本发明专利技术公开了一种变电站电力无人机自动巡检方法及装置，所述方法包括利用激光雷达对变电站进行点云数据采集；利用图像采集器获取变电站内的影像；基于采集到的点云数据和变电站内的影像，以及无人机实时位置信息，完成无人机对未知环境的三维重建；基于三维重建的结果，进行航线规划，用于控制变电站电力无人机进行自动巡检。本发明专利技术实现无人参与下的变电站无人机全自主巡检，降低了现场人员操作难度，将运维人员从繁重枯燥的常规巡检工作中解放出来，提高了整体作业的效率，提升了变电站运维的自动化、智能化水平。智能化水平。智能化水平。
【技术实现步骤摘要】
一种变电站电力无人机自动巡检方法及装置
[0001]本专利技术属于变电站智能化巡检领域，具体涉及一种变电站电力无人机自动巡检方法及装置。
技术介绍
[0002]在电力系统中，对变电站设备的巡视检查、维护管理、及时发现设备存在的问题是变电运维专业的主要任务之一。电力设备的缺陷、隐患、异常动行状态等直接影响到电力设备的安全运行和电网的可靠供电，及工农商业用户的生产经营活动，甚至会带来严重的经济损失，不利于社会和谐稳定，作为变电运维人员，必须重视设备巡视质量。及时发现设备存在的问题、提升供电可靠性和服务水平，已成为提升供电企业服务水平的重要手段。因此，变电站需不断加强巡检作业能力建设，为电力用户创造更多的经济效益和社会效益。目前广泛开展的变电站无人机巡检应用中，无人机需要专业人员手工操作，大大降低无人机巡检的通用性；而且，由于飞手本身受身体所限，精神、体力难以长时间集中，操控无人机在环境复杂的变电站环境中进行飞行作业时，容易出现炸机等安全事故。
[0003]现有人工或机器人日常巡视视角一般是由设备下方向上方观察，对于高处以及设备上方存在巡视“死角”；目前广泛开展的变电站无人机巡检应用中，无人机需要专业人员手工操作，大大降低无人机巡检的通用性；而且，由于飞手本身受身体所限，精神、体力难以长时间集中，操控无人机在环境复杂的变电站环境中进行飞行作业时，容易出现炸机等安全事故；现有无人机巡检路径由巡检人员进行示教，调试工作量非常巨大，而且路点设置和巡检采集图片的质量与飞手的技能水平相关，飞行路径设计和飞行过程中没有全局校验飞行的安全路径；现有的巡检方法中，大多具备手工规划航线的功能，但仍存在航线规划不规范、与其他巡检体系(巡检机器人、人工)未建立联合互补机制等问题，削弱了无人机巡视的巡检效果，未能将无人机巡检优势发挥到极致。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种变电站电力无人机自动巡检方法及装置，实现无人参与下的变电站无人机全自主巡检，降低了现场人员操作难度，将运维人员从繁重枯燥的常规巡检工作中解放出来，提高了整体作业的效率，提升了变电站运维的自动化、智能化水平。
[0005]为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种变电站电力无人机自动巡检方法，包括：
[0007]利用激光雷达对变电站进行点云数据采集；
[0008]利用图像采集器获取变电站内的影像；
[0009]基于采集到的点云数据和变电站内的影像，以及无人机实时位置信息，完成无人机对未知环境的三维重建；
[0010]基于三维重建的结果，进行航线规划，用于控制变电站电力无人机进行自动巡检。
[0011]可选地，所述利用激光雷达对变电站进行点云数据采集，具体包括以下步骤：
[0012]根据无人机结构，采用基于几何特征的ICP算法计算RTK、GPS、图像采集器和激光雷达在无人机上的安装位置坐标，并获取该坐标位置下的安装位置参数；
[0013]根据获取的安装位置参数，对RTK、GPS、图像采集器和激光雷达分别进行单点定位，以生成各自独立的坐标系；
[0014]选取无人机原点为坐标系原点，根据安装位置坐标计算RTK、GPS、图像采集器和激光雷达的空间位置坐标，推导各自独立坐标系与无人机原点之间的变换关系，建立物像关系模型，推导物像点坐标和相机外方位元素之间的计算公式，以及激光点云的地面坐标计算公式；
[0015]无人机在正常飞行过程中，GPS和RTK实时记录无人机的飞行轨迹，同时图像采集器和激光雷达利用空间自动扫描技术获取变电站内的影像和点云数据。
[0016]可选地，所述对未知环境的三维重建包括以下步骤：
[0017]利用定位模块实时接收激光雷达输出的点云数据，所述定位模块包括GPS和RTK，结合无人机的飞行轨迹，通过特定算法完成无人机在未知环境中的实时定位，定位模块的输出为三维激光雷达里程计，即当前时刻相对于原始位姿的位姿变化；
[0018]利用激光雷达输出的点云数据进行赋色和添加模型纹理，结合所述变电站内的影像进行影像配准，通过点云拼接将所有点云数据利用坐标矩阵进行拼接，完整体现扫描对象的点云特征；
[0019]通过融合图像采集器与激光雷达输出的点云数据，生成雷达点云信息，结合无人机实时定位获得的位置信息，利用物像点坐标和相机外方位元素之间的计算公式，以及激光点云的地面坐标计算公式，构建雷达点云信息与传感器融合的点云数据，实现无人机对未知环境的三维重建。
[0020]可选地，所述利用定位模块实时接收激光雷达输出的点云数据，结合无人机的飞行轨迹，通过特定算法完成无人机在未知环境中的实时定位，步骤之后还包括：
[0021]对无人机按照获得的当前飞行位姿可能遭遇的危险进行识别与预警，采用无人机控制闭锁策略，执行预定策略如原路返回、禁止起飞、就地降落，保证无人机的安全性。
[0022]可选地，所述基于三维重建的结果，进行航线规划，具体包括以下步骤：
[0023]利用三维重建后的点云数据构建变电站领域知识，并构建基于一阶逻辑的公式；
[0024]通过图像目标自动识别算法，识别出的目标映射为变电站领域本体的实例，图像目标之间的空间位置关系对应于领域本体中实例间的对象关联属性；
[0025]利用识别出的目标映射，进行图像预处理，将图像转换成为特征向量，选择CNN卷积神经网络对识别目标的特征向量进行特征识别和提取，然后通过构建深度算法训练出最优决策树进行分类；
[0026]将提取出的目标特征，映射到领域本体实例之间的对象属性关联关系上，利用决策二叉树对图像进行测试，并根据构建的领域知识进行逻辑推理，从而进行检索；
[0027]采用全覆盖式的航带设计方法，结合得到的最优决策树和检索结果，实现初始多边形航带设计，然后基于该初始多边形航带对巡检区域进行划分，在保证全区域能够覆盖的情况下，分区域进行逐个航线计算，实现变电站场景的精准化航线设计。
[0028]可选地，所述基于三维重建的结果，进行航线规划，步骤之后还包括：
[0029]进行变电站电力无人机自动巡检，结果显示在并呈现在一站式数据可视化开发平台中，结束后核对结果是否满足变电站巡检要求。
[0030]第二方面，本专利技术提供了一种变电站电力无人机自动巡检装置，包括：RTK、GPS、图形采集器和激光雷达；
[0031]所述激光雷达用于对变电站进行点云数据采集；
[0032]所述图像采集器用于获取变电站内的影像；
[0033]基于采集到的点云数据和变电站内的影像，以及无人机实时位置信息，完成无人机对未知环境的三维重建；所述无人机实时位置信息是基于RTK和GPS的输出信息计算获得；
[0034]基于三维重建的结果，进行航线规划，用于控制变电站电力无人机进行自动巡检。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0036]本专利技术提本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种变电站电力无人机自动巡检方法，其特征在于，包括：利用激光雷达对变电站进行点云数据采集；利用图像采集器获取变电站内的影像；基于采集到的点云数据和变电站内的影像，以及无人机实时位置信息，完成无人机对未知环境的三维重建；基于三维重建的结果，进行航线规划，用于控制变电站电力无人机进行自动巡检。2.根据权利要求1所述的一种变电站电力无人机自动巡检方法，其特征在于，所述利用激光雷达对变电站进行点云数据采集，利用图像采集器获取变电站内的影像，具体包括以下步骤：根据无人机结构，采用基于几何特征的ICP算法计算RTK、GPS、图像采集器和激光雷达在无人机上的安装位置坐标，并获取该坐标位置下的安装位置参数；根据获取的安装位置参数，对RTK、GPS、图像采集器和激光雷达分别进行单点定位，以生成各自独立的坐标系；选取无人机原点为坐标系原点，根据安装位置坐标计算RTK、GPS、图像采集器和激光雷达的空间位置坐标，推导各自独立坐标系与无人机原点之间的变换关系，建立物像关系模型，推导物像点坐标和相机外方位元素之间的计算公式，以及激光点云的地面坐标计算公式；无人机在正常飞行过程中，GPS和RTK实时记录无人机的飞行轨迹，同时图像采集器和激光雷达利用空间自动扫描技术获取变电站内的影像和点云数据。3.根据权利要求2所述的一种变电站电力无人机自动巡检方法，其特征在于：所述对未知环境的三维重建包括以下步骤：利用定位模块实时接收激光雷达输出的点云数据，所述定位模块包括GPS和RTK，结合无人机的飞行轨迹，通过特定算法完成无人机在未知环境中的实时定位，定位模块的输出为三维激光雷达里程计，即当前时刻相对于原始位姿的位姿变化；利用激光雷达输出的点云数据进行赋色和添加模型纹理，结合所述变电站内的影像进行影像配准，通过点云拼接将所有点云数据利用坐标矩阵进行拼接，完整体现扫描对象的点云特征；通过融合图像采集器与激光雷达输出的点云数据，生成雷达点云信息，结合无人机实时定位获得的位置信息，利用物像点坐标和相机外方位元素之间的计算公式，以及激光点云的地面坐标计算公式，构建雷达点云信息与传感器融合的点云数据，实现无人机对未知环境的三维重建。4.根据权利要求3所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄国方，童宇辉，张静，单超，周兴俊，杨明鑫，汤济民，张丛丛，廖志勇，谢芬，刘晓铭，王文政，甘志坚，陈向志，谢永麟，彭奕，郝永奇，吴嵩青，钟亮民，吴圣和，许茂洲，张斌，侯建国，薛栋良，温祥青，蒋轩，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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