一种激光雷达输电线路机巡辅助监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种激光雷达输电线路机巡辅助装置,尤其是能同步监测设备所处环境温度、风速、设备高程、同步获取输电线路可见光图像的激光雷达输电线路机巡辅助监测装置。
背景技术
随着国民经济的飞速发展,居民用电与工业生产用电猛增,对电网建设的需求亦日益强烈。截至到2014年底,全国110kV及以上输电线路长度约为50万公里,输电线路总长度居世界第二位。与此同时,面对已建成的漫长电力网络,如何有效地对其进行管理,以保证电网的正常运行,确保电力的安全输送,亦显得更加重要。一次停电事故的发生不但给电网经营企业的经济效益带来损失,而且对电力用户和整个社会都将造成严重的损失。
弧垂过低和风偏是引起停电事故的因素之一。弧垂过低直接导致安全距离不足而直接引发事故,风偏故障则引起直线杆塔中相导线对拉线放电、边相导线对塔体放电、耐张塔中相绕跳线对塔身放电以及砼杆焊接形U形吊架脱落造成掉线等故障。
机载激光雷达作为一种新的测量技术,能够快速有效的测量输电线路及其走廊通道内树木、岩石、建筑、道桥等净空距离和垂直距离,从而分析输电线路通道走廊当前工况是否存在安全隐患。但在分析输电线路未来工况的最大弧垂、风偏等工作时,无法获得激光雷达对该输电线路机巡时的环境温度和风力等气象条件,限制了激光雷达输电线路机巡***的应用。同时,可见光图像和红外图像对分析输电线路的外观以及环境通道、输电线和绝缘子的安全问题也是电力巡线必须要检测的内容。
现有技术存在的缺陷在于:
(一)未考虑输电线路的影响弧垂长度诸多因素中的温度因素,激光雷达在数据采集时未必是输电线路所处环境中的最高温度,因此无法求出该线路的最大垂弧;
(二)未考虑输电线路的影响弧垂长度诸多因素中的风力因素,机载激光雷达采集点云数据时一般是在风速较小的环境下进行的,这样就无法判断输电线路在遭受强风天气时的垂弧是否处于安全距离之内;
(三)未考虑风力因素引起的风偏问题。输电线路即使在较小风速下也会存在一定的风偏,输电线路将偏离无风时的铅垂面,直接影响激光雷达与其走廊通道内树木、岩石、建筑、道桥等净空距离和垂直距离;
(四)未考虑利用可见光摄像机监测电线路外观缺陷以及环境通道状况;
(五)未考虑利用可见光摄像机监测输电线路缺陷状况,识别和分析缺陷发展的状态;
与本实用新型最类似的实用新型专利是“一种导线对地距离测量***”(申请公布号CN203084193U),该实用新型与本实用新型的共同点是都针对机载激光雷达获取的输电线路的激光点云信息计算输电线路与线路走廊内树木、岩石、建筑物等物体的净空距离和垂直距离,不同点是,该实用新型没有采集激光雷达工作时的温度和风力气象信息、可见光和红外信息,本实用新型则收集并分析利用这些信息,用以分析输电线路未来工况的最大垂弧、风偏;输电线路外观缺陷、环境通道安全情况;输电线路缺陷状况、识别和分析缺陷发展状态。
为此,需开发一套激光雷达输电线路机巡***辅助监测装置,在激光雷达巡线的同时对激光雷达所处环境信息进行监测,以满足对输电线路未来工况的安全分析的需求。
发明内容
本实用新型的目的在于:开发一套激光雷达输电线路机巡***辅助监测装置,在激光雷达巡线的同时对激光雷达所处环境信息进行监测,以满足对输电线路未来工况的安全分析的需求。
为了实现上述目的,本发明提供了一种激光雷达输电线路机巡辅助监测装置,安装在飞行器下侧,所述飞行器设置有激光雷达、红外探头、测风仪;所述辅助监测装置包括:顺序连接的激光雷达、接口模块、内/外同步模块、控制器单元、数据记录单元;以及与所述控制器单元分别电连接的温度传感器、风速传感器、可见光摄像机、红外摄像机;以及与所述控制器单元分别电连接的GPS单元、供电模块、液晶显示模块;所述内/外同步模块中还设置有时间校准模块。
进一步地,所述温度传感器模块受控制器单元控制,与所述激光雷达同步开机和关机,与所述GPS采样频率保持同步,采集完一次数据后将温度数据经控制器单元传入数据记录模块,并在液晶显示模块上显示实时温度数据。
进一步地,所述风速传感器模块受控制器单元控制,与所述激光雷达同步开机和关机,与所述GPS采样频率保持同步,采集完一次数据后将风速数据经控制器单元传入数据记录模块,并在液晶屏上显示实时风速数据。
进一步地,所述可见光摄像机受控制器单元控制,与所述激光雷达同步开机和关机,并接收所述内/外同步模块中时间校准模块发送来的时间校准信息进行时间校准。
进一步地,所述红外摄像机受控制器单元控制,与所述激光雷达同步开机和关机,并接收所述内/外同步模块中时间校准模块发送来的时间校准信息进行时间校准。
进一步地,所述接口模块分为外同步接口和时钟校准接口;外同步接口获取激光雷达的位置信息和激光雷达的开关机状态,外同步接口把位置信息和激光雷达的开关机状态转化为标准格式,传入内/外同步模块;时钟校准接口可以获取激光雷达的时间信息,并把时间信息转化为标准格式传入内/外同步模块。
进一步地,所述内/外同步模块分为内同步模块、外同步模块和时间校准模块;内同步模块实现辅助装置内温度传感器模块、风速传感器模块之间的同步采样功能和温度传感器模块、风速传感器模块、可见光摄像机和红外摄像机之间的开关机同步功能;外同步模块实现激光雷达与内同步模块之间的同步采样功能和开关机同步功能;时间校准模块实现将激光雷达获取的时间对摄像机内的时间进行校准。
进一步地,控制器单元将内/外同步模块的同步信息形成数据采集指令、开关机指令,发送于温度传感器模块、风速传感器模块、可见光摄像机和红外摄像机;控制可见光摄像机和红外摄像机的焦距;向数据记录模块和液晶屏发送时间信息、GPS坐标、温度信息和风速信息。
进一步地,数据记录模块接收控制器单元发送来的时间信息、GPS坐标数据、温度数据、风速数据,将此四维数据按照标准格式同步存储。
进一步地,所述温度传感器安装在飞行器下侧,距离所述激光雷达的远端位置,设置红外探头瞄准输电线路附近的大气;所述风速传感器安装在飞行器下侧,飞行器飞行中使测风仪与输电线处于同一高度内,并面向与输电线水平垂直方向,使其测量来自与输电线同一水平面并与输电线垂直方向的风速。
本实用新型可以在巡线过程中同时检测实时温度,可以得到输电线路高密度的温度数据,从而可以计算该输电线路的最大垂弧,更加准确的计算线路交叉跨越距离和地物限高;可以在巡线过程中同时检测实时风速,可以得到输电线路高密度的风速数据,从而可以计算最大风速下的最大垂弧,更加准确的计算线路交叉跨越距离和地物限高;可以在巡线过程中同时检测实时风速,可以得到输电线路高密度的风速数据,从而可以计算最大风速下的最大风偏角,以预防强风作用下较大风偏角引起的风偏闪络故障;可以在巡线过程中同时获得输电线路多角度的图像信息,以便对杆塔线路本身以及周边情况进行综合分析;还可以在巡线过程中同时获得输电线路红外的图像,以便对导线、绝缘子的安全和质量问题进行分析。
附图说明
图1是本实用新型一种激光雷达输电线路机巡辅助监测装置的连接示意图;
图2是本实用新型一种激光雷达输电线路机巡辅助监测装置的工作流程示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。本实用新型为解决激光雷达巡线同步获取温度信息和风速信息的问题,提供了一种激光雷达输电线路机巡***辅助监测装置。
图1是本实施例所述的激光雷达输电线路机巡***辅助监测装置的连接框图,主要接口模块、内/外同步模块、控制器单元、数据记录模块、温度传感器模块、风速传感器模块、可见光摄像机、红外摄像机、供电模块和液晶屏。
接口模块:接口模块是直接与激光雷达连接并接收激光雷达数据的模块。接口模块分为外同步接口和时钟校准接口两部分。外同步接口可以调取激光雷达POS模块的位置信息和激光雷达的开关机状态信息,外同步接口把位置信息和激光雷达的开关机状态信息转化为标准格式,传入内/外同步模块;时钟校准接口可以获取激光雷达的时间信息,并把时间信息转化为标准格式传入内/外同步模块。
内/外同步模块是保持激光雷达与辅助监测装置内传感器同步开关机和同步激光雷达内POS模块和温度传感器、风速传感器同步采样的模块。内/外同步模块分为内同步模块和外同步模块和时间校准模块。内同步模块实现辅助装置内温度传感器模块、风速传感器模块之间的同步采样功能和温度传感器模块、风速传感器模块、可见光摄像机、红外摄像机之间的开关机同步功能;外同步模块实现激光雷达与内同步模块之间的同步采样功能和开关机同步功能;时间校准模块实现将激光雷达获取的时间对可见光摄像机、红外摄像机内的时间进行校准。
控制器单元是整个***的核心,是对温度传感器模块、风速传感器模块、可见光摄像机、红外摄像机的控制中心和***内的数据处理交换中心。控制器单元包括数据接收模块、数据发送模块、温度传感器控制模块、风速传感器控制模块、可见光摄像机控制模块、红外摄像机控制模块组成。数据接收模块的功能是获取内/外同步模块发送来的外同步信息、内同步信息、GPS坐标信息和时间信息,温度传感器发送来的温度信息,风速传感器发送来的风速信息。数据发送模块的功能是向温度传感器和风速传感器发送开机命令、关机命令和数据采集命令,向可见光摄像机、红外摄像机发送开机命令、关机命令、时间校准命令和焦距调整命令,向数据记录模块和液晶屏发送时间信息、GPS坐标信息、温度信息和风速信息。温度传感器控制模块是对温度传感器进行控制,如开机、关机、数据采集等。风速传感器控制模块是对风速传感器进行控制,如开机、关机、数据采集等。可见光摄像机控制模块、红外摄像机控制模块是对可见光摄像机、红外摄像机进行控制,如开机、关机、调整焦距等。
温度传感器模块是采集输电线路附近大气温度的传感器。温度传感器模块受控制器单元控制,与GPS采样频率保持同步,采集完一次数据后将温度数据经控制器单元传入数据记录模块,并在液晶屏上显示实时温度数据。
风速传感器模块是采集与输电线路水平垂直方向风速的传感器。风速传感器模块受控制器单元控制,与GPS采样频率保持同步,采集完一次数据后将风速数据经控制器单元传入数据记录模块,并在液晶屏上显示实时风速数据。
可见光摄像机的功能是对输电线路进行多角度图像数据采集。
红外摄像机的功能是对输电线路进行多角度红外图像数据采集。
数据记录模块。接收控制器单元发送来的时间信息、GPS坐标数据、温度数据、风速数据,将此四维数据按照标准格式同步存储。
液晶屏的功能是对时间信息、GPS坐标信息、温度信息和风速信息实时显示。
供电模块的功能是对激光雷达辅助检测装置进行供电。
激光雷达辅助检测装置中的温度传感器、风速传感器、可见光摄像机、红外摄像机的工作方式如图2所示;
温度传感器、风速传感器、可见光摄像机、红外摄像机的开机:激光雷达开始工作后,接口模块即可获取激光雷达的开机状态,接口模块中的外同步接口模块将激光雷达的开机状态转化为开机信息发送给内/外同步模块中的外同步模块。外同步模块将开机信息转化为外同步信息发送给控制器单元。控制器单元接收到外同步信息后同时对温度传感器、风速传感器、可见光摄像机、红外摄像机进行开机。
温度传感器、风速传感器的数据采集:温度传感器和风速传感器的采集时间和采集频率与激光雷达POS模块保持一致。激光雷达进入工作模式后,接口模块获取其POS信息和时间信息,其中接口模块中的外同步模块从POS信息中将GPS坐标提取出来与时间信息打包成标准格式发送给内/外同步模块。内/外同步模块中的内同步模块生成内同步信息,与GPS坐标、时间信息同时发送给控制器单元。控制器单元接收到内同步信息后同时向温度传感器和风速传感器发送数据采集指令,温度传感器和风速传感器将温度信息和风速信息返回给控制器单元,控制器单元将时间信息、GPS坐标、温度信息和风速信息打包完毕后作为一次采样发送给数据记录模块和液晶屏。数据记录模块将时间信息、GPS坐标、温度信息和风速信息安装标准格式进行存储,液晶屏则实时显示此次采样数据。
可见光摄像机、红外摄像机的数据采集:可见光摄像机、红外摄像机开机后,内/外同步模块中的时间校准模块根据时钟校准接口发送来的时间信息,对可见光摄像机、红外摄像机中的时间进行校准。时间校准完毕后即可进行数据采集。
温度传感器、风速传感器、可见光摄像机、红外摄像机的关机。激光雷达开始工作后,接口模块即可获取激光雷达的关机状态,接口模块中的外同步接口模块将激光雷达的关机状态转化为关机信息发送给内/外同步模块中的外同步模块。外同步模块将关机信息转化为外同步信息发送给控制器单元。控制器单元接收到外同步信息后同时对温度传感器、风速传感器和可见光摄像机、红外摄像机进行关机。
温度传感器的应用场景:温度传感器可以采用机载式红外测温仪。可以安装在飞行器下侧距离激光雷达较远的位置,将红外探头瞄准输电线路附近的大气进行测温。
风速传感器的应用场景:风速传感器主要采用叶轮式或者压差式风速仪。可以安装在飞行器下侧一定长度的固定杆上,飞行器飞行中使测风仪与输电线处于同一高度内,并面向与输电线水平垂直方向,使其测量来自与输电线同一水平面并与输电线垂直方向的风速。
可见光摄像机的应用场景:可见光摄像机主要采用机载式可见光摄像机,焦距为定焦或者变焦。可以安装在飞行器下侧不被遮挡的部位,对输电线路外观以及环境通道状况进行拍摄。
红外摄像机的应用场景:红外摄像机主要采用机载式红外摄像机,焦距为定焦或者变焦。可以安装在飞行器下侧不被遮挡的部位,对输电线路和绝缘子进行拍摄。
本实用新型可以在巡线过程中同时检测实时温度,可以得到输电线路高密度的温度数据,从而可以计算该输电线路的最大垂弧,更加准确的计算线路交叉跨越距离和地物限高;可以在巡线过程中同时检测实时风速,可以得到输电线路高密度的风速数据,从而可以计算最大风速下的最大垂弧,更加准确的计算线路交叉跨越距离和地物限高;可以在巡线过程中同时检测实时风速,可以得到输电线路高密度的风速数据,从而可以计算最大风速下的最大风偏角,以预防强风作用下较大风偏角引起的风偏闪络故障;可以在巡线过程中同时获得输电线路多角度的图像信息,以便对杆塔线路本身以及周边情况进行综合分析;还可以在巡线过程中同时获得输电线路红外的图像,以便对导线、绝缘子的安全和质量问题进行分析。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。