基于激光雷达的电力设施无人机及巡检方法技术

本发明专利技术提供一种基于激光雷达的电力设施无人机及巡检方法，包括无人机，在无人机底部设有旋转座，旋转座的底部设有俯仰座，在俯仰座上设有集成光学部件，集成光学部件设有光学摄像头、红外摄像头、亮度传感器和激光雷达组件。根据GIS地图规划无人机的主路径；无人机依据卫星定位系统导航进行巡查；路径特征点识别，根据激光雷达组件修正无人机空间位置；进入特征点子路径；沿子路径进行巡查；异常情况判断，若有，进入异常处置程序；若无，重新进入主路径；进入下一特征点；通过以上步骤，完成电力设施无人机的巡检。通过采用专用的集成光学部件，能够大幅降低电力设施巡检的控制复杂程度，提高数据的精度。提高数据的精度。提高数据的精度。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达的电力设施无人机及巡检方法


[0001]本专利技术涉及电力设施巡检领域，特别是一种基于激光雷达的电力设施无人机及巡检方法。

技术介绍

[0002]近年来，国内输电线路里程大幅增长，通过人工进行巡检劳动强度太高，近年来，国内外学者利用计算机视觉与数字图像处理技术对电力设施进行巡检的方案，但是这些方案尚不成熟，主要还是依赖人工操作。但是人工操作容易发生疲劳，造成事故。例如中国专利文献CN206077604U记载了一种基于无人机的特高压电网建设工程的巡查系统。CN216546698U记载了一种电力检修用巡查无人机。中国专利文献CN114527796A一种无人机仿输电线飞行的方法和系统；CN114219103A一种输电线路智能融合目标检测方法等方案中记载的方案均较为粗略，实施难度较大。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于激光雷达的电力设施无人机及巡检方法，能够自动化的对巡检过程中发现的异常情况进行报警，并且报警数据能够包含更多的数据信息，以便于管理和维护人员依据数据信息快速决策，以提高处置的及时性，确保安全性。
[0004]为解决上述的技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于激光雷达的电力设施无人机，包括无人机，在无人机底部设有旋转座，旋转座的底部设有俯仰座，在俯仰座上设有集成光学部件，集成光学部件设有光学摄像头、红外摄像头、亮度传感器和激光雷达组件。
[0005]优选的方案中，光学摄像头、红外摄像头和亮度传感器设置在第一主板上，在光学摄像头内设有自动光圈。
[0006]优选的方案中，激光雷达组件的发射组件包括半导体激光管阵列，半导体激光管阵列的光路前方设有阵列孔径光阑，阵列孔径光阑之后设有mems微机电组件，mems微机电组件表面设有阵列布置的微型反光板，阵列的激光光束经过微型反光板后从光学组件发出，光学组件包括准直透镜，mems微机电组件以反射调制整体成锥形的激光光束进入准直透镜。
[0007]优选的方案中，光学组件中还包括与准直透镜同轴的聚焦透镜，聚焦透镜焦点位置设有反射镜，反射镜的光路之后设有采集模块。
[0008]优选的方案中，还设有频率控制器，频率控制器用于根据输入的频率和光强度，控制半导体激光管阵列中各个的半导体激光管的通断。
[0009]优选的方案中，在无人机上还设有主控装置、卫星定位系统和陀螺仪；主控装置与卫星定位系统、陀螺仪、光学摄像头、红外摄像头、亮度传感器和激光雷达组件电连接。
[0010]一种采用上述的基于激光雷达的电力设施无人机的巡检方法，包括以下步骤：
S1、根据GIS地图规划无人机的主路径；S2、无人机依据卫星定位系统导航进行巡查；S3、陀螺仪辅助路径修正；S4、路径特征点识别，根据激光雷达组件修正无人机空间位置；S5、进入特征点子路径；S6、沿子路径进行巡查；S7、异常情况判断，若有，进入异常处置程序；若无，重新进入主路径；S8、进入下一特征点；通过以上步骤，完成电力设施无人机的巡检。
[0011]优选的方案中，在主路径中，各个杆塔的位置被设置为路径特征点，在每个路径特征点设有特征点子路径，无人机沿着特征点子路径对杆塔进行巡查。
[0012]优选的方案中，在主路径中，各个杆塔的部件被设置为热点区域，热点区域设置独立坐标。
[0013]优选的方案中，异常处置程序的步骤为：S01、判断是否存在异常红外影像，若是，则将异常红外影像视野居中；S02、激光雷达组件向异常位置测距；S03、根据无人机和距离参数判断具体电力部件；S04、红外影像异常热点标记；S05、叠加光学影像标记完整参数后发送报警数据。
[0014]本专利技术的基于激光雷达的电力设施无人机及巡检方法，通过采用专用的集成光学部件，能够大幅降低电力设施巡检的控制复杂程度，提高数据的精度。而且通过集成结构，尤其是半导体激光管阵列的集成结构，能够大幅降低整个集成光学部件的自重，延长无人机的续航时间。本专利技术的巡检方案，充分利用了GIS、卫星定位系统、陀螺仪和激光雷达组件的各自特点，进一步降低了控制的复杂程度，能够提供安全可靠的巡检数据，防患于未然。
附图说明
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术中无人机的结构示意图。
[0016]图2为本专利技术的集成光学部件的结构示意图。
[0017]图3为本专利技术中激光雷达组件发射部分的结构示意图。
[0018]图4为本专利技术的mems微机电组件的阵列结构示意图。
[0019]图5为本专利技术的激光雷达组件的结构示意图。
[0020]图6为本专利技术的应用示例的无人机巡检方法的流程图。
[0021]图7为本专利技术的异常处置程序的流程图。
[0022]图8为本专利技术的巡检获得的激光电云的示意图。
[0023]图中：集成光学部件1，集成面板101，光学摄像头102，红外摄像头103，亮度传感器104，激光雷达组件105，频率控制器106，半导体激光管阵列107，mems微机电组件108，微型反光板109，光学组件110，第一主板111，阵列孔径光阑112，聚焦透镜113，反射镜114，采集
模块115，准直透镜116，俯仰座2，旋转座3，无人机4，卫星定位系统5，主控装置6，陀螺仪7。
具体实施方式
[0024]实施例1：如图1~3中，一种基于激光雷达的电力设施无人机，包括无人机4，在无人机4底部设有旋转座3，旋转座3的底部设有俯仰座2，在俯仰座2上设有集成光学部件1，集成光学部件1设有光学摄像头102、红外摄像头103、亮度传感器104和激光雷达组件105。即光学摄像头102、红外摄像头103、亮度传感器104和激光雷达组件105具有同轴的特点。其中激光雷达组件105基于mems微机电组件108具有俯仰
±
3~10
°
、左右
±
3~10
°
的视野范围。
[0025]优选的方案如图2中，光学摄像头102、红外摄像头103和亮度传感器104设置在第一主板111上，在光学摄像头102内设有自动光圈。红外摄像头103采用山田光学深圳有限公司中波制冷型热像机芯YM
‑
TC640和适配镜头。光学摄像头102和红外摄像头103的图像经过放大倍数标定和畸变补偿，以确保光学摄像头102和红外摄像头103的图像精确重叠。具体步骤是，先将红外摄像头103的图像通过软件进行畸变补偿，然后将光学摄像头102的图像进行畸变补偿，之后以补偿后的红外摄像头103的图像为基准，将补偿后光学摄像头102的图像进行软件缩放运算，以使光学摄像头102的图像与红外摄像头103的图像在像素级别一一对齐。设置的亮度传感器104用于检测环境亮度，使光学摄像头102自动调节光圈大小，以获得理想的图像质量。优选的，光学摄像头102与红外摄像头103为同轴布置，二者之间存在视距差，即光学摄像头102与红外摄像头103的视野中心存在误差，通常可以忽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的电力设施无人机，包括无人机（4），在无人机（4）底部设有旋转座（3），旋转座（3）的底部设有俯仰座（2），其特征是：在俯仰座（2）上设有集成光学部件（1），集成光学部件（1）设有光学摄像头（102）、红外摄像头（103）、亮度传感器（104）和激光雷达组件（105）。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的电力设施无人机，其特征是：光学摄像头（102）、红外摄像头（103）和亮度传感器（104）设置在第一主板（111）上，在光学摄像头（102）内设有自动光圈。3.根据权利要求1所述的基于激光雷达的电力设施无人机，其特征是：激光雷达组件（105）的发射组件包括半导体激光管阵列（107），半导体激光管阵列（107）的光路前方设有阵列孔径光阑（112），阵列孔径光阑（112）之后设有mems微机电组件（108），mems微机电组件（108）表面设有阵列布置的微型反光板（109），阵列的激光光束经过微型反光板（109）后从光学组件（110）发出，光学组件（110）包括准直透镜，mems微机电组件（108）以反射调制整体成锥形的激光光束进入准直透镜。4.根据权利要求1~3任一项所述的基于激光雷达的电力设施无人机，其特征是：光学组件（110）中还包括与准直透镜同轴的聚焦透镜（113），聚焦透镜（113）焦点位置设有反射镜（114），反射镜（114）的光路之后设有采集模块（115）。5.根据权利要求3所述的基于激光雷达的电力设施无人机，其特征是：还设有频率控制器（106），频率控制器（106）用于根据输入的频率和光强度，控制半导体激光管阵列（107）中各个的半导体激光管的通断。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟恩，熊浩，周文浩，
申请(专利权)人：武汉海达数云技术有限公司，
类型：发明
国别省市：