本发明专利技术公开了一种用于无人机巡检带电导线的电场测量避障装置及方法，它包括巡检无人机，在无人机上设有电场避障装置，该装置包括DSP数据处理模块，依次连接的电场测量传感器、信号处理单元和A/D转化单元，A/D转化单元与DSP数据处理模块输入端连接，DSP数据处理模块输出端与机载飞控系统连接。本发明专利技术避免了无人机巡检带电导线时，由于GPS导航误差，阵风过大，飞行高度不够导致执行任务的过程中出现偏离预定航向，导致无人机与输电线路碰撞情况发生，保障无人机巡线系统及输电线路的安全，提升巡线作业的可靠性，保证人身、电网和设备的安全。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种巡检无人机避障系统及方法，尤其涉及一种用于无人机巡检带电导线的电场测量避障 系统及方法。
技术介绍
近年来，我国国民经济的持续快速发展对我国电カエ业提出了越来越高的要求。我国目前已形成华北、东北、华东、华中、西北和南方电网共6个跨省区电网，500千伏线路已成为各大电カ系统的骨架和跨省、跨地区的联络线，电网发展滞后的矛盾基本得到缓解。由于我国国土辽阔，地形复杂，为了安全和可靠地供电，巡线维护自动化和现代化已日益显示出其迫切性。采用无人机空中作业进行电カ巡线，能够克服利用有人驾驶的直升机进行巡线的维护费用昂贵、安全问题突出等弊端，但由于无人机GPS导航存在误差，巡检飞行时可能遇到阵风过大，以及无人机的飞行高度不够等因素导致无人机在执行任务的过程中可能会出现偏离预定航向的情况，存在造成无人机与输电线路或其他障碍物发生碰撞的危险。山、树木、鉄塔等其他障碍物体积较大，通过无人机实时传回地面站的视频即能够识别；但由于输电导线线径小，视频很难识别，为了保障无人机巡线系统及输电线路的安全，提升巡线作业的可靠性，有必要实现无人机对输电导线的避障。目前，国内外对高压输电导线电磁环境的研究和分析已取得了一定的成果，但主要的研究方向是高压输电导线电磁环境对离地2m范围内人体和线路查修维护等接触高压输电导线的工作人员的影响，以及对地面部分电子仪器等的干扰情況。高压输电导线电磁环境对于有人机、无人机的影响还停留在文字说明和概述分析的层面，尤其对利用导线间距与电磁场强度之间的对应关系，通过数据计算处理确定无人机巡检带电导线时是否需要避障动作相关的研究，仅在专利申请号为201120124969. I的专利《电カ巡线无人直升机超低空飞行障碍规避子系统》中有以下描述 “根据电カ巡线无人机巡査目标ー输电线路的特殊性，设计了根据电磁场强度的探測来判断与输电线路距离这一具有针对性、独特性、创造性的测距方法。此方法的特性是距离输电线路越近，测距精度越高，可达厘米甚至毫米级别，尤其适用于电カ巡线无人机在对输电线路巡查时对输电线路的规避。通过将不同电压等级的输电导线周围磁场的变化做仿真计算，其计算分析可精确到厘米级，由此可获取导线周围的磁场分布，从而可通过预处理检测到的磁场强度，即与仿真结果对比，可进行位置检测和判断，在检测到与输电导线距离小于某定值时，可強制改变飞行方向，以避免无人机与输电导线的碰撞，避免事故发生。” 现有技术缺点 (I)现有技术是通过检测飞机所处位置的磁场强度的变化与仿真结果对比，进而进行对位置检测和判断。在输电线路实际运行吋，电压大小基本保持在指定的电压等级水平，但电流的大小是随着负载的变化而实时变化的，因而磁场強度的数值也随之实时变化，不具有測量判断的可依据性。这种检测方法所得的结果很不准确。(2)现有技术中提及“现场测量”，但未提供測量装置(包括装置构成和安装位置)、測量方法、数据处理方法和判断依据。(3)现有技术中提及用于參照的“仿真计算数值”，但未提供用于对比判断的各电压等级线路的仿真计算结果，不具有实用性。(4)现有技术中未描述用于说明方法可行性的应用实例
技术实现思路
本专利技术的目的就是为解决上述问题，提供一种用于无人机巡检带电导线的电场测量避障装置及方法，它主要实现了无人机对输电导线的避障，避免了无人机巡检带电导线吋，由于GPS导航误差，阵风过大，或飞行高度不够导致执行任务的过程中出现偏离预定航向，导致无人机与输电线路碰撞情况的发生，保障了无人机巡线系统及输电线路的安全，提升巡线作业的可靠性，保证人身、电网和设备的安全。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 一种用于无人机巡检带电导线的电场测量避障系统，它包括巡检无人机，在无人机上设有电场避障装置，该装置包括DSP数据处理模块，依次连接的电场测量传感器、信号处理単元和A/D转化单元，A/D转化单元与DSP数据处理模块输入端连接，DSP数据处理模块输出端与机载飞控系统连接。所述机载飞控系统包括飞控系统机载控制计算机，它分别与数字罗盘、三轴陀螺仪、三轴加速度计、卫星定位模块、气压高度计、转速測量传感器、PCM遥控接收机、舵机控制器、数传电台，舵机控制器与伺服舵机连接，数传电台则与地面站通信。所述电场避障装置整体要处在巡检无人机机体正下方中央位置。一种用于无人机巡检带电导线的电场测量避障系统的避障方法， 步骤ー巡检无人机巡检带电导线时，机身与输电导线方向基本平行； 步骤ニ 设置DSP数据处理模块中，计算电场变化率时所采用两数据的时间间隔At ;步骤三电场测量传感器将所测电场强度数值输入信号处理单元，提取エ频范围内的电场强度数值后送入DSP数据处理模块中；DSP数据处理模块中的判断算法如下 取t时刻エ频电场测量模块测得数值为m，t+ △ t时刻エ频电场测量模块测得数值为n，并在t+At时刻取无人机飞行控制系统提供的无人机实时飞行速率记为V，数据处理及转化模块进行如下判断 v=0时，输出“安全”指令； VデO时,I m-n I/ (V* At)〈C,输出“安全”指令； I m-n I/ (V* At)彡C，输出“避障”指令； 其中C为电场强度变化率的限值； 步骤四避障指令由DSP数据处理模块输出给机载飞控系统，进而由无人机舵机控制器控制伺服舵机进行下ー步动作，指令为“安全”吋，继续当前飞行任务；指令为“避障”吋，先将无人机悬停，通过实时传回的视频判断发出“原路返航”或“临时调整路线”的指令。对于电场强度变化率的限值C，通过对输电导线建立电场计算模型，进而进行仿真计算得到该值；对220kV、500kV、750kV、IOOOkV输电导线分别对应C220=29，C500=56,C750=77, C1000=81。本专利技术的工作原理为 电场测量传感器将所测电场强度数值输入信号处理单元，提取エ频范围内的电场强度数值后，通过A/D转化单元输入DSP数据处理模块，同时电场测量传感器将所测电场强度数值输入信号处理单元，提取エ频范围内的电场强度数值后，通过A/D转化单元也输入DSP数据处理模块，按照上述步骤中所述算法处理，生成的避障判断结果输入飞控系统机载控制计算机，进而将避障指令发送给舵机控制器，由其控制伺服舵机来改变无人机平台的飞行状态。同吋，飞控系统机载控制计算机会将数字罗盘、三轴陀螺仪、三轴加速度计、卫星定位模块、气压高度计、转速測量传感器和PCM遥控接收机的状态信息，以及避障判断的信息一同通过数传电台进行与地面站之间的交互。本专利技术的有益效果 I)本专利技术设计了ー套，利用该系统，能够实现无人机巡检带电导线时，对实时视频中很难识别的导线的避障，提升巡线作业的可靠性，保障输电线路及无人机巡线系统的安全。2)上述无人机巡检带电导线的电场测量避障系统，是根据带电导线周围电场环境的特殊性设计，且所用元器件体积小、简单轻便，由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，又能够避免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。3)上述无人机巡检带电导线的电场测量避障方法中，用于判断无人机是否需要对输电导线避障的测量參数为无人机所处位置电场强度的变化率，首先利用针对某条输电线路较稳定的电场强度数值，其次采用计算变本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于无人机巡检带电导线的电场测量避障系统，它包括巡检无人机，其特征是，在无人机上设有电场避障装置，该装置包括DSP数据处理模块，依次连接的电场测量传感器、信号处理单元和A/D转化单元，A/D转化单元与DSP数据处理模块输入端连接，DSP数据处理模块输出端与机载飞控系统连接。2.如权利要求I所述的用于无人机巡检带电导线的电场测量避障系统，其特征是，所述机载飞控系统包括飞控系统机载控制计算机，它分别与数字罗盘、三轴陀螺仪、三轴加速度计、卫星定位模块、气压高度计、转速測量传感器、PCM遥控接收机、舵机控制器、数传电台，舵机控制器与伺服舵机连接，数传电台则与地面站通信。3.如权利要求I所述的用于无人机巡检带电导线的电场测量避障系统，其特征是，所述电场避障装置整体要处在巡检无人机机体正下方中央位置。4.ー种采用权利要求I所述的用于无人机巡检带电导线的电场测量避障系统的避障方法，其特征是， 步骤ー巡检无人机巡检带电导线时，机身与输电导线方向基本平行； 步骤ニ 设置DSP数据处理模块中，计算电场变化率时所采用两数据的时间间隔At ; 步骤三电场测量传感器将所测电场强度数值输入...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑天茹，王滨海，陈西广，王骞，刘俍，张晶晶，
申请(专利权)人：山东电力集团公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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