CN113362487A - 配电线路无人机智能自主巡检统一管控*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，包括无人机和用于控制无人机的智能化统一管控模块；所述无人机用于实时获取配电线路的空域气象环境的图像信息及空气气体参数；所述智能化统一管控模块将无人机获取的气象环境的图像信息及空气气体参数进行数据分析处理，进而能够实时分析试点线路配电网无人机所经空域的气象环境，并基于若干条巡检路径的微气象预测信息，智能规划无人机巡检方案。本发明的***对巡检计划、作业过程统一标准化管理，实现无人机自主巡检工作。提高工作效率、工作质量和安全性；加强对作业结果的分析，大幅提高管理决策水平，同时也通过无人机巡检***来保证电网安全运行和稳定，提高供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及无人机智能巡检控制技术领域，尤其涉及一种10kV配电线路无人机智能自主巡检统一管控***。
背景技术
配电网作为电网重要的组成部分，是大型输电网和用户对接的重要环节，***的安全、可靠运行直接影响到整个电网***的正常运行及用户的日常生产生活。对配电网线路进行定期巡视检查，随时了解和掌握配电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，是确保供电安全的基础。
目前，城郊、农村及山林地区配电架空线路存在线路长、所处路况复杂、基层班组巡维不便，巡检无人机续航里程短、巡检效率低等问题。所以提出了一种基于无线充电续航技术的配电自主巡检无人机研发与应用，提升无人机续航能力及配电网巡检效率。
配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。相对主网输电线路杆塔来说，配电网杆塔高度绝大部分为9—15米，由于其低矮特性，手动操控无人机时常遭遇无线电遮挡，作业风险极高，容易出现飞行事故。同时，受低空信号干扰，传统无人机只能在500米范围以内飞行，这给配电线路巡检带来一定的困难。如何通过自主研发，实现配电网无人机的自动巡检，是配电网公司面临一项技术挑战，其研究成果将大幅提高无人机自主作业能力，全面提升配电网巡检效率，降低基层班组人员巡检工作量。
在配电网的场景线路规划复杂，特别针对城郊、农村及山林地区配电架空线路存在线路长，且所处路况复杂不便于基层班组巡维的问题，部分区域存在通信信号覆盖质量不佳，对基于运营商网络进行RTK服务播发的条件下，导致巡检精度无法到达自主飞行质量要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，主要用于10KV的配电线路巡检管控。可以解决现有技术中巡检精度无法到达自主飞行质量要求的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，包括无人机和用于控制无人机的智能化统一管控模块；所述无人机用于实时获取配电线路的空域气象环境的图像信息及空气气体参数；所述智能化统一管控模块将无人机获取的气象环境的图像信息及空气气体参数进行数据分析处理，进而能够实时分析试点线路配电网无人机所经空域的气象环境，并基于若干条巡检路径的微气象预测信息，智能规划无人机巡检方案。
进一步的，智能化统一管控模块包括：
图像与命令发送模块，用于将获取的空域气象环境的图像信息及空气气体参数进行数据分析处理，并发送至路径智能规划模块；
路径智能规划模块，用于在线规划航点航线，智能规划无人机巡检方案；
任务下发管理模块，用于查看每个任务的执行情况、采集的数据和相关日志；
多节点控制模块，用于同时控制多个设备，对上层提供API；
设备监控模块，用于实时回传设备信息；
视频回传与云台控制模块，采用webrtc方案回传视频；
数据管理模块，用于数据远程自动回传到本地服务器；
气象环境分析模块，采用本地传感器数据和气象部门数据相结合的方式，实时分析无人机所经空域的气象环境，并基于多条巡检路径的微气象预测信息；
巡检档案模块，实现日志记录、日志管理、拍摄图像照片管理、生成结果的管理，实现基于时间去查找档案、排序、搜索；
实时状态及位置显示模块，用于实时显示无人机的实时状态、无人机实时位置和无人机电池实时状态。
进一步的，所述路径智能规划模块中路径智能规划包含：
基于Web的任务规划；
基于PC地面站的任务规划；
任务规划具体实施方案。
进一步的，所述图像与命令发送模块包括设备、云服务器和用户，设备与云服务器连接，云服务器与用户连接。
进一步的，所述设备包括视频流和状态控制命令；所述云服务器包括视频服务器、MQTT消息服务器、后台调度服务器和数据库；所述用户包括实时图传模块、管理模块和实时控制模块；所述视频流的输出端连接所述视频服务器的输入端，所述视频服务器的输出端连接所述实时图传模块，所述MQTT消息服务器通过后台调度服务器连接所述数据库，所述数据库连接所述状态控制命令，所述管理模块连接所述后台调度服务器。
进一步的，管理模块主要用于任务管理、权限控制和任务调度。
进一步的，所述无人机实时状态包括已飞行时间、飞行速度、电池电量、电池电压，飞行高度和RTK信号强度。
进一步的，所述无人机实时位置为可在地图上直观叠加显示无人机的飞行轨迹。
进一步的，所述无人机电池实时状态包括无人机电池序列号、电池温度、容量、电流、剩余电量、循环次数、总电压和各电芯电压。
本发明的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明一种10kV配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，基于北斗卫星导航技术下厘米级精度RTK服务技术应用，搭建试点线路巡检通道模型，在配网无人机作业的航线智能规划、飞行实时位置坐标和巡视目标位置基准的统一，实现对配网无人机实时状态及位置进行追踪显示，无线充电平台运行状态、通信链路状态显示；***能够实时分析试点线路配网无人机所经空域的气象环境，并基于多条巡检路径的微气象预测信息，智能规划无人机巡检方案；***对巡检计划、作业过程统一标准化管理，实现无人机自主巡检工作。
2、本发明无人机管控内容包含人机飞行路径智能规划、巡检任务指令下发、微气象环境分析、巡检档案、无人机实时状态及位置显示等精细化的作业管理；依靠高新技术的作业工具和方法，建立一套规范的配电线路无人机智能自主巡检体系，适用于各供电局的配电线路设备管理部门，简化和规范作业过程，缩短作业所需时间，提高巡视业务的生产管理水平；建立工作监督机制，提高工作效率、工作质量和安全性；加强对作业结果的分析，大幅提高管理决策水平，同时也通过无人机巡检***来保证电网安全运行和稳定，提高供电可靠性。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***的框图；
图2为本发明的智能化统一管控模块的框图；
图3为本发明的图像与命令发送模块的框图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
本发明的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，如图1所示，包括无人机和用于控制无人机的智能化统一管控模块。无人机用于实时获取配电线路的空域气象环境的图像信息及空气气体参数。智能化统一管控模块将无人机获取的气象环境的图像信息及空气气体参数进行数据分析处理，进而能够实时分析试点线路配电网无人机所经空域的气象环境，并基于若干条巡检路径的微气象预测信息，智能规划无人机巡检方案。
本发明的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，适用于各供电局的配电线路设备管理部门，简化和规范作业过程，缩短作业所需时间，用于提高巡视业务的生产管理水平。建立工作监督机制，提高工作效率、工作质量和安全性。加强对作业结果的分析，大幅提高管理决策水平，同时也通过无人机巡检***来保证电网安全运行和稳定，进而提高供电可靠性。
进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，智能化统一管控模块包括：图像与命令发送模块、路径智能规划模块、任务下发管理模块、多节点控制模块、设备监控模块、视频回传与云台控制模块、数据管理模块、气象环境分析模块、巡检档案模块、实时状态及位置显示模块，其中：
图像与命令发送模块，用于将获取的空域气象环境的图像信息及空气气体参数进行数据分析处理，并发送至路径智能规划模块。
路径智能规划模块，用于在线规划航点航线，智能规划无人机巡检方案。可设定途经点、拍照点、拍照位置、云台朝向。
任务下发管理模块，用于查看每个任务的执行情况、采集的数据和相关日志。支持多任务并行下发，任务异步执行，事件驱动；为协同任务提供支持，支持开放API；可自行获取任务；保证设备可联网，就可完成任务的下发。
多节点控制模块，用于同时控制多个设备，对上层提供API，支持并行控制，异步控制，协同控制，具有统一的日志管理，有鉴权，节点安全性控制。
设备监控模块，用于实时回传设备信息，如当前位置、速度、电量、轨迹等，可自定义命。
视频回传与云台控制模块，用于采用webrtc低延时方案回传视频。延时250ms以内，自适应分辨率，可适配多种客户端，且无需安装APP。
数据管理模块，用于数据远程自动回传到本地服务器，可在结合GPS信息方便管理数据处理，结合微信自动推送报告。
气象环境分析模块，用于采用本地传感器数据和气象部门数据相结合的方式，***能够实时分析所经空域的气象环境，并基于多条巡检路径的微气象预测信息。
巡检档案模块，实现日志记录、日志管理、拍摄图像照片管理、生成结果的管理，实现基于时间去查找档案、排序、搜索。支持API接口，方便和其他***对接。用户可以从任务执行历史功能中查看任务的执行时间，查看获得无人机拍摄的原始数据，包括照片和视频。同时支持自动处理结果的查看，自动处理结果包括二维正射图、三维模型等。支持每次任务的飞行日志下载，和服务器日志下载方便客户深度了解***运行状况，或进行深度开。
实时状态及位置显示模块，用于实时显示无人机的实时状态、无人机实时位置和无人机电池实时状态。
在无人机执行任务过程中，用户需要实时了解无人机的飞行状态，无人机实时状态包括已飞行时间、飞行速度、电池电量、电池电压，飞行高度、RTK信号强度。
无人机实时位置：可在地图上可直观叠加显示无人机飞行轨迹。同时支持街道图和卫星图的切换。
无人机电池实时状态：可查看无人机电池序列号、电池温度、容量、电流、剩余电量、循环次数、总电压和各电芯电压等重要参数。
路径智能规划模块中路径智能规划具体包含如下方式：
基于Web的任务规划；
基于PC地面站的任务规划；
任务规划具体实施方案。
自动飞行依赖于路径规划，如果不规划路径，飞机不知道该如何飞行，只能手动控制飞机的飞行。路径规划API可适应任意算法，预先设定好航线，支持开源的MAVLink格式航线，可以手动规划航线。MAVLink是一种轻量级的、在串口通讯基础上的一种更高层的开源通讯协议，主要用于与无人机进行通信；与很多自定的协议相比，有现成的配置工具，可直接生成MSG代码，直接调用几个相应的函数接口即可，且不需要自己封装、解析。
进一步的，在本申请的优选实施方式中，图像与命令发送模块如图3所示，包含设备、云服务器和用户，设备与云服务器连接，云服务器与用户连接。其中：
设备包含视频流和状态控制命令。
云服务器包含视频服务器、MQTT消息服务器、后台调度服务器和数据库PostgreSQL。
用户包含实时图传模块、管理模块和实时控制模块。
所述视频流的输出端连接视频服务器的输入端，视频服务器的输出端连接实时图传模块，所述MQTT消息服务器通过后台调度服务器连接数据库PostgreSQL，所述数据库PostgreSQL连接状态控制命令，所述管理模块连接后台调度服务器。
进一步的，管理模块主要用于任务管理、权限控制和任务调度。
低延时的图像传输是实时控制无人机的基础，如果远程无法传输低延时的图像，实时控制无人机基本不可能，假设图像有两秒的延时，那看到的图像是两秒后的图像，人没法预测两秒后会发生什么。视频回传与云台控制模块可以实现200ms的图像延时。这基本上就可以实时控制飞机使用WebRTC来传输图像。
WebRTC与传统直播协议的功能对比如表1所示。
表1
WebRTC与传统直播协议的性能对比，如表2所示。
表2
本发明在配电网无人机作业的航线智能规划、飞行实时位置坐标和巡视目标位置基准的统一，实现对配电网无人机实时状态及位置进行追踪显示，无线充电平台运行状态、通信链路状态显示；***能够实时分析试点线路配电网无人机所经空域的气象环境，并基于多条巡检路径的微气象预测信息，智能规划无人机巡检方案；***对巡检计划、作业过程统一标准化管理，实现无人机自主巡检工作。着手积累配电缺陷隐患图库，对配电网缺陷隐患进行初步识别验证，促进南网在配电网领域缺陷隐患智能识别技术的应用发展。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，包括无人机和用于控制无人机的智能化统一管控模块；所述无人机用于实时获取配电线路的空域气象环境的图像信息及空气气体参数；所述智能化统一管控模块将无人机获取的气象环境的图像信息及空气气体参数进行数据分析处理，进而能够实时分析试点线路配电网无人机所经空域的气象环境，并基于若干条巡检路径的微气象预测信息，智能规划无人机巡检方案。
2.根据权利要求1所说的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，智能化统一管控模块包括：
图像与命令发送模块，用于将获取的空域气象环境的图像信息及空气气体参数进行数据分析处理，并发送至路径智能规划模块；
路径智能规划模块，用于在线规划航点航线，智能规划无人机巡检方案；
任务下发管理模块，用于查看每个任务的执行情况、采集的数据和相关日志；
多节点控制模块，用于同时控制多个设备，对上层提供API；
设备监控模块，用于实时回传设备信息；
视频回传与云台控制模块，采用webrtc方案回传视频；
数据管理模块，用于数据远程自动回传到本地服务器；
气象环境分析模块，采用本地传感器数据和气象部门数据相结合的方式，实时分析无人机所经空域的气象环境，并基于多条巡检路径的微气象预测信息；
巡检档案模块，实现日志记录、日志管理、拍摄图像照片管理、生成结果的管理，实现基于时间去查找档案、排序、搜索；
实时状态及位置显示模块，用于实时显示无人机的实时状态、无人机实时位置和无人机电池实时状态。
3.根据权利要求2所说的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，所述路径智能规划模块中路径智能规划包含：
基于Web的任务规划；
基于PC地面站的任务规划；
任务规划具体实施方案。
4.根据权利要求2所说的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，所述图像与命令发送模块包括设备、云服务器和用户，设备与云服务器连接，云服务器与用户连接。
5.根据权利要求4所说的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，所述设备包括视频流和状态控制命令；所述云服务器包括视频服务器、MQTT消息服务器、后台调度服务器和数据库；所述用户包括实时图传模块、管理模块和实时控制模块；所述视频流的输出端连接所述视频服务器的输入端，所述视频服务器的输出端连接所述实时图传模块，所述MQTT消息服务器通过后台调度服务器连接所述数据库，所述数据库连接所述状态控制命令，所述管理模块连接所述后台调度服务器。
6.根据权利要求5所说的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，管理模块主要用于任务管理、权限控制和任务调度。
7.根据权利要求2所说的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，所述无人机实时状态包括已飞行时间、飞行速度、电池电量、电池电压，飞行高度和RTK信号强度。
8.根据权利要求2所说的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，所述无人机实时位置为可在地图上直观叠加显示无人机的飞行轨迹。
9.根据权利要求2所说的配电线路无人机智能自主巡检统一管控***，其特征在于，所述无人机电池实时状态包括无人机电池序列号、电池温度、容量、电流、剩余电量、循环次数、总电压和各电芯电压。
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