[发明专利]基于微型多旋翼无人直升机的电力杆塔智能巡检方法

说明书

技术领域

本发明属于输电线路巡检技术领域，特别涉及基于微型多旋翼无人直升机的电力杆塔智能巡检方法。

背景技术

采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式，电力线及杆塔附件长期暴露在野外因受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原本微小的破损和缺陷就可能扩大。最终导致严重事故，造成大面积的停电和巨大的经济损失，因此电力公司对线路的维修和监控的力度逐步增大。定期对线路设备巡检，是及时预防和排除故障的最有效手段。及时发现线路损伤和缺陷并加以评估，根据缺陷的轻重缓急，以合理的费用和正确的优先顺序，安排必要的维护和修复，是确保供电的可靠性的有效手段。

传统的巡检方式主要采用人力巡检，使用肉眼或望远镜对辖区内的电力线进行观测。由于输电线路分布点多面广、地理条件复杂，巡线工人需要翻山越岭、涉水过河、徒步或驱车巡检，工作效率低、劳动强度大、工作环境危险。

目前多采用的巡检方式是大型直升飞机或无人机巡检。该方法虽然较传统人力巡检方式提高了巡检效率、降低了巡检难度，但是由于其所使用的飞机体形庞大，为了确保输电线路的安全运行，往往不能有效靠近观测目标。并且由于飞机驾驶具有不稳定性，往往观测目标在摄像机视野中快速通过，不能较全面的采集到可靠的数据，增加了技术难度。使用大型直升机的另一个弊端是成本较高，在操作的便捷性上具有较大的限制。

微型多旋翼直升机是一种微型无人机，结构简单，旋翼通过刚性框架转化为简单动力。起降场地受限小，可以垂直起降，空中悬停，飞行姿态可控性强，对于起降场地要求低，所以特别适合山区。微型旋翼飞机体积小、重量轻，其绝缘防护外壳使其在飞行期间的软碰撞是可以容忍的，所以便于近距离接近被观测物体执行危险任务。飞机运行及维护成本较大型直升机相对低廉许多。因此，采用微型多旋翼直升机进行巡检任务具有许多其他巡检方法所不具备的优势。

发明内容

本发明公开了基于多旋翼无人机的电力杆塔智能巡检方法。它分为以下步骤：

1)杆塔建模：使用计算机和GPS定位系统对架空输电线杆塔进行建模，获得微型多旋翼无人直升机安全飞行区域，并对安全飞行区域进行评估；

2)检视视点规划：通过已建立的网格预先确定微型多旋翼无人直升机的安全飞行区域和所有可行的观察视点，以飞行效率、观测质量和巡检任务为约束条件，运用最优化方法求解有效覆盖待巡检部位的最佳观察视点；

在每个观察视点附近，微型多旋翼无人直升机根据自身位置与观测到的设备的不同，对观测角度进行微调，确保在该观察视点对所能观察到的输电设备进行充分的捕捉；

3)自主导航：地面站通过与微型多旋翼无人直升机的无线通讯数据链路进行通讯，并采用基本导航和精确导航控制微型多旋翼无人直升机的运动轨迹和姿态；

4)数据采集：微型多旋翼无人直升机在预定观察位置通过视觉传感器获得图像数据、红外热像数据以及该观察位置的GPS和飞行状态信息，然后通过地面站与微型多旋翼无人直升机的无线通讯数据链路，将以上数据传回地面站；

5)故障分析：巡检及决策人员根据传回地面站的可见光及红外热像图像数据、可见光及红外热像视频数据、GPS位置信息和飞行状态信息资料，在地面站图像处理、视频分析以及故障诊断等模块的辅助下，进行有针对性的分析、判别和诊断，从而确定架空输电线杆塔整体的健康状况，辅助输电线路维护部门实施架空输电线杆塔的维修和故障排查。

所述微型多旋翼无人直升机配备有以下组件：锂电池、传感器、数据存储单元、无线通信模块和智能控制模块；

传感器包括可见光摄像机、红外摄像机、6轴姿态与3轴磁场传感器、气压计、GPS定位系统和视觉测量系统；传感器具备多角度抗抖动拍摄功能；可见光摄像机可以进行两自由度360°旋转拍摄，并具有自动变焦的特性；红外摄像机用于检测杆塔设备的发热情况；6轴姿态与3轴磁场传感器能够获得微型多旋翼无人直升机的飞行状态参数；GPS定位系统和视觉测量系统辅助微型多旋翼无人直升机的导航定位，用于获取微型多旋翼无人直升机的地理位置坐标；

数据存储单元用于存储微型多旋翼无人直升机的飞行状态参数和传感器数据；

无线通信模块用于实现微型多旋翼无人直升机与地面间的图像、数据和指令的双向通信；

智能控制模块用于实现飞行指令转换与传输、自主姿态控制、多传感器调度和巡检数据处理分析。

所述杆塔建模分为数据获取过程、杆塔定位过程、安全区域划分过程和安全区域评估过程；