一种变电站巡检无人机飞行安全系统技术方案

一种变电站巡检无人机飞行安全系统，包括无人机和地面测控系统，无人机设置有中央控制模块、导航定位模块、声光报警器、电磁检测模块和多个UWB模块，无人机支架上设置有云台，云台上设置有可见光摄像头和红外热成像仪；所述地面测控系统包括UWB定位基站、服务器和监控计算机；所述可见光摄像头、红外热成像仪、导航定位模块、声光报警器、电磁检测模块、UWB模块分别和中央控制模块连接；所述UWB模块和UWB定位基站采用UWB通信；UWB定位基站、监控计算机分别和服务器连接。本发明专利技术定位精度高，抗干扰能力强，实现了变电站设备自动巡检并将巡检信息自动储存至服务器，自动化程序高。

An unmanned aerial vehicle (UAV) flight safety system for substation inspection

A substation inspection unmanned aerial vehicle flight safety system, including the UAV and the ground measurement and control system, the UAV has central control module, navigation and positioning module, acousto-optic alarm, electromagnetic detection module and multiple UWB modules. The UAV support is set with a cloud platform, and a visible light camera and infrared thermal imaging are set on the cloud platform. The ground measurement and control system includes the UWB positioning base station, the server and the monitoring computer; the visible light camera, the infrared thermal imager, the navigation and positioning module, the acousto-optic alarm, the electromagnetic detection module and the UWB module are connected with the central control module respectively; the UWB module and the UWB positioning base station use UWB communication; UWB positioning The base station and the monitoring computer are connected to the server separately. The invention has high positioning accuracy and strong anti-interference ability, realizes automatic inspection of substation equipment and automatically stores inspection information to the server, and the automation program is high.

【技术实现步骤摘要】
一种变电站巡检无人机飞行安全系统
本专利技术属于变电站设备巡检领域，具体涉及一种变电站巡检无人机飞行安全系统。
技术介绍
变电站设备巡检是保证变电站安全运行，提高供电可靠性的一项基础工作，随着变电站自动化水平的提高以及无人值守的普及，变电设备运行可靠性面临更加严峻的考验，变电站巡检受到了更大的重视。传统的人工巡视已经越来越满足不了现代化变电站安全运行的要求。随着近年来无人机技术以及导航技术和无线通信技术的快速发展和不断成熟，国内外许多电力企业开始尝试采用无人机进行电力系统巡检。在目前的无人机应用过程中，通常会在无人机上搭载相关的光学检测仪器，从而可以实现对电力设备工作状态的检测，以便及时发现潜在的安全隐患。采用无人机巡检电力系统，可有效降低电力巡查成本，提高巡检作业的质量，增强电力生产自动化综合能力。而变电站电磁环境复杂，无人机在变电站内执行巡检任务时，其飞控、通信系统遭遇强烈的电磁干扰时容易导致无人机失控。由于变电站内设备密集，当无人机在变电站内发生飞行事故时，极有可能造成变电站内重要设备的损坏，进而危害变电站的安全运行，因此在变电站内飞行时，提高无人机的定位精度并规划飞行最优航路路线并实时针对环境变化情况及时调整，对无人机安全飞行尤其重要。
技术实现思路
本专利技术的目的针对上述问题，提供一种变电站无人机飞行安全系统，能实现无人机高精度定位，规划无人机安全飞行最优航路路线并针对环境变化情况及时调整。本专利技术的技术方案是一种变电站巡检无人机飞行安全系统，包括无人机和地面测控系统，无人机设置有中央控制模块和导航定位模块，无人机支架上设置有云台，云台上设置有可见光摄像头和红外热成像仪，所述无人机还包括声光报警器、电磁检测模块和多个UWB模块；所述地面测控系统包括UWB定位基站、服务器和监控计算机；所述可见光摄像头、红外热成像仪、导航定位模块、声光报警器、电磁检测模块、UWB模块分别和中央控制模块连接；所述UWB模块和UWB定位基站采用UWB通信；UWB定位基站、监控计算机分别和服务器连接；所述UWB模块包括UWB发射单元和UWB接收单元；所述中央控制模块包括处理器和存储器，所述存储器上存储有电量阈值计算程序、机器视觉识别程序和航路规划程序。进一步的，所述可见光摄像头为CCD可见光摄像头；所述红外热成像仪为FLIRVuePro红外热成像仪；所述导航定位模块为ZubaxGNSS2导航定位模块；所述声光报警器为QingYangLTE-1101声光报警器；所述中央控制模块包括MicropilotMP2028。进一步的，导航定位模块包括并发GPS/GLONASS接收器、高精度数字气压计和高精度三轴数字罗盘，所述并发GPS/GLONASS接收器型号为u-bloxMAX-M8Q，所述高精度数字气压计型号为TEConnectivityMS5611，所述高精度三轴数字罗盘型号为LIS3MDL。优选的，所述无人机包括5个UWB模块，分别设置于无人机前方、后方、左方、右方和云台下方。进一步的，UWB定位基站和服务器的连接方式为无线网。变电站巡检无人机飞行安全系统的使用方法，具体包含以下步骤：步骤1：使用电磁检测模块检测无人机所处位置电磁场强度，判断电磁场强度是否过高；步骤1.1：如果电磁场强度过高，则采用无人机航路路线规划方法重新规划航路路线，执行步骤2；步骤1.2：如果电磁场强度不高，则执行步骤2；步骤2：中央控制模块判断无人机周围的设备密集程度是否满足自主巡检所要求的空间条件，判断无人机是否可以继续巡检；步骤2.1：如果能继续巡检，则执行步骤3；步骤2.2：如果不满足巡检条件，则执行步骤6；步骤3：判断无人机剩余电量是否高于阈值；步骤3.1：如果剩余电量高于阈值，则执行步骤4；步骤3.2：如果剩余电量不高于阈值，则执行步骤6；步骤4：无人机进行变电站设备巡检，将设备巡检信息保存至无人机存储器；步骤5：判断是否完成所有巡检目标；步骤5.1：如果完成巡检，则执行步骤6；步骤5.2：如果未完成巡检，则执行步骤1；步骤6：采用无人机航路路线规划方法规划到安全点的最优路径，无人机飞行至安全点；步骤7：判断UWB通讯系统是否正常；步骤7.1：如果通讯系统正常，则执行步骤9；步骤7.2：如果通讯系统不正常，则执行步骤10；步骤8：将巡检信息经UWB发送至服务器；步骤9：触发无人机机载声光报警器。所述无人机航路路线规划方法具体步骤如下，步骤1：判断UWB模块与UWB定位基站UWB通讯是否正常；步骤1.1：如果UWB通讯正常，则执行步骤2；步骤1.2：如果UWB通讯不正常，则执行步骤4；步骤2：服务器规划最优航路路线；步骤3：最优航路路线经UWB发送至无人机；步骤4：中央控制模块规划最优航路路线。进一步的，所述的电量阈值计算程序被处理器执行时实现电量阈值算法，电量阈值算法考虑4个影响因素U,s,t,c，其中U为变电站电压等级，单位为kV；s为无人机已飞行的空间距离，单位为km；t为无人机已飞行的时间，单位为min；c为环境温度，单位为℃，将这4个因素统一定义为Ei,i＝1...n,n＝4。电量阈值算法具体步骤为，步骤1：计算Ei，Ej的模糊数Pi，Pj的相似函数S(Pi,Pj)，S(Pi,Pj)∈[0,1]是相似函数，Pi,Pj是模糊数，EVi,EVj分别表示Pi,Pj的期望，i＝1...n,n＝4，定义三角模糊数A＝(a1,a2,a3)的期望其中a1,a2,a3分别为模糊数A的下限，最可能值，上限，模糊数A的隶属函数为步骤2：计算平均一致度其中i＝1...n,n＝4；步骤3：计算相对一致度其中i＝1...n,n＝4；步骤4：计算权重WiWi＝(1-α)*RADi其中i＝1...n,n＝4，α(0≤α≤1)表示松弛因子，取α＝0.5；步骤5：计算综合结果系数其中Pi是因素Ei模糊数，Wi是Ei的权重；步骤6：计算阈值其中本专利技术的有益效果是能实现无人机高精度定位，规划无人机安全飞行最优航路路线并针对环境变化情况及时调整；抗干扰能力强，实现了变电站设备自动巡检并将巡检信息自动储存至服务器，自动化程序高；UWB模块功率小，通讯传输速率高；实现了巡检无人机动态监控，在监控计算机实时显示。附图说明下面结合附图和实施例对专利技术作进一步说明。图1为无人机结构图。图2为本专利技术结构示意图。图3为无人机飞行安全系统的使用流程图。图4为无人机航路路线规划方法流程图。具体实施方式如图1和图2所示，一种变电站巡检无人机飞行安全系统，包括无人机和地面测控系统，无人机设置有中央控制模块1、导航定位模块4、声光报警器5、电磁检测模块6和多个UWB模块7，无人机支架上设置有云台，云台上设置有可见光摄像头2和红外热成像仪3；地面测控系统包括UWB定位基站8、服务器9和监控计算机10；可见光摄像头2、红外热成像仪3、导航定位模块4、声光报警器5、电磁检测模块6、UWB模块7分别和中央控制模块1连接；UWB模块7和UWB定位基站8采用UWB通信；UWB定位基站8、监控计算机10分别和服务器9连接；UWB模块7包括UWB发射单元和UWB接收单元；中央控制模块1包括处理器和存储器，存储器上存储有电量阈值计算程序、机器视觉识别程序(吴纪超.机器视觉图像中目标提取识别算法研究[D].河北本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站巡检无人机飞行安全系统，包括无人机和地面测控系统，无人机设置有中央控制模块(1)和导航定位模块(4)，无人机支架上设置有云台，云台上设置有可见光摄像头(2)和红外热成像仪(3)，其特征在于，所述无人机还包括声光报警器(5)、电磁检测模块(6)和多个UWB模块(7)；所述地面测控系统包括UWB定位基站(8)、服务器(9)和监控计算机(10)；所述可见光摄像头(2)、红外热成像仪(3)、导航定位模块(4)、声光报警器(5)、电磁检测模块(6)、UWB模块(7)分别和中央控制模块(1)连接；所述UWB模块(7)和UWB定位基站(8)采用UWB通信；UWB定位基站(8)、监控计算机(10)分别和服务器(9)连接；所述UWB模块(7)包括UWB发射单元和UWB接收单元；所述中央控制模块(1)包括处理器和存储器，所述存储器上存储有电量阈值计算程序、机器视觉识别程序和航路规划程序。

【技术特征摘要】
1.一种变电站巡检无人机飞行安全系统，包括无人机和地面测控系统，无人机设置有中央控制模块(1)和导航定位模块(4)，无人机支架上设置有云台，云台上设置有可见光摄像头(2)和红外热成像仪(3)，其特征在于，所述无人机还包括声光报警器(5)、电磁检测模块(6)和多个UWB模块(7)；所述地面测控系统包括UWB定位基站(8)、服务器(9)和监控计算机(10)；所述可见光摄像头(2)、红外热成像仪(3)、导航定位模块(4)、声光报警器(5)、电磁检测模块(6)、UWB模块(7)分别和中央控制模块(1)连接；所述UWB模块(7)和UWB定位基站(8)采用UWB通信；UWB定位基站(8)、监控计算机(10)分别和服务器(9)连接；所述UWB模块(7)包括UWB发射单元和UWB接收单元；所述中央控制模块(1)包括处理器和存储器，所述存储器上存储有电量阈值计算程序、机器视觉识别程序和航路规划程序。2.根据权利要求1所述的变电站巡检无人机飞行安全系统，其特征在于，所述可见光摄像头(2)为CCD可见光摄像头；所述红外热成像仪(3)为FLIRVuePro红外热成像仪。3.根据权利要求1所述的变电站巡检无人机飞行安全系统，其特征在于，导航定位模块(4)包括并发GPS/GLONASS接收器、高精度数字气压计和高精度三轴数字罗盘。4.根据权利要求1或2所述的变电站巡检无人机飞行安全系统，其特征在于，所述无人机包括5个UWB模块(7)，分别设置于无人机前方、后方、左方、右方和云台下方。5.根据权利要求1或2所述的变电站巡检无人机飞行安全系统，其特征在于，UWB定位基站(8)和服务器(9)的连接方式为无线网。6.根据权利要求1-3所述任意一项变电站巡检无人机飞行安全系统的使用方法，其特征在于,具体包含以下步骤：步骤1：使用电磁检测模块(6)检测无人机所处位置电磁场强度，判断电磁场强度是否过高；步骤1.1：如果电磁场强度过高，则采用无人机航路路线规划方法重新规划航路路线，执行步骤2；步骤1.2：如果电磁场强度不高，则执行步骤2；步骤2：中央控制模块(1)判断无人机周围的设备密集程度是否满足自主巡检所要求的空间条件，判断无人机是否可以继续巡检；步骤2.1：如果能继续巡检，则执行步骤3；步骤2.2：如果不满足巡检条件，则执行步骤6；步骤3：判断无人机剩余电量是否高于阈值；步骤3.1：如...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄悦华，李孟凡，程江洲，陈晨，邹子豪，舒凡娣，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42