基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法技术

本发明专利技术涉及一种基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，包括以下步骤：步骤S1:通过坐标变换技术将直角坐标系变换为极坐标系；步骤S2:根据架设方式、导线排列方式和相序对输电线路进行分类；步骤S3:基于变换得到的极坐标系，分别计算不同导线架设方式和排列方式对应的电场强度分布，并作为无人机巡检避障的避障参量。本发明专利技术避障参量是基于坐标变换后的电场强度平均值，比原有的基于直角坐标系的避障方案更接近实际情况，避障效率和精准性更高。

【技术实现步骤摘要】
基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法
本专利技术涉及高压线路巡检领域，具体涉及一种基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法。
技术介绍
随着我国电网的飞速发展，高压输电线路电压等级越来越高，输电线路越来越长且所经过的地形地貌也变得越来越复杂。无人飞行器具有不受地形环境限制的优势、费效比高的优势，同时无需顾虑飞机意外坠毁导致的机上人员伤亡问题。因此为了提高电网巡检的效率，同时为解决近年来灾害频发对电网安全的现实威胁，利用无人机进行高压电力线路巡检已经成为一种迫切的需求，并且逐步会取代人工巡检，大大提高巡检效率。为了便于输电线路故障分析诊断，无人机巡检时要求拍摄高清晰度的线路和杆塔的照片，因此应尽可能的缩短无人机和输电线路或杆塔等的距离，同时保障足够的安全性，无人机就必须有一套高灵敏度的避障系统，当无人机和巡线目标之间距离小于安全距离时，及时发出信号，同时送给无人机中控系统，而且要求该安全距离要尽可能小，以便拍摄的照片能更加清晰，方便工作人员的故障诊断。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，避障参量是基于坐标变换后的电场强度平均值，比原有的基于直角坐标系的避障方案更接近实际情况，避障效率和精准性更高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，包括以下步骤：步骤S1:通过坐标变换技术将直角坐标系变换为极坐标系；步骤S2:根据架设方式、导线排列方式和相序对输电线路进行分类；步骤S3:基于变换得到的极坐标系，分别计算不同导线架设方式和排列方式对应的电场强度分布，并作为无人机巡检避障的避障参量。进一步的，所述步骤S2中分类具体为:根据输电线路架设方式分为单回和同塔双回输电线路，其中对于单回线路根据导线排列方式细分为三类；同塔双回按照相序，结合各种相序对空间电场强度的影响，分为三类。进一步的，所述步骤S1具体为：步骤S11:基于直角yz坐标系，构建极坐标系,并设极坐标原点为（0，b）；步骤S12:根据仿真数据，计算最佳极坐标原点坐标取值，得到最终的极坐标系。进一步的，所述最佳极坐标原点坐标取值，输电线路架设方式为单回输电线路时，计算表达式如式（1）（1）式中，h1为三相中架设高度相同的两相导线架设高度，h2为最下端导线架设高度，避雷线架设高度设为h3，为导线架设空间高度的平均值；输电线路架设方式为同塔双回输电线路时，极坐标原点坐标参数b的计算公式如式（2）：（2）其中Ha、Hb、Hc、Hd分别为三相导线、避雷线的离地高度。进一步的，所述单回架空区域按照导线排列方式分为正三角、倒三角和水平排列三类。进一步的，所述同塔双回输电线路按照相序分为6种即ABC-ABC、ABC-ACB、ABC-BCA、ABC-BAC、ABC-CBA、ABC-CAB六种组合，其中BC-ABC和ABC-BAC两种相序下其电场强度值和变化趋势一致，统一归为一类进行避障分析；ABC-ACB和ABC-CAB、ABC-BCA和ABC-CBA进行归类，得到三类。进一步的，当输电线路架设方式为单回输电线路时，所述步骤S3具体为：步骤S31:根据式（1）计算得到极坐标原点位置，并进一步计算出该坐标原点与三相导线及避雷线的距离；步骤S32:根据坐标原点与三相导线及避雷线的距离，设置预警避障距离和极限避障距离；步骤S33:根据预警避障距离和极限避障距离，得到无人机巡检的极限避障电场强度值和预警避障电场强度值，并作为无人机巡检避障的避障参量。进一步的，当输电线路架设方式为同塔双回输电线路时，所述步骤S3具体为：步骤S31:根据式（2）计算得到极坐标原点位置，分别计算出所有导线和极坐标原点的距离；步骤S32:根据所有导线和极坐标原点的距离，设置预警避障距离和极限避障距离；步骤S33:根据预警避障距离和极限避障距离，得到无人机巡检的极限避障电场强度值和预警避障电场强度值，并作为无人机巡检避障的避障参量。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术根据架设方式、导线排列方式和相序对输电线路进行分类，分别研究其避障策略，从而简化无人机巡检避障策略。2、本专利技术采用的避障参量是基于坐标变换后的电场强度平均值，比原有的基于直角坐标系的避障方案更接近实际情况，避障效率和精准性更高。3、本专利技术基于坐标变换的电场强度平均值的无人机避障系统是根据输电线路周围电场环境特殊性设计，且所用元器件体积小、简单轻便，既能够克服超声波测距、红外测距和激光测距设备检测正确率低的问题，又能够克服微波雷达测距设备体积、重量过大，不便于无人机搭载的弊端。附图说明图1是本专利技术一实施例中坐标变换示意图；图2是本专利技术一实施例中同塔双回极线路的坐标系示意图图3是本专利技术一实施例中观测点电场强度随极坐标角变化趋势图；图4是本专利技术一实施例中观测点和极坐标原点的距离随极坐标角的变化曲线；图5是本专利技术一实施例中电场强度随极坐标角变化趋势图6是本专利技术一实施例中观测点和极坐标原点的距离随极坐标角的变化曲线。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供一种基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，包括以下步骤：步骤S1:通过坐标变换技术将直角坐标系变换为极坐标系；步骤S2:根据架设方式、导线排列方式和相序对输电线路进行分类；步骤S3:基于变换得到的极坐标系，分别计算不同导线架设方式和排列方式对应的电场强度分布，并作为无人机巡检避障的避障参量。参考图1，本实施例中在原来的直角坐标系即yz坐标系（横向为y轴，与地面垂直方向为z轴）中建立极坐标系，由于输电线路空间关于z轴左右对称排列，故极坐标原点必须在z轴上，可设极坐标原点为（0，b）。由于无人机飞行巡检是以输电线路几何中心为中心的等距离避障巡检，故在进行坐标变化时，极坐标原点必须在直角坐标原点即图1中的O点和避雷线连线与z轴交点即图1中的D点之间即图1中的O点和D点之间。参考图2，本实施例中，所述最佳极坐标原点坐标取值，输电线路架设方式为单回输电线路时，计算表达式如式（1）（1）式中，h1为三相中架设高度相同的两相导线架设高度，h2为最下端导线架设高度，避雷线架设高度设为h3，为导线架设空间高度的平均值；输电线路架设方式为同塔双回输电线路时，极坐标原点坐标参数b的计算公式如式（2）：（2）其中Ha、Hb、Hc、Hd分别为三相导线、避雷线的离地高度。在本实施例中，所述步骤S2中分类具体为:根据输电线路架设方式分为单回和同塔双回输电线路，其中所述单回架空区域按照导线排列方式分为正三角、倒三角和水平排列三类；所述同塔双回输电线路按照相序分为6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1:通过坐标变换技术将直角坐标系变换为极坐标系；/n步骤S2:根据架设方式、导线排列方式和相序对输电线路进行分类；/n步骤S3:基于变换得到的极坐标系，分别计算不同导线架设方式和排列方式对应的电场强度分布，并作为无人机巡检避障的避障参量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:通过坐标变换技术将直角坐标系变换为极坐标系；
步骤S2:根据架设方式、导线排列方式和相序对输电线路进行分类；
步骤S3:基于变换得到的极坐标系，分别计算不同导线架设方式和排列方式对应的电场强度分布，并作为无人机巡检避障的避障参量。


2.根据权利要求1所述的基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，其特征在于，所述步骤S2中分类具体为:根据输电线路架设方式分为单回和同塔双回输电线路，其中对于单回线路根据导线排列方式细分为三类；同塔双回按照相序，结合各种相序对空间电场强度的影响，分为三类。


3.根据权利要求2所述的基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
步骤S11:基于直角yz坐标系，构建极坐标系,并设极坐标原点为（0，b）；
步骤S12:根据仿真数据，计算最佳极坐标原点坐标取值，得到最终的极坐标系。


4.根据权利要求3所述的基于坐标变换的高压线路架空区域无人机巡检避障方法，其特征在于，所述最佳极坐标原点坐标取值，输电线路架设方式为单回输电线路时，计算表达式如式（1）

（1）
式中，h1为三相中架设高度相同的两相导线架设高度，h2为最下端导线架设高度，避雷线架设高度设为h3，为导线架设空间高度的平均值；
输电线路架设方式为同塔双回输电线路时，极坐标原点坐标参数b的计算公式如式（2）：

（2）
其中Ha、Hb、Hc、Hd分别为三相导线、避雷线的离地高度。


5.根据权利要求2所述的基于坐标变换的高压线路...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋福根，吕学伟，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35