基于无人机的输变电系统巡检方法技术方案

本发明专利技术涉及一种输变电系统巡检方法，属于电力巡检技术领域，具体涉及一种基于无人机的输变电系统巡检方法。本发明专利技术应用图像处理技术对无人机采集的图像进行平滑和锐化优化，解决了硬件造成的图像质量问题，融合图像识别和故障检测技术，实现了自动识别和故障检测，开发了输电线路无人机巡检图像处理系统。实现了基于输电线路真实三维数据的智能优化自动、半自动规划选线、林木砍伐量和房屋拆迁量自动统计。实现了对线路基础保护距离检测及安全预警。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种输变电系统巡检方法，属于电力巡检
，具体涉及一种基于无人机的输变电系统巡检方法。
技术介绍
我国地理复杂，地势西高东低，山地、高原面积广大，有相当一部分架空输电线路需要通过森林、高山、河流等地势复杂地带，存在大量的无人区、交通死区和通讯盲区，给输电线路的勘测设计、运行维护带来了巨大挑战和困难，特别是在冰雪灾害等恶劣天气更是如此。传统的地面人工方式因周期长、效率低、回索性差、时效性低等不足，已不能适应现代电网，特别是超高压、特高压电网的规划设计与运行维护要求，急需通过现代化的科技手段与人工方式协同实现对输电线路的规划设计和运行维护，降低劳动强度和人力消耗，减少成本，缩短输电线路建设、巡检和故障解决时间，从而最大程度地保障国民经济的正常运行。随着科技的发展，采用有人、无人飞行器搭建可见光、红外、紫外等专用器械或测量仪器对输电线路开展巡检作业，为解决当前困境的提供了经济有效的技术方案，也是当前的国内外电力行业的共同关注的实施例。无人飞行器具有飞行低速、悬停时间长、扰动气流小的独特飞行优势，可实现各种地形下的输电线路超/近距离、多角度巡检作业，另外，相对于载人直升机，无人飞行器具有体积小、重量轻、便携、灵活机动、起降条件友好等优点，更适合于山区输电线路和恶劣气候条件下特殊重点区域监视，能与直升机巡检模式形成有效补充。目前无人机巡线实用化最主要的技术瓶颈是无人驾驶飞机负重有限且飞行速度、飞行高度均受到限制，需要研究解决在较高速和较远距的条件下实现输电线路一体化检测、飞机自动跟踪和控制、检测仪器自动分析和调整、图像的快速准确处理和故障识别等问题。无人机立体航巡视图像智能处理与状态评估也是制约无人机能否在实际中应用的重要因素之一。输电线路立体航巡视图智能处理，包括图像预处理、图像检测和模式识别等关键技术。当前，现有技术的研究主要集中在图像采集的稳定性和图像质量的改善上，主要应用于摄像机的智能控制方面，输电线路故障的识别与定位方面研究较少；现有技术在输电线路提取与识别、弧垂测量等方面已有初步成果，但对导线覆冰厚度、导线灼伤、导地线断股、绝缘子污闪等重要缺陷的图像监测方法研究较少。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种基于无人机的输变电系统巡检方法。该方法应用图像处理技术对无人机采集的图像进行平滑和锐化优化，解决了硬件造成的图像质量问题，融合图像识别和故障检测技术，实现了自动识别和故障检测，开发了输电线路无人机巡检图像处理系统。本专利技术具有如下优点：(1)应用图像处理技术对无人机采集的图像进行平滑和锐化优化，解决了硬件造成的图像质量问题，融合图像识别和故障检测技术，实现了自动识别和故障检测，开发了输电线路无人机巡检图像处理系统。(2)实现了基于输电线路真实三维数据的智能优化自动、半自动规划选线、林木砍伐量和房屋拆迁量自动统计。实现了对线路基础保护距离检测及安全预警。附图说明图1是利用本专利技术进行通道激光数据扫描巡航的示意图；图2-1是架空导线覆冰前的绞线图；图2-2是经过边缘提取后的导线边缘图；图3-1是覆冰导线灰度图；图3-2是覆冰导线二值图；图3-3是覆冰导线边缘图；图4是导线约伤后的示意图；图5是远程视频传输逻辑图；图6是本实施例的视频传输系统示意图；图7是基于三维激光雷达测量技术的输电线路规划设计流程示意图；图8是基于卫星遥感影像的线路初选图；图9是基于地形图数据的线路初选图；图10是激光雷达测量系统采集的输电线路走廊数据成果索引示意图；图11是智能选线技术路线流程图；图12是自动规划线路三维效果图；图13是DLG中房屋矢量数据；图14是方形直线塔8个塔基断面方向示意图；图15是方形转角塔8个塔基断面方向示意图；图16是基于传统传统线路运行维护流程示意图；图17是基于三维激光雷达测量技术的输电线路运行流程示意图；图18是边相导线对树示意图；图19是护坡预设计效果。具体实施方式实施例：1、无人机巡检工作模式本实施例中主要围绕创建无人机输电线路立体航巡的研究目标，研究无人机巡检任务的各种工作模式，并在此基础上，开展线路设备及通道状态识别和评估、决策分析、应急指挥等技术手段和管理策略。无人机可搭载图像采集和三维激光雷达等任务设备，具有飞行低速、可悬停的独特飞行优势，可克服复杂地形对巡检作业的影响，实现各种地形下的输电线路多任务巡检作业；可以进行长距离人工控制航巡或自动导航巡视，以及对设备故障和异常情况进行短距离或定点巡查，实现多角度巡视检查；可以通过无人机进行全景拍摄和三维激光数据建模，形成全景化线路走廊通道，实现线路全景式巡视管理。1)无人机巡检工作方案开展无人机多层次、多任务的航巡工作，是实现无人机线路立体航巡的基础。(1)无人机中远距离航巡模式主要完成线路常规的巡视检查任务，或搭载其他特定任务设备完成专项工作任务，如无人机三维激光雷达数据采集，以建立三维实景化线路走廊。本任务模式适用于大中型无人直升机，具有一定的续航能力和载重要求。无人机中远距离航巡模式宜采用自动巡检方案，其适用于输电线路一般需要每月巡检一次，无人飞行器可以很方便的用来对输电线路进行巡检，大大节省人力物力。自动巡检需提前设置线路航巡轨道，可以采用如下两种方式：a.人工预先干预模式：首先采用人工方式对杆塔、绝缘子、线路进行巡查，记录下重要点的GPS信息，如起始杆塔位置、弧垂位置、下一个杆塔位置，并对其进行存储，并输入到无人飞行器存储器中，以后巡查即按该次记录的点进行自主导航。b.自主导航模式：直接输入各杆塔的GPS坐标，设定航线与航向，对杆塔、绝缘子、线路进行巡查。以本实施例研究中在武汉凤凰山实训线路航巡为例，无人机的巡线航迹将按工作任务要求沿着输电线路设置来回往返的航向。无人机将在在线路的一侧斜上方100米处飞行，飞行航速在7m/s左右，自动航巡完成采集任务。飞行过程中的可见光图像和其他采集任务信息实时的回传到指挥保障车。(2)无人机短距离或定点巡检模式主要采取定点查找方案，通过人工飞行控制方式对设备缺陷和异常情况进行专项巡查，或对现场进行航拍、应急指挥监控等。本任务模式适用于小型无人机，如四旋翼飞行器。定点查找方案的适用范围：当线路保护装置告警后，我们往往只能知道大致范围和原因，由于某些缺陷靠人工很难发现，而且人工作业耗时耗力，风险也较大，因此无人飞行器可以很方便地用来查找故障，具体来说又分为几种情况：一是当仅知道故障大致范围，而无法精确定位故障地点时，对故障点进行查找。二是当发现故障或异常情况时，需要对缺陷进行详细检查，取得图像供技术人员进行分析。在采取短距离或定点检查时，本实施例研究中还具体开展无人机巡线作业移动式指挥决策研究。定点查找方案的工作模式如下：a.对杆塔、绝缘子及金具进行检查时，以5m/s速度到达铁塔附近大约30米左右，然后缓慢飞近目标，当到达目标高度及约10米时，稳定飞行器，控制云台的角度利用摄像机和照相机进行拍照；b.对导地线及金具进行检查时，以5m/s速度到达导地线附近大约30米左右，然后控制云台平视，飞行器缓缓飞近目标，当到达目标高度及约10米时，稳定飞行器进行拍摄。采用四旋翼无人飞行器在线路短距离巡检中，也可进行自动导航工作模式：在进行巡检工作前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机的输变电系统巡检方法，其特征在于，包括：覆冰厚度检测步骤，用于计算导线的覆冰厚度，包括：提取架空导线覆冰前的导线图并进行边缘处理得到导线边缘图像；利用无人机拍摄导线覆冰图像并转换为导线灰度图，然后进行阈值分割，将其转化为二值图像；最后采用Canny算子对二值图像进行边缘检测，统计上下边缘的总像素，根据覆冰前的导线边缘图像计算导线覆冰后上下边缘的平均像素；导线灼伤检测步骤，利用无人机拍摄导线图像，对图像进行二值处理，计算处理后的图像中导线颜色为白色区域的像素点在导线像素点中所占的比例；并且，利用无人机进行图像的拍摄时，包括以下选择步骤：中远距离航巡步骤，无人机短距离及定点巡检步骤；其中，中远距离航巡步骤用于完成线路常规的巡视检查任务，或搭载其他特定任务设备完成专项工作任务，如无人机三维激光雷达数据采集，以建立三维实景化线路走廊；无人机飞行过程中的可见光图像和其他采集任务信息实时的回传到指挥保障车；自动巡检需提前设置线路航巡轨道，可以采用如下两种方式：(1)人工预先干预模式：首先采用人工方式对杆塔、绝缘子、线路进行巡查，记录下重要点的GPS信息，如起始杆塔位置、弧垂位置、下一个杆塔位置，并对其进行存储，并输入到无人飞行器存储器中，以后巡查即按该次记录的点进行自主导航。(2)自主导航模式：直接输入各杆塔的GPS坐标，设定航线与航向，对杆塔、绝缘子、线路进行巡查；其中，无人机短距离及定点巡检步骤主要用于采取定点查找方案，通过人工飞行控制方式对设备缺陷和异常情况进行专项巡查，或对现场进行航拍、应急指挥监控等；定点查找方案的适用范围包括：当仅知道故障大致范围，而无法精确定位故障地点时，对故障点进行查找，和/或当发现故障或异常情况时，需要对缺陷进行详细检查，取得图像供技术人员进行分析；定点查找方案的工作模式如下：(1)对杆塔、绝缘子及金具进行检查时，以5m/s速度到达铁塔附近大约30米左右，然后缓慢飞近目标，当到达目标高度及约10米时，稳定飞行器，控制云台的角度利用摄像机和照相机进行拍照，(2)对导地线及金具进行检查时，以5m/s速度到达导地线附近大约30米左右，然后控制云台平视，飞行器缓缓飞近目标，当到达目标高度及约10米时，稳定飞行器进行拍摄；在线路短距离巡检中，可进行自动导航工作模式：在进行巡检工作前，将要巡检的工作区域按照每0.6公里为一个区段进行划分，确保每个区域的中间点附近可以由无人飞行器运输/指挥/保障车到达，以此点为无人飞行器的起飞点；巡检工作开始时，将输电线路无人飞行器巡检系统运输到起飞点；在此展开地面站，检查无人飞行器机械、飞控、通信等子系统；检查完毕后，启动无人飞行器开始巡检工作；飞行过程中的可见光和红外图像信息实时的回传到运输/指挥/保障车，同时，当无人飞行器返回地面后，收集机载设备记录下的数据，在地面站上对数据分析进行深入分析，对于其他的巡线区段同上述巡检方式；并且，在利用无人机进行图像拍摄时，还搭载三维激光雷达设备进行通道激光点云数据扫描采集，以建立全景化线路通道走廊，实现相应的生产指挥、状态评估等立体航巡的高级应用。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的输变电系统巡检方法，其特征在于，包括：覆冰厚度检测步骤，用于计算导线的覆冰厚度，包括：提取架空导线覆冰前的导线图并进行边缘处理得到导线边缘图像；利用无人机拍摄导线覆冰图像并转换为导线灰度图，然后进行阈值分割，将其转化为二值图像；最后采用Canny算子对二值图像进行边缘检测，统计上下边缘的总像素，根据覆冰前的导线边缘图像计算导线覆冰后上下边缘的平均像素；导线灼伤检测步骤，利用无人机拍摄导线图像，对图像进行二值处理，计算处理后的图像中导线颜色为白色区域的像素点在导线像素点中所占的比例；并且，利用无人机进行图像的拍摄时，包括以下选择步骤：中远距离航巡步骤，无人机短距离及定点巡检步骤；其中，中远距离航巡步骤用于完成线路常规的巡视检查任务，或搭载其他特定任务设备完成专项工作任务，如无人机三维激光雷达数据采集，以建立三维实景化线路走廊；无人机飞行过程中的可见光图像和其他采集任务信息实时的回传到指挥保障车；自动巡检需提前设置线路航巡轨道，可以采用如下两种方式：(1)人工预先干预模式：首先采用人工方式对杆塔、绝缘子、线路进行巡查，记录下重要点的GPS信息，如起始杆塔位置、弧垂位置、下一个杆塔位置，并对其进行存储，并输入到无人飞行器存储器中，以后巡查即按该次记录的点进行自主导航。(2)自主导航模式：直接输入各杆塔的GPS坐标，设定航线与航向，对杆塔、绝缘子、线路进行巡查；其中，无人机短距离及定点巡检步骤主要用于采取定点查找方案，通过人工飞行控制方式对设备缺陷和异常情况进行专项巡查，或对现场进行航拍、应急指挥监控等；定点查找方案的适用范围包括：当仅知道故障大致范围，而无法精确定位故障地点时，对故障点进行查找，和/或当发现故障或异常情况时，需要对缺陷进行详细检查，取得图像供技术人员进行分析；定点查找...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡川，董晓虎，龙飞，陈乐天，刘姜，辛巍，
申请(专利权)人：国网湖北省电力公司检修公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42