一种输电线路远距离智能巡检系统及方法

技术领域

本申请涉及电网运维技术领域，尤其涉及一种输电线路远距离智能巡检系统及方法。

背景技术

通常配网架空输电线路的周围环境较为复杂，如由于树木的生长形成的树障、被风刮来的杂物等，不及时消缺将严重影响配网的安全稳定运行，因此需要对架空输电线路及周围环境进行巡检。目前对架空输电线路进行巡检的方式主要有：配网运维人员通过人工巡视发现架空线路缺陷进行消缺，或运维人员通过操作无人机对架空输电线路进行巡检。虽然人工操作无人机进行巡检的方式相较于人工巡检的方式更加的高效，但是，仍然需要专业的操作人员操作无人机进行巡检，人力成本较大，且由于输电线路复杂导致操作无人机存在较大的风险；同时由于无人机的通信距离及电量有限，无法对输电线路进行远距离的巡检，使得很大程度降低了无人机对架空输电线路进行巡检的普及率。

发明内容

本申请提供了一种输电线路远距离智能巡检系统及方法，用于解决现有技术对架空输电线路进行巡检存在人力成本较高、风险大且无法进行远距离巡检的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种输电线路远距离智能巡检系统，所述系统包括：若干中继单元、控制计算终端、无人机；在若干个杆塔中分别设置有所述中继单元；

所述中继单元用于：当所述无人机与所述控制计算终端的距离超过预置通信距离时，对所述无人机与控制终端之间的通信信号进行中转；

所述控制计算终端用于：

控制所述无人机对待巡检输电线路中的每个杆塔进行标记，并对标记后的杆塔依次进行连接得到输电线路，将所述输电线路中同一水平面且半径为r的区域设置为采集区域；

对与所述采集区域边界相切的各个切点分别标记不同的编号，根据所述编号设置飞行线路，每个所述切点均为：以杆塔为圆心且半径为r的各个圆与所述采集区域的边界相切的切点；

控制无人机根据所述飞行线路对输电线路周围环境进行拍照得到若干环境图像，并根据所述环境图像生成待巡检输电线路的3D环境模型；

根据所述3D环境模型设置所述无人机的巡检路线，控制所述无人机根据所述巡检线路对架空输电线进行拍照。

可选地，还包括：若干充电单元；

所述充电单元设置于所述采集区域内，且第一个所述充电单元与所述控制计算终端、以及任意相邻的两个所述充电单元的距离均小于所述无人机的最大飞行距离；

所述充电单元用于：当所述无人机电量小于预置阈值，对所述无人机进行充电。

可选地，所述控制计算终端，还用于：

在所述控制所述无人机根据所述巡检线路对架空输电线进行拍照之后，接收所述无人机发送的所述架空输电线的实时图像，根据所述实时图像判断所述架空输电线路的运行状态。

可选地，所述根据所述3D环境模型设置所述无人机的巡检路线，具体包括：

获取所述3D环境模型中的架空输电线以及障碍物，分别设置所述无人机与所述架空输电线以及所述障碍物的第一安全距离和第二安全距离；

根据所述第一安全距离和所述第二安全距离生成所述巡检线路。

可选地，所述若干个杆塔中分别设置有所述中继单元，具体包括：

第i个杆塔中设有第一个所述中继单元，所述第i个杆塔为：在所述控制终端与所述无人机最大的通信距离内，与所述控制终端距离最远的杆塔；

在第i个杆塔与距离所述控制终端最远的杆塔之间设置有若干个所述中继单元，且每两个所述中继单元的距离不大于所述中继单元的通信距离。

本申请第二方面提供一种输电线路远距离智能巡检系方法，应用于第一方面所述的输电线路远距离智能巡检系统，所述方法包括：

S1、控制所述无人机对待巡检输电线路中的每个杆塔进行标记，并对标记后的杆塔依次进行连接得到输电线路，将所述输电线路中同一水平面且半径为r的区域设置为采集区域；

S2、对与所述采集区域边界相切的各个切点分别标记不同的编号，根据所述编号设置飞行线路，每个所述切点均为：以杆塔为圆心且半径为r的各个圆与所述采集区域的边界相切的切点；

S3、控制无人机根据所述飞行线路对输电线路周围环境进行拍照得到若干环境图像，并根据所述环境图像生成待巡检输电线路的3D环境模型；

S4、根据所述3D环境模型设置所述无人机的巡检路线，控制所述无人机根据所述巡检线路对架空输电线进行拍照。

可选地，还包括：当所述无人机电量小于预置阈值，通过充电单元对所述无人机进行充电。

可选地，步骤S4之后，还包括：

接收所述无人机发送的所述架空输电线的实时图像，根据所述实时图像判断所述架空输电线路的运行状态。

可选地，所述根据所述3D环境模型设置所述无人机的巡检路线，具体包括：

获取所述3D环境模型中的架空输电线以及障碍物，分别设置所述无人机与所述架空输电线以及所述障碍物的第一安全距离和第二安全距离；

根据所述第一安全距离和所述第二安全距离生成所述巡检线路。

可选地，所述对与所述采集区域边界相切的各个切点分别标记不同的编号，根据所述编号设置飞行线路，具体包括：

将所述采集区域一侧的切点标记为2n，另一侧标记为2n-1，其中n＝1,2,3...；

依次按照切点标记为2n、2n+2、2n-1，2n+1的顺序设置为所述飞行线路。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种输电线路的无人机远距离巡检系统，包括：若干中继单元、控制计算终端、无人机；通过在若干个杆塔中分别设置有中继单元，用于对无人机与控制终端之间的通信信号进行中转；并通过无人机对杆塔进行标记并拟合获得输电线路；接着根据输电线路设定采集半径从而确定采集区域；然后以采集区域边界的若干个切点为设置无人机的飞行线路，使得无人机根据无人线路对输电线路周围的环境拍照，获取更加清晰准确的环境实时图像，并生成输电线路的3D环境模型；最后根据3D环境模型中的输电线路、障碍物等情况设置无人机的巡检路线，使得无人机根据巡检路线进行巡检拍照。相较于人工控制无人机对输电线路进行巡检的方式不但减少了人力成本和操作风险，并且能够对输电线路进行远距离的巡检，从而解决了现有技术对架空输电线路进行巡检存在人力成本较高、风险大且无法进行远距离巡检的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中提供的一种输电线路远距离智能巡检系统的结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的图像采集区域的示意图；

图3为本申请实施例中提供的无人机飞行线路的示意图；

图4为本申请实施例中提供的一种输电线路远距离智能巡检方法实施例一的流程示意图；

图5为本申请实施例中提供的一种输电线路的无人机远距离巡检方法实施例二的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1、2、3，本申请实施例提供的一种输电线路的无人机远距离巡检系统，包括：若干中继单元、控制计算终端、无人机；在若干个杆塔中分别设置有中继单元；

中继单元用于：当无人机与控制计算终端的距离超过预置通信距离时，对无人机与控制终端之间的通信信号进行中转。

需要说明的是，由于无人机与控制计算终端之间为无线通信方式，如为WIFI传输、模拟信号传输等，二者的通信距离有限，因此，为了能够使得无人机进行远距离巡检，本实施例在相间一段距离的杆塔中设置有中继单元，用于当无人机与控制计算终端的距离超过二者的最大通信距离时，实现对通信信号的中转放大等功能。

如图1所示，L1为控制计算终端与无人机最大的通信距离，D1为第一个中继单元与控制计算终端的距离，应设置D1小于或等于L1，D2为设置在杆塔中的两个中继单元的距离，L2为两个中继单元之间的最大通信距离，应设置D2小于或等于L2。

控制计算终端用于：

控制无人机对待巡检输电线路中的每个杆塔进行标记，并对标记后的杆塔依次进行连接得到输电线路，将输电线路中同一水平面且半径为r的区域设置为采集区域。

本实施例对每个杆塔进行标记并拟合，需要说明的是，可以通过人工控制无人机等方式对杆塔标记编号，标记完后控制计算终端自动按照编号进行连接，从而得到如图2所示的拟合的线路，即输电线路，并以输电线路的每个点为圆心，将在同一水平面且半径为r的区域设置为采集区域，需要说明的是，半径r的大小可以根据实际巡检需要进行设置。

对与采集区域边界相切的各个切点分别标记不同的编号，根据编号设置飞行线路，每个切点均为：以杆塔为圆心且半径为r的各个圆与采集区域的边界相切的切点。

如图3所示，切点1、2是以第一个杆塔为圆心、半径为r的圆与采集区域边界的两个切点，切点3、4，切点5、6与切点1、2类似；为了尽可能对输电线路周围环境进行更加清晰、全面的拍照，本实施例将飞行路线设置如图3所示1→2→4→1→3→4→6→3→5.....，除了本实施例的飞行路线，还可以根据实际情况进行设置，在此不再赘述。

控制无人机根据飞行线路对输电线路周围环境进行拍照得到若干环境图像，并根据环境图像生成待巡检输电线路的3D环境模型。

需要说明的是，本实施例利用如GPS或BDS结合RTK或实时差分定位等定位系统，控制无人机自动到飞行起点沿飞行线路进行飞行，同时每隔一段距离在采样点对正下方进行一次俯视拍照，直到无人机飞行到飞行线路的末端。拍照结合精确定位系统和测绘控制系统，数码影像保留经纬度和海拔信息。从而得到若干环境图像，并将环境图像回传到地面的控制计算终端，控制计算终端利用3D建模系统对采集的环境图像进行处理，以获得高精度的三维线路走廊的地形地貌、线路设施及走廊地物的空间信息等，生成线路3D地理信息模型，即3D环境模型。

根据3D环境模型设置无人机的巡检路线，控制无人机根据巡检线路对架空输电线进行拍照。

需要说明的是，本实施在获得线路3D环境模型后，在模型上规划无人机自动巡航拍照方案。通过避障系统，设置架空线安全距离A，禁止无人机靠近架空线半径范围A内，设置障碍物安全距离B，禁止无人机靠近树障等障碍物半径范围B内，同时设置无人机拍照位置。从而根据巡检路线控制无人机对架空输电线进行拍照巡检。

本实施例提供了一种输电线路的无人机远距离巡检系统，包括：若干中继单元、控制计算终端、无人机；通过在若干个杆塔中分别设置有中继单元，用于对无人机与控制终端之间的通信信号进行中转；并通过无人机对杆塔进行标记并拟合获得输电线路；接着根据输电线路设定采集半径从而确定采集区域；然后以采集区域边界的若干个切点为设置无人机的飞行线路，使得无人机根据无人线路对输电线路周围的环境拍照，获取更加清晰准确的环境实时图像，并生成输电线路的3D环境模型；最后根据3D环境模型中的输电线路、障碍物等情况设置无人机的巡检路线，使得无人机根据巡检路线进行巡检拍照。相较于人工控制无人机对输电线路进行巡检的方式不但减少了人力成本和操作风险，并且能够对输电线路进行远距离的巡检，从而解决了现有技术对架空输电线路进行巡检存在人力成本较高、风险大且无法进行远距离巡检的技术问题。

进一步地，还包括：若干充电单元；充电单元设置于采集区域内，且第一个充电单元与控制计算终端、以及任意相邻的两个充电单元的距离均小于无人机的最大飞行距离；充电单元用于：当无人机电量小于预置阈值，对无人机进行充电。

需要说明的是，考虑到无人机本身的电量有限，为了进一步提高无人机的巡检飞行距离，本实施例在采集区域内设置了若干个充电单元，且任意相邻的两个充电单元的距离均小于无人机的最大飞行距离(满电量时无人机的飞行距离)，使得无人机在电量小于预置阈值时对无人机进行充电。

进一步地，控制计算终端，还用于：

在控制无人机根据巡检线路对架空输电线进行拍照之后，接收无人机发送的架空输电线的实时图像，根据实时图像判断架空输电线路的运行状态。

需要说明的是，本实施例还提供了对架空输电线路实时图像中存在的问题进行判别的功能，具体的，可以通过图像识别等方式对架空输电线的实时图像进行处理，判断架空输电线路的运行状态。

进一步地，在一个具体的实施例中，根据3D环境模型设置无人机的巡检路线，具体包括：获取3D环境模型中的架空输电线以及障碍物，分别设置无人机与架空输电线以及障碍物的第一安全距离和第二安全距离；根据第一安全距离和第二安全距离生成巡检线路。

需要说明的是，本实施例设置的巡检路线主要考虑输电线路中的障碍物和架空输电线，具体的，基于3D环境模型设置无人机与架空输电线的第一安全距离，以及无人机与架空输电线路的第二安全距离，即在障碍物和架空输电线路外的区域任意设置巡检线路，确保无人机的飞行安全，从而使得无人机能够按照巡检线路自动对架空输电线路进行安全的远距离巡检拍照，本实施例的输电线路远距离智能巡检系统智能化程度高，环境适应性强。

以上为本申请实施例提供的一种输电线路远距离智能巡检系统的实施例，以下为本申请实施例提供的一种输电线路远距离智能巡检方法的实施例一。

请参阅图4，本申请实施例提供的一种输电线路远距离智能巡检方法的实施例包括：

步骤101、控制无人机对待巡检输电线路中的每个杆塔进行标记，并对标记后的杆塔依次进行连接得到输电线路，将输电线路中同一水平面且半径为r的区域设置为采集区域。

步骤102、对与采集区域边界相切的各个切点分别标记不同的编号，根据编号设置飞行线路，每个切点均为：以杆塔为圆心且半径为r的各个圆与采集区域的边界相切的切点。

步骤103、控制无人机根据飞行线路对输电线路周围环境进行拍照得到若干环境图像，并根据环境图像生成待巡检输电线路的3D环境模型。

步骤104、根据3D环境模型设置无人机的巡检路线，控制无人机根据巡检线路对架空输电线进行拍照。

本实施例的一种输电线路远距离智能巡检方法的描述参见上述巡检系统实施例的描述，在此不再赘述。

以上为本申请实施例提供的一种输电线路远距离智能巡检方法的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种输电线路远距离智能巡检方法的实施例二。

请参阅图5，本实施例提供的一种输电线路远距离智能巡检方法，包括：

步骤201、控制无人机对待巡检输电线路中的每个杆塔进行标记，并对标记后的杆塔依次进行连接得到输电线路，将输电线路中同一水平面且半径为r的区域设置为采集区域。

步骤202、将采集区域一侧的切点标记为2n，另一侧标记为2n-1，其中n＝1,2,3...；依次按照切点标记为2n、2n+2、2n-1，2n+1的顺序设置为飞行线路，每个切点均为：以杆塔为圆心且半径为r的各个圆与采集区域的边界相切的切点。

需要说明的是，如图3所示，本实施例将采集区域一侧的切点标记为2n，即2、4、6...，另一侧标记为2n-1，即1、3、5；并依次按照切点标记为2n、2n+2、2n-1，2n+1的顺序设置为飞行线路，即1→2→4→1→3→4→6→3→5...。

步骤203、控制无人机根据飞行线路对输电线路周围环境进行拍照得到若干环境图像，当无人机电量小于预置阈值，通过充电单元对无人机进行充电，并根据环境图像生成待巡检输电线路的3D环境模型。

步骤204、根据3D环境模型设置无人机的巡检路线，控制无人机根据巡检线路对架空输电线进行拍照。

步骤205、接收无人机发送的架空输电线的实时图像，根据实时图像判断架空输电线路的运行状态。

本实施例提供了一种输电线路远距离智能巡检方法，应用于上述输电线路的无人机远距离巡检系统；其中巡检系统通过在若干个杆塔中分别设置有中继单元，用于对无人机与控制终端之间的通信信号进行中转，以及在采集区域中设置充电单元给无人机进行充电，确保无人机能够进行远距离巡检；方法包括：首先通过无人机对杆塔进行标记并拟合获得输电线路；接着根据输电线路设定采集半径从而确定采集区域；然后以采集区域边界的若干个切点为设置无人机的飞行线路，使得无人机根据无人线路对输电线路周围的环境拍照，获取更加清晰准确的环境实时图像，并生成输电线路的3D环境模型；并根据3D环境模型中的输电线路、障碍物等情况设置无人机的巡检路线，使得无人机根据巡检路线进行巡检拍照；最后利用控制计算终端的图像识别功能根据输电线路的实时图像判断架空输电线路的运行状态。相较于人工控制无人机对输电线路进行巡检的方式不但减少了人力成本和操作风险，并且能够对输电线路进行远距离的巡检，从而解决了现有技术对架空输电线路进行巡检存在人力成本较高、风险大且无法进行远距离巡检的技术问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。