[发明专利]一种基于无人机的架空线与植被距离测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机的架空线与植被距离测量装置及方法，包括无人机机体和地面监控中心；无人机机体上设有飞行控制系统和传感检测集成系统；其中飞行控制系统与GPS测量仪、气压高度计、无刷电机驱动模块和机载第一通讯模块连接；飞行控制系统通过各模块实现对无人机的飞行控制和信息采集，并通过机载第一通讯模块反馈到地面监控中心；传感检测集成系统与三轴云台增稳系统、成像装置、二维360°激光扫描仪、大容量信息存储单元和机载第二通讯模块连接；传感检测集成系统通过机载第二通讯模块与地面监控中心通信。本发明采用无人机进行线路巡检，可有效降低系统风险，降低作业成本，有利于在生产领域的应用推广。

技术领域

本发明涉及无人机电力巡线技术领域，特别涉及一种基于无人机的架空线与植被距离测量装置及方法。

背景技术

十二五期间，我国的电网建设经历了高速发展的阶段，输电线路总长度超过了115万千米，我国国民经济的持续快速发展对我国电力工业提出了越来越高的要求。截至2012年，全国110千伏以上输电线路已超过70万公里。传统的巡线方式已经满足不了现代电力系统的广泛需求，针对高压电网线路的检测和周围物体对其危害的预防迫在眉睫。

由于我国南方植被环境的特殊性，输电线路需要穿越各种复杂的地形，树木的迅速生长给高压电网线路的电力输送带来了不少的安全隐患。根据超高电压电网线的相关规定：在超高压电网线的直径8米的范围内，若有与地面直接接触的物体都有可能会出现漏电放电等安全事故。目前，高空中电网与周边物体的距离检测是超高压电网线安全检测的一项重要指标。电力线长期暴露在野外，树木生长可能会引起输电线放电，也必须及时处理。因此对高压电力线路以及树木之间的距离进行检测是一项非常重要的任务。

传统的架空线与树木间距离检测方法是地面检测人员应用手持式激光测距仪对架空线路和树木进行取点检测。由于手持式激光测距仪的基本原理是测距原理基本可以归结为测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c＝299792458m/s和大气折射系数n计算出距离D。该检测方案具有如下缺陷：

(1)空中高压电线距离地面的距离较远，并且高压电线的直径大小仅仅为3cm，而激光测距的是通过发射点光束去瞄准电线的。因此，手持式激光测距仪难以瞄准待测的电线采样点。并且，即使发射的激光点光束能够射到电线上，地面的检测人员也不能通过肉眼能够观测到，因此对于架空线的取点检测的有效性难以保证。

(2)由于传统的检测方式仅能够在地面上进行观测，对于树木的采样点难以做到有效性。由于对于树木的采样检测点一般是树木的顶部，手持式激光测距仪发射的点光束无法穿透树荫射到树木的顶部进行有效的测量。

(3)该检测方式受到人为以及环境因素的干扰影响较大。由于南方的晴天较多，阳光猛烈，并且阳光里也含有大量的红外射线，因此在户外使用手持式激光测距仪会使测量的误差放大，精度大大下降。同时，在数据的处理上，由于传统的激光测距方式仅仅能或许电线与地面检查人员的距离以及树木和地面检测人员的距离信息，若要测量出树和电线之间的有效距离还需要获取两个距离向量之间的夹角关系。这个夹角关系由检测人员估摸处理，这样测量误差会成几何倍数放大。

云南电网公司普洱供电局201120156363.6号专利、重庆市电力公司超高压局200920127031.8号专利以及阳锋、王滋政和黄勇于2009年发表于《红水河》第28卷第1期77-80页的论文分别对固定翼无人机输电线路巡检和直升机搭载三维激光扫描系统对输电线路巡检进行了描述。

近几年国内有人直升机电力巡检系统逐渐发展起来，利用有人直升机搭载三维激光扫描仪对输电线路进行巡视，使用成本高，不利于生产实际中推广使用。直升机及其维护费用昂贵、安全问题突出等。特别是其安全问题，这是一个涉及人身及设备(包括飞机和电网)安全的严重问题。

面对庞大的输电网络，要完成高效率的输电线路的巡检任务，急需要大航程、远距离的无人驾驶巡检飞机对电网系统进行全天候、全地貌巡检，以提高巡检效率和巡检精度。