机***、智能巡检***、地面控制中心和移动巡检车；远程监控***由总部中央控制室的***服务器搭建而成，与地面控制中心之间通信，对无人机电力巡检主体***进行远程监控。
2.根据权利要求1所述的一种无人机智能电力巡检***，其特征在于：无人机***包括无人机、导航定位模块、超声波传感器、速度传感器、高度计、照明模块、飞行控制器、数据无线传输模块和供电模块，飞行控制器根据地面控制中心发送的控制信号实时调整无人机的运行状态；数据无线传输模块在飞行控制器的控制下将无人机飞行状态信息、所有传感器信息和电池电量信息传输给地面控制中心，对无人机电力巡检***进行实时监测。
3.根据权利要求1所述的一种无人机智能电力巡检***，其特征在于：智能巡检***搭载在无人机***上按照设定路线获取输电线路航拍图像，智能巡检***包括微型计算机处理器、成像***、图像采集卡、存储器和图像无线传输模块，成像***获取航拍图像后，图像采集卡对航拍图像进行采集，传输至存储器进行存储，图像无线传输模块负责微型计算机处理器与地面控制中心通信，通过5G通信网络实时传输航拍图像，实现智能巡检***和地面控制中心的同步。
4.根据权利要求2所述的一种无人机智能电力巡检***，其特征在于：地面控制中心搭载在移动巡检车上，包括地面监控模块和图像处理模块，地面监控模块与无人机***通信，用于获取无人机的飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息以及电池电量信息，实时调整无人机的飞行姿态，对传感器状态和周围环境状况进行监测；地面监控模块智能巡检***通信，获取航拍图像、对无人机进行任务调度；图像处理模块用于接收智能巡检***拍摄的航拍图像，使用Faster RCNN算法进行故障检测。
5.根据权利要求1所述的一种无人机智能电力巡检***，其特征在于：设置多辆巡检车，每辆巡检车搭载一个地面控制中心，同时与3-5架无人机***通信，在进行输电线路巡检时，每辆巡检车负责一块区域的输电线路，在区域内部通过事先规划的路径为每架无人机分配输电线路进行巡检。
6.根据权利要求1所述的一种无人机智能电力巡检***，其特征在于，远程监控***位于总部中央控制室中，包括***服务器和客户端，客户端搭载在***服务器上，远程监控***和巡检车上的地面控制中心之间建立通信，用于对无人机电力巡检主体***进行远程监控和控制，地面控制中心将每个巡检区域内检测完成的结果图像、航拍图像位置信息、无人机飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息和电池电量信息传输至远程监控***。
7.根据权利要求6所述的一种无人机智能电力巡检***，其特征在于：远程监控***的客户端主要包括2个监控界面，分别为参数显示界面和故障检测的结果图像显示界面，参数显示界面用于显无人机飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息和电池电量信息；结果图像显示界面用于显示故障检测的结果图像和航拍图像位置信息。
8.一种无人机智能电力巡检方法，其特征在于按如下步骤进行：
（1）总部的远程监控***首先进行空域申请，指定每辆巡检车的输电线路巡检区域，巡检车按照指派的区域到达指定位置；
（2）每辆巡检车搭载的地面控制中心按照内置规划好的地图分别为区域内的无人机分配巡检线路，无人机按照规划的巡检线路进行巡检；
（3）无人机根据设定路线飞行至检测区域内的第一个杆塔开始进行输电线路巡检；巡检方式包括两种：当无人机巡检至到达每个杆塔的绝缘子、防震锤和锁紧销巡检目标附近时，地面控制中心通过数据无线传输模块向无人机飞行控制器发送指令，无人机悬停，通过YOLOV3算法对巡检目标进行定位，根据定位情况调整无人机相机拍摄角度，使巡检目标位于相机镜头的居中位置进行拍摄，同时记录巡检目标所在的位置信息，将航拍图像传输至存储器进行存储；
（4）智能巡检***通过图像无线传输模块实时地将航拍图像和其位置信息传输至地面控制中心的图像处理模块，首先对航拍图像的清晰度进行判断（像素分辨率），当分辨率小于500×500时视为不清晰，需巡检结束后返回至对应位置进行二次拍摄，通过Faster RCNN故障检测模型对输电线路故障种类进行判断并对故障位置进行标记；
（5）地面控制中心将每个巡检区域内检测完成的结果图像、无人机飞行状态信息、GPS位置信息、所有传感器信息和电池电量信息传输至远程监控***；
（6）在公司远程监控***登录客户端，可以通过监控界面实时监测航拍图像故障检测结果及其位置信息、航拍图像位置信息、无人机飞行状态信息、所有传感器信息以及电池电量信息，同时公司远程控制***还可以向每个地面控制中心发送指令，用于实现远程调度无人机巡检任务；
（7）当巡检任务结束后，无人机返回巡检车。
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