[发明专利]无人机电力线路运维检修系统及方法

权利要求书

1.一种无人机电力线路运维检修系统，其特征在于，包括：路径规划模块、数据获取模块、数据处理模块、地图模块、存储模块、通信模块、地面接收站；

路径规划模块包括路径规划单元、高度预设单元，路径规划单元根据电力线路所在区域初始全局地图预规划无人机飞行路线，高度预设单元根据所在区域地形高度及输电线塔架高度预设飞行高度，无人机根据预规划路线和预设高度起飞；

数据获取模块包括激光雷达LiDAR、高分辨率相机、GPS接收机、三轴陀螺仪、三轴加速度计、红外波摄像机、紫外摄像机；

地图模块包括存储单元、拼接单元、更新单元，存储单元存储全局地图，拼接单元对获取的不同帧点云数据进行连续性匹配，更新单元构建扫描区域局部地图，不断更新全局地图。

通信模块采用无线通信方式，将数据处理模块得到的输电塔及线路故障数据反馈至地面接收站。

2.根据权利要求1所述一种无人机电力线路运维检修系统，其特征在于所述数据处理模块包括避障计算单元、点云数据处理单元、影像处理单元、故障类型计算单元；避障计算单元结合全局地图及实时点云数据实现无人机避障，点云数据处理单元对点云数据进行电力线提取，影像处理单元对红外影像、紫外影像进行处理，故障类型计算单元根据检测结果生成故障类型。

3.根据权利要求1所述一种无人机电力线路运维检修系统，其特征在于所述地面接收站根据故障类型和所处位置，派发检修工单至运维人员处。

4.一种无人机电力线路运维检修方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据电力线路所在区域初始全局地图预规划无人机飞行路线，根据所在区域地形高度H₀及输电线塔架高度H_e预设飞行高度H(t_i)，无人机根据预规划路线和预设高度起飞；

(2)无人机在飞行过程中，实时获取点云数据、高分辨率影像数据、位置姿态数据；

(3)结合位置、姿态数据对获取的不同帧点云数据进行连续性匹配，构建扫描区域局部地图，以此更新全局地图，供后续电力设备维修使用，结合全局地图及实时点云数据实现无人机避障；

(4)对点云数据进行电力线提取；

(5)无人机对异常电力线点所在范围进行集中监测，根据检测结果生成故障类型；

(6)将故障电力线点的空间位置坐标及线路故障数据发送至地面接收站；

(7)地面接收站根据故障类型和所处位置，派发检修工单至运维人员处。

5.根据权利要求4所述一种无人机电力线路运维检修方法，其特征在于所述步骤(1)中根据所在区域地形高度H₀及输电线塔架高度H_e预设飞行高度H(t_i)，公式如下:

H(t_i)＝H₀+H_e+ω (1)

其中，ω为无人机预设安全距离。

6.根据权利要求4所述一种无人机电力线路运维检修方法，其特征在于所述步骤(1)中还包括根据激光扫描仪的射程S和预设飞行高度H(t_i)设置激光扫描仪的安装倾角θ(t_i)，公式如下:

θ(t_i)＝arcsin(H(t_i)/S) (2)。

7.根据权利要求4所述一种无人机电力线路运维检修方法，其特征在于所述步骤(5)无人机对异常电力线点所在范围进行集中监测具体包括：利用红外波摄像机对范围内输电线走廊进行热点检测，利用紫外摄像机对异常放电点进行检测，利用高分辨率影像范围内的电力线拍照，并自动进行绝缘子及输电塔的提取检测。

8.根据权利要求4所述一种无人机电力线路运维检修方法，其特征在于步骤(4)对点云数据进行电力线提取，具体步骤如下：

(4.1)对点云数据的高程进行聚类分析，利用公式(3)计算最小方差函数：

其中，h_j为点云数据的高程，H_i为第i个聚类中心，n为聚类中心数目；

(4.2)根据聚类得到的n个高程值，将点云数据的高程分为n类，在此点云基础上进行电力线点云提取；

(4.3)对n个类别内的点云采用最小二乘拟合的方法进行中心线拟合，拟合方差最小的曲线即为输电线路中心曲线方程；

(4.4)基于输电线路中心曲线方程生成精准的电力线矢量模型，结合点云数据与电力线适量模型进行安全距离诊断，对超限电力线点记录，在超限电力线点数量超过预设数值W时，记录超限电力线点的空间位置坐标。