一种输电线路无人机巡检仿真培训方法技术

本发明专利技术公开了一种输电线路无人机巡检仿真培训方法，该仿真培训方法包括如下步骤：1)数据采集；2)建立3D模型；3)设置关卡；4)典型故障设置；5)抗风、抗雨飞行设置。与现有技术相比，该方法通过虚拟和现实的结合，在仿真训练过程中建立3D模型，最大化的还原真实情况，并且在仿真训练过程中设置典型故障、关卡以及抗风、抗雨飞行，能够全方位、多角度的训练驾驶人员的操控能力。

Simulation training method for transmission line unmanned aerial vehicle inspection

The invention discloses a transmission line inspection method of man-machine simulation training, the simulation training method comprises the following steps: 1) data acquisition; 2) to establish the 3D model; 3) set the level; 4) typical fault set; 5) against wind, rain is flying. Compared with the prior art, the method by combining virtual reality and simulation, 3D model is established in the training process, the maximum reduction of the real situation, and set up a typical fault, levels and wind resistance, rain in the flight simulation training process, to comprehensive and multi angle training the driver's ability to control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仿真的培训方法，具体是一种输电线路无人机巡检仿真培训方法，属于电网输电线运行维护

技术介绍
目前，架空输电线路巡检的主要方式为人工沿线路步行或借助交通工具，使用望远镜和红外热像仪等对线路设备和通道环境进行近距巡视和检测。随着线路里程不断增加，人均运维长度逐年增加，现有巡检方式效率低，特别是在高山、沼泽等复杂地形以及雨雪冰冻和地震等灾害条件下人员难以到达，难以发现杆塔上部设备缺陷等缺点显得更为突出。近年来，随着航空、遥感、以及信息处理等技术的快速发展，电力行业积极开展线路运维检修新技术研究，其中无人机巡检由于方式灵活、成本低，不仅能够发现杆塔异物、绝缘子破损、防震锤滑移、线夹偏移等缺陷，还能够发现金具锈蚀、开口销与螺栓螺帽缺失、查找闪络故障点等人工巡检难以发现的缺陷，可与直升机和人工巡检方式协同配合，成为线路运检技术发展的重点方向之一。输电线路无人机巡检系统通常包括无人机分系统、任务载荷分系统和综合保障分系统三个部分。无人机分系统包括无人机平台、通讯系统和地面站系统。其中无人机平台包括无人机本体和飞行控制系统，通讯系统包括数据传输和图像传输系统，地面站系统包括飞行控制和功能检测等软硬件。任务载荷分系统包括任务设备和地面显控单元。其中，任务设备可多样化，一般是光电吊舱或使用云台搭载可见光、红外等成像设备，也可是激光雷达、合成孔径雷达等。综合保障分系统一般包括供电设备、动力供给、专用工具、备品备件和车辆等。中型无人直升机巡检系统一般需配备专用车辆，小型无人直升机巡检系统可根据具体需要配备储运车辆。由于无人机的操纵是一个比较复杂的过程，对操纵人员有比较高的要求，因而研发了仿真培训系统，让操纵人员进行模拟训练，既可以节省费用，又可以避免由于操纵不熟练而造成的损失。无人机巡检仿真培训方法即充分利用文本、图形、三维影像、三维动画和声音等多种媒体表现形式，通过刺激学员的视觉、听觉神经，调动学员的学习积极性和主动性，几近真实的模拟培训，培养学员的实际操作能力，同时克服实地培训中存在的诸如设备安全、环境因素不利影响等问题，提高培训效果。结合实际无人机和巡检现场进行训练效果较好，但受配装数量、场地、时间、复杂度、安全性以及天气等各环境因素的限制，训练效率较低。现有技术中存在的多媒体训练虽然将视频、文字、动画以及三维模型动态地组合在一起，但训练效果有限(仅能训练对无人机飞行操控)，与实际输电线路无人机巡检要求还有很大差距。目前，国内外使用较多的无人机飞行操控系统(如凤凰模拟器)，使用遥控手柄控制不同类型无人机进行培训，具有一定互动性，但该类系统仅能训练飞手在空旷环境条件下对无人机操控能力。实际作业现场远比仿真系统里的环境复杂的多，并且存在很多不确定因素，飞手在保证飞行安全前提下还需查找线路、设备缺陷。由此可见，现有的无人机培训系统均无法满足输电线路无人机巡检培训需求。
技术实现思路
针对上述现有技术存在问题，本专利技术提供一种输电线路无人机巡检仿真培训方法，该方法以实际场地为基础建立仿真培训模型，以关卡方式实现无人机操控培训，并根据实际情况设置典型缺陷，能够有效提高仿真培训效果和质量，缩短培训周期，减少开支。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种输电线路无人机巡检仿真培训方法，该仿真培训方法包括如下步骤：1)数据采集：对指定区域场景数据采集，一定角度与方向上连续拍摄照片；2)建立3D模型：利用数据采集中的场景照片，实现区域内3D建模，并建立实际手柄与仿真无人机和云台的通讯机制，裁剪优化无人机在虚拟场景中的飞行控制模块和云台控制策略；3)设置关卡：根据无人机载巡视任务执行过程中操作技能要领，设计培训关卡和考核任务；4)典型故障设置：以输电线路常见典型故障为基础，在虚拟场景中布置故障点；5)抗风、抗雨飞行设置：结合实际现场环境，在虚拟场景中模拟风、雨环境。进一步，所述步骤1)中的区域场景为200米X200米，并且通过无人机在0-150米，360度连续拍摄照片，形成一幅完整的全景图。进一步，所述步骤2)包括所述场景照片的2D图像相间坐标系转化为观察坐标系、将观察坐标系转化为球面坐标系，并以相机拍摄固定视角为坐标原点，建立球面模型和观察坐标系；同时，将手柄数据通过无线信号方式发送至飞行控制模块，所述飞行控制模块通过数据线将数据导入至仿真系统，并与仿真系统中的无人机和云台控制策略匹配。进一步，所述步骤3)中关卡包括起飞、降落、悬停、拍照和距离控制；并且关卡采用循序渐进，由易到难的方式设置。进一步，所述步骤4)中的典型故障是在虚拟场景中布置与输电线路中常见典型故障一致的故障点；所述故障点包括绝缘子串履冰、掉串、电蚀和金具卡扣脱落。进一步，所述步骤5)中的模拟风设置为10米/秒。与现有技术相比，该方法通过虚拟和现实的结合，在仿真训练过程中建立3D模型，最大化的还原真实情况，并且在仿真训练过程中设置典型故障、关卡以及抗风、抗雨飞行，能够全方位、多角度的训练驾驶人员的操控能力。由于无人机的操纵是一个比较复杂的过程，对操纵人员有比较高的要求，因而以实际场景为基础，建立仿真培训模型，并在模型中设置故障点，让操纵人员进行模拟训练，既可以节省费用，又可以避免由于操纵不熟练而造成的损失。充分利用文本、图形、三维影像、三维动画和声音等多种媒体表现形式，通过刺激学员的视觉、听觉神经，调动学员的学习积极性和主动性，几近真实的模拟培训，培养学员的实际操作能力，同时克服实地培训中存在的诸如设备安全、环境因素不利影响等问题，提高培训效果。附图说明图1为本专利技术整体流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示：仿真系统系统主要有两台高清工程投影机结合融合器在球带幕上显示一幅完整的画面。利用融合器强大的曲面矫正功能，完美解决投影画面在球带幕上变形的问题，调整左右两台投影机的色彩、亮度一致，让训练人员沉浸其中，仿佛置身于真实的飞行环境中。同时，一台教练投影机可以同步显示飞行中的画面或者专门显示模拟飞行训练的培训情况。在输电线路无人机巡检仿真培训中，首先：采集数据，对指定区域场景数据采集，一定角度与方向上连续拍摄照片，区域场景为200米X200米，并且通过无人机在0-150米，360度连续拍摄照片，形成一幅完整的全景图；其次：建立3D模型，利用数据采集中的场景照片，实现区域内3D建模，并建立实际手柄与仿真无人机和云台的通讯机制，裁剪优化无人机在虚拟场景中的飞行控制模块和云台控制策略；所述场景照片的2D图像相间坐标系转化为观察坐标系、将观察坐标系转化为球面坐标系，并以相机拍摄固定视角为坐标原点，建立球面模型和观察坐标系；同时，将手柄数据通过无线信号方式发送至飞行控制模块，所述飞行控制模块通过数据线将数据导入至仿真系统，并与仿真系统中的无人机和云台控制策略匹配；然后，设置关卡：根据无人机载巡视任务执行过程中操作技能要领，设计培训关卡和考核任务，关卡包括起飞、降落、悬停、拍照和距离控制；并且关卡采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电线路无人机巡检仿真培训方法，其特征在于，该仿真培训方法包括如下步骤：1)数据采集：对指定区域场景数据采集，一定角度与方向上连续拍摄照片；2)建立3D模型：利用数据采集中的场景照片，实现区域内3D建模，并建立实际手柄与仿真无人机和云台的通讯机制，裁剪优化无人机在虚拟场景中的飞行控制模块和云台控制策略；3)设置关卡：根据无人机载巡视任务执行过程中操作技能要领，设计培训关卡和考核任务；4)典型故障设置：以输电线路常见典型故障为基础，在虚拟场景中布置故障点；5)抗风、抗雨飞行设置：结合实际现场环境，在虚拟场景中模拟风、雨环境。

【技术特征摘要】
1.一种输电线路无人机巡检仿真培训方法，其特征在于，该仿真培训方法包括如下步骤：1)数据采集：对指定区域场景数据采集，一定角度与方向上连续拍摄照片；2)建立3D模型：利用数据采集中的场景照片，实现区域内3D建模，并建立实际手柄与仿真无人机和云台的通讯机制，裁剪优化无人机在虚拟场景中的飞行控制模块和云台控制策略；3)设置关卡：根据无人机载巡视任务执行过程中操作技能要领，设计培训关卡和考核任务；4)典型故障设置：以输电线路常见典型故障为基础，在虚拟场景中布置故障点；5)抗风、抗雨飞行设置：结合实际现场环境，在虚拟场景中模拟风、雨环境。2.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机巡检仿真培训方法，其特征在于：所述步骤1)中的区域场景为200米X200米，并且通过无人机在0-150米，360度连续拍摄照片，形成一幅完整的全景图。3.根据权利要求1所述的一种输电线路无人机巡检仿真培训方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄松泉，唐开平，杜勇，吴向东，胡川，邵瑰玮，文志科，蔡焕青，付晶，吴军，李柏松，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司检修公司，中国电力科学研究院，湖北省超能超高压电力科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11