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CN109085850A - 基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法 - Google Patents

基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法 Download PDF

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CN109085850A CN201811051629.3A CN201811051629A CN109085850A CN 109085850 A CN109085850 A CN 109085850A CN 201811051629 A CN201811051629 A CN 201811051629A CN 109085850 A CN109085850 A CN 109085850A
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谷山强
赵淳
严碧武
李健
梁文勇
吴大伟
刘辉
涂洁
洪骁
焦方俞
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Wuhan NARI Ltd
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    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其步骤包括：建立输电通道三维模型，结合历史巡检拍摄点位置特征，实现无人机巡检自主飞行航迹优化；根据线路台账和巡检信息，制定巡检照片存储路径和自动命名规则。本发明通过优化无人机的飞行航迹，在保障飞行安全的前提下减少了无人机飞行的距离，大大地提高了无人机巡检的效率；此外，本发明可对巡检目标预设自动拍摄点，并能对巡检照片按照制定规则进行存储和命名，使得原先需要由多人协同配合完成的无人机线路巡检任务，现仅需一人即可完成，且降低了巡检人员对无人机飞控操作的技能要求。

Description

基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法。
背景技术
随着超特高压输电线路的快速建设，跨越高山、江河、峡谷等复杂地形的线路区段越来越多，线路巡检工作愈发困难。目前，线路巡检仍以人工巡检为主，该方式对杆塔瓶口以上部件的细小缺陷很难发现，易形成工作盲区和漏洞，且登塔核实存在劳动强度高、效率低、安全风险大等问题。此外，线路规模的扩大导致线路运维工作与结构性缺员之间的矛盾日益凸显，不仅拉长了线路巡视周期，使得巡检工作难以有效管控，也降低了巡检结果整体的质量，给线路本质安全保障工作造成了极大风险。
无人机作为一种新型的线路巡检装备，具有携带便捷、作业不受地域影响、工作效率高等优势，有效地缓解了人工巡检压力，且其巡检效果也得到了众多线路运维员工的认可。但现有无人机线路巡检作业的开展，仍需依靠专业的飞控人员完成，对巡检作业人员的技术水平和业务能力要求较高。同时，线路巡检是一个长期、繁重、具有重复性特点的作业任务，人工操作无人机进行线路巡检，不仅存在无人机触碰导线的可能，也没有从根本上解决线路巡检作业任务繁重与专业型巡检作业人员缺乏之间的矛盾。
鉴于此，本发明提出了一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，不仅为无人机自主飞行制定了最优的巡检航迹，还能对飞行过程中的拍照任务进行定点触发和自动命名，显著地提高了线路无人机巡检效率，也充分地保障了无人机的飞行安全，对加快输电线路通道智能化运维进程具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法。
本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，包括：建立输电通道三维模型，结合历史巡检拍摄点位置特征，实现无人机巡检自主飞行航迹优化；根据线路台账和巡检信息，制定巡检照片存储路径和自动命名规则。
其中，在进行无人机巡检自主飞行航迹优化的步骤中，包括步骤：
读取输电通道巡检线路通道的激光雷扫数据，提取杆塔、导线以及周围环境轮廓及位置信息，建立输电线路及其周围环境的三维立体模型；
读取输电通道巡检线路通道的台账信息，提取线路电压等级，并设置无人机安全飞行距离；
读取输电通道巡检线路通道的无人机历史飞行轨迹数据，提取巡检目标拍摄点的特征位置，确定巡检线路上的无人机拍摄点；
设置无人机的可靠飞行仰角，以飞行距离最短为目标，设定无人机巡检自主飞行航迹。
其中，在提取杆塔、导线以及周围环境轮廓及位置信息的步骤中，杆塔、导线以及周围环境的位置信息至少包括经纬度和高度。
其中，在确定巡检线路上的无人机拍摄点的步骤中，对获取同一部位历史拍摄点位置信息，将经纬度和高度进行Kmeans聚类处理，提取聚类中心点的位置信息作为无人机巡检目标的拍摄点。
其中，无人机巡检目标的拍摄点至少包括杆塔塔身、绝缘子、导线、避雷线、金具以及两侧通道。
其中，在建立输电线路及其周围环境的三维立体模型时，采用LIDAR360软件进行建模。
其中，在制定巡检照片存储路径和自动命名规则的步骤中，包括步骤：依据线路名称建立无人机巡检照片存储目录，按照巡检时间进行分开存放，并以线路管辖单位、线路电压等级、巡检杆塔号、巡检部位等信息对巡检照片进行自动命名。
其中，在提取线路电压等级，并设置无人机安全飞行距离的步骤中，交流和、或直流电压越高，无人机安全飞行距离越大。
区别于现有技术，本发明的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法的步骤包括：建立输电通道三维模型，结合历史巡检拍摄点位置特征，实现无人机巡检自主飞行航迹优化；根据线路台账和巡检信息，制定巡检照片存储路径和自动命名规则。本发明通过优化无人机的飞行航迹，在保障飞行安全的前提下减少了无人机飞行的距离，大大地提高了无人机巡检的效率；此外，本发明可对巡检目标预设自动拍摄点，并能对巡检照片按照制定规则进行存储和命名，使得原先需要由多人协同配合完成的无人机线路巡检任务，现仅需一人即可完成，且降低了巡检人员对无人机飞控操作的技能要求。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法的流程示意图；
图2是本发明提供的一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法中无人机巡检自主飞行航迹优化的逻辑示意图；
图3是本发明提供的一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法中无人机巡检拍摄点的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1是本发明提供的一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法的流程示意图。该方法的步骤包括
S110：建立输电通道三维模型，结合历史巡检拍摄点位置特征，实现无人机巡检自主飞行航迹优化。
依据激光雷扫数据建立输电线路及其周围环境的三维模型；在此基础上，以无人机巡检作业距离要求为限制，以历史巡检拍摄位置特征为依据，并在可靠飞行状态以完成线路巡检任务飞行距离最短为目标，制定无人机巡检飞行最优航迹。
在进行无人机巡检自主飞行航迹优化的步骤中，包括步骤：
S111：读取输电通道巡检线路通道的激光雷扫数据，提取杆塔、导线以及周围环境轮廓及位置信息，建立输电线路及其周围环境的三维立体模型。
具体的，采用LIDAR360软件读取巡检线路通道激光雷扫数据，提取杆塔、导线以及周围环境轮廓及位置信息，建立输电线路及其周围环境的三维立体模型。
S112：读取输电通道巡检线路通道的台账信息，提取线路电压等级，并设置无人机安全飞行距离。
最优航迹制定须以满足无人机巡检作业距离要求为前提条件，具体距离要求如表1和表2所示。
电压等级 110kV 220kV 330kV 500kV 750kV 1000kV
预设安全飞行距离(m) 3 5 7 10 12 15
表1交流输电线路无人机巡检安全飞行距离
电压等级 ±500kV ±660kV ±800kV
预设安全飞行距离(m) 15 18 20
表2直流输电线路无人机巡检安全飞行距离
S113：读取输电通道巡检线路通道的无人机历史飞行轨迹数据，提取巡检目标拍摄点的特征位置，确定巡检线路上的无人机拍摄点。
从历史巡检轨迹数据中提取杆塔及导线不同部位的拍照信息，包括拍摄点的经度、纬度和高度。
对同一部位历史多次的拍摄点位置，即经度、纬度和高度进行Kmeans聚类处理，提取聚类中心点的位置信息作为无人机巡检目标的拍摄点。
在上述特征1中，最优航迹制定须涵盖杆塔塔身、绝缘子、导线、避雷线、金具以及两侧通道等巡检目标的拍摄点，如图2所示。图2中拍摄点对应的拍摄项目及拍摄数量如表3所示。
表3无人机巡检拍摄点的拍摄项目及拍摄数量
S140：设置无人机的可靠飞行仰角，以飞行距离最短为目标，设定无人机巡检自主飞行航迹。
S120：根据线路台账和巡检信息，制定巡检照片存储路径和自动命名规则。
依据线路名称建立无人机巡检照片存储目录，按照巡检时间进行分开存放，并以线路管辖单位、线路电压等级、巡检杆塔号、巡检部位等信息对巡检照片进行自动命名。依据线路名称建立无人机巡检照片存储目录，按照巡检时间进行分开存放，如“根目录路径/线路名称/年月日/”。
具体的，以线路管辖单位、线路电压等级、巡检杆塔号、巡检部位等信息对巡检照片进行自动命名，如“省名-市名-县名(或班组名，默认无)-电压等级(kV)-杆塔号-塔身(或绝缘子、导线、避雷线、金具、两侧通道等巡检目标)”。
区别于现有技术，本发明的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法的步骤包括：建立输电通道三维模型，结合历史巡检拍摄点位置特征，实现无人机巡检自主飞行航迹优化；根据线路台账和巡检信息，制定巡检照片存储路径和自动命名规则。本发明通过优化无人机的飞行航迹，在保障飞行安全的前提下减少了无人机飞行的距离，大大地提高了无人机巡检的效率；此外，本发明可对巡检目标预设自动拍摄点，并能对巡检照片按照制定规则进行存储和命名，使得原先需要由多人协同配合完成的无人机线路巡检任务，现仅需一人即可完成，且降低了巡检人员对无人机飞控操作的技能要求。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其特征在于，包括：
建立输电通道三维模型，结合历史巡检拍摄点位置特征，实现无人机巡检自主飞行航迹优化；
根据线路台账和巡检信息，制定巡检照片存储路径和自动命名规则。
2.根据权利要求1所述的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其特征在于，在进行无人机巡检自主飞行航迹优化的步骤中，包括步骤：
读取输电通道巡检线路通道的激光雷扫数据，提取杆塔、导线以及周围环境轮廓及位置信息，建立输电线路及其周围环境的三维立体模型；
读取输电通道巡检线路通道的台账信息，提取线路电压等级，并设置无人机安全飞行距离；
读取输电通道巡检线路通道的无人机历史飞行轨迹数据，提取巡检目标拍摄点的特征位置，确定巡检线路上的无人机拍摄点；
设置无人机的可靠飞行仰角，以飞行距离最短为目标，设定无人机巡检自主飞行航迹。
3.根据权利要求2所述的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其特征在于，在提取杆塔、导线以及周围环境轮廓及位置信息的步骤中，杆塔、导线以及周围环境的位置信息至少包括经纬度和高度。
4.根据权利要求3所述的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其特征在于，在确定巡检线路上的无人机拍摄点的步骤中，
对获取同一部位历史拍摄点位置信息，将经纬度和高度进行Kmeans聚类处理，提取聚类中心点的位置信息作为无人机巡检目标的拍摄点。
5.根据权利要求4所述的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其特征在于，无人机巡检目标的拍摄点至少包括杆塔塔身、绝缘子、导线、避雷线、金具以及两侧通道。
6.根据权利要求2所述的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其特征在于，在建立输电线路及其周围环境的三维立体模型时，采用LIDAR360软件进行建模。
7.根据权利要求1所述的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其特征在于，在制定巡检照片存储路径和自动命名规则的步骤中，包括步骤：依据线路名称建立无人机巡检照片存储目录，按照巡检时间进行分开存放，并以线路管辖单位、线路电压等级、巡检杆塔号、巡检部位等信息对巡检照片进行自动命名。
8.根据权利要求2所述的基于输电通道三维雷扫数据的无人机自主巡检方法，其特征在于，在提取线路电压等级，并设置无人机安全飞行距离的步骤中，交流和、或直流电压越高，无人机安全飞行距离越大。
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