CN106094867A - 一种多功能电力设备巡视无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多功能电力设备巡视无人机，包括无人机，无人机外部安装有：一用于对变电站内断路器和隔离开关的分合闸位置以及各电力设备外观进行检查，以判断各电力设备运行状态的运动摄像机；一用于对电力设备进行红外成像，通过电力设备温度间接判断电力设备导电性和绝缘性的红外摄像头；以及一用于驱逐变电站中的鸟类，防止电力设备因鸟类或鸟巢造成短路事故的驱鸟器。实施本发明，集成驱鸟、巡视及测温功能，且不受路面状况影响，可到达各种电力设备位置，并具有灵活性较高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种多功能电力设备巡视无人机。
背景技术
随着自动化及通信技术的发展，越来越多变电站已具备“四遥”功能（遥测、遥信、遥控、遥调），并已实现了综合自动化及无人值班的运作模式，然而变电站巡检基本上仍采用人工定期巡检的方式开展。
变电站或多或少存在些突发或紧急处理的情况，使得现有的人工定期巡检方式具有很大的弊端。如在每年的鸟类繁殖季节，由于鸟类筑巢速度较快（一般鸟巢可在3至4天内完成），巡视周期要求较短，这就加大了运维人员的巡视工作量，同时人工巡检效果受巡视人员责任心、精神状态等主观因素影响较大。又如在变电站倒闸操作、事故处理等情况下常常需要检查现场设备情况，从而使得运行人员在操作或事故处理过程中经常需要来回奔波于控制室和设备场区，不仅影响操作时间或事故处理时间，降低了工作效率，还在设备存在缺陷或事故情况下甚至可能危及人身安全。
针对上述情况存在弊端的解决，目前主要有两种解决方案：一是在变电站中安装若干固定摄像头并将监控图像传输至控制室的监控机上；二是使用机器人作为载体，在机器人上搭载传感器、摄像头等设备，通过通信系统将采集到的图像和数据传输至工作站。
发明人发现，上述两种解决方案均存在不足之处，其不足之处在于：在第一种方案中，监控效果受制于摄像头数量，为了获得更大的监控范围就需要装设更多摄像头，从而增大了投资，且由于设备场区面积较大，很难实现无死角的全方位覆盖，同时，装设固定摄像头只是解决了运维人员在远方检查设备的问题，无法远方采集设备温度等数据，巡检效果实际上仍受人员责任心、精神状态等主观因素影响较大；在第二种方案中，由于采用移动式平台作为设备载体，无需大量安装固定式设备，灵活性优于第一种方案，但目前机器人不具备驱鸟功能，巡检中发现鸟类筑巢时仍需进行人工处理，同时对于机器人，由于变电站建设时未专门为其预留专用通道，因而在实际应用过程中还会因为地面障碍物而降低其巡视的灵活性，对于位置较高、需借助望远镜的设备，地面机器人进行巡检效果也难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多功能电力设备巡视无人机，集成驱鸟、巡视及测温功能，且不受路面状况影响，可到达各种电力设备位置，并具有灵活性较高等优点。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多功能电力设备巡视无人机，其与地面站相配合，包括无人机，所述无人机外部安装有：
一用于对变电站内断路器和隔离开关的分合闸位置以及各电力设备外观进行检查，以判断各电力设备运行状态的运动摄像机；
一用于对电力设备进行红外成像，通过电力设备温度间接判断电力设备导电性和绝缘性的红外摄像头；以及
一用于驱逐变电站中的鸟类，防止电力设备因鸟类或鸟巢造成短路事故的驱鸟器。
其中，所述无人机内部包括：
一用于接收所述地面站发送的指令并执行，输出相关控制指令的飞控模块；其中，所述控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；
一与所述飞控模块的第一端相连，且用于根据所述飞控模块输出的第一控制指令，调整所述无人机飞行方向的电调机构；
一安装有所述红外摄像头，且还与所述飞控模块的第二端相连，并用于根据所述飞控模块输出的第二控制指令，实现所述红外摄像头摄像角度调整的云台控制器；以及
一与所述红外摄像头、运动摄像机和飞控模块的第三端分别相连，并用于根据所述飞控模块输出的第三控制指令，实现所述红外摄像头和所述运动摄像机分别与所述地面站之间通信数据及图像传输的图传遥控一体化模块。
其中，所述无人机由所述飞控模块通过对所述电调机构所含的四个电调进行控制来实现飞行方向的调整。
其中，所述红外摄像头由所述云台控制器通过对其上设置的云台电机进行控制来实现角度的调整。
其中，所述图传遥控一体化模块的发射频率为2.4GHz，输入电压为DC9~12V，有效全向发射功率为100mW。
其中，所述驱鸟器包括声光模式的驱鸟器和超声波模式的驱鸟器；其中，
所述声光模式的驱鸟器的声音部分可为预先加载的音频，光线部分采用532nm的棒状绿色激光；
所述超声波模式的驱鸟器的超声波部分采用的频段为16kHz~25kHz。
其中，所述无人机内部还包括：
一与所述飞行控制模块的第四端相连，且用于测量所述无人机三轴姿态角或角速率以及加速度的惯性测量单元；以及
一与所述飞行控制模块的第五端相连，且用于定位所述无人机飞行位置的GPS模块。
其中，所述无人机为四轴飞行器，采用450mm碳纤维机架，X2412S/KV980电机，配置9943桨叶及11.1V/5200mAh/30C锂电池。
其中，所述运动摄像机像素为1200万，传输速率为30M/s，数据传输接口为AV接口。
其中，所述红外摄像头为致冷型红外成像仪，测量范围为-40℃~550℃，支持变焦，放大率为2-4X，最大分辨率为2℃，数据传输接口为USB接口。
与现有技术相对比，本发明实施例具有如下有益效果：
1、在本发明实施例中，无人机集成有驱鸟器、运动摄像机、红外摄像头等设备，在巡检过程中可通过控制驱鸟器模式（如声光或超声波）对变电站设备上的鸟类进行驱逐，并采用红外摄像头可同时拍摄电力设备的可见光及红外图像，可对电力设备表面温度进行测量，且进一步通过运动摄像机对各电力设备外观进行拍摄，所拍摄的图像及数据可实时传输至地面站，从而集成有驱鸟、巡视及测温功能；
2、在本发明实施例中，通过与地面站进行通讯，可实现无人机按照设定的航迹及时间进行自主定时飞行，从而不受路面状况影响，可到达各种电力设备位置，具有更高的灵活性等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的多功能电力设备巡视无人机的结构示意图；
图2为图1中无人机内部的一结构示意图；
图3为图1中无人机内部的另一结构示意图；
图4为本发明实施例提供的多功能电力设备巡视无人机中应用场景的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种多功能电力设备巡视无人机，其与地面站（未图示）相配合，包括无人机1，无人机1外部安装有：
一用于对变电站内断路器和隔离开关的分合闸位置以及各电力设备外观进行检查，以判断各电力设备运行状态的运动摄像机2；
一用于对电力设备进行红外成像，通过电力设备温度间接判断电力设备导电性和绝缘性的红外摄像头3；以及
一用于驱逐变电站中的鸟类，防止电力设备因鸟类或鸟巢造成短路事故的驱鸟器4。
在本发明实施例中，为了能够控制无人机1的飞行方向及高度，从而不受路面状况影响，可到达各种电力设备位置，同时确保运动摄像机2及红外摄像头3采集到的数据及图像能够传送至地面站进行后续处理分析，因此如图2所示，无人机1内部包括：
一用于接收地面站发送的指令并执行，输出相关控制指令的飞控模块11；其中，控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；
一与飞控模块11的第一端a1相连，且用于根据飞控模块11输出的第一控制指令，调整无人机1飞行方向的电调机构12，其中，飞控模块11通过对电调机构12所含的四个电调进行控制来实现无人机1飞行方向的调整；
一安装有红外摄像头3，且还与飞控模块11的第二端a2相连，并用于根据飞控模块11输出的第二控制指令，实现红外摄像头3摄像角度调整的云台控制器13，其中，云台控制器13通过对其上设置的云台电机进行控制来实现红外摄像头3角度的调整；以及
一与红外摄像头3\运动摄像机2和飞控模块11的第三端a3分别相连，并用于根据飞控模块11输出的第三控制指令，实现红外摄像头3\运动摄像机2分别与地面站之间通信数据及图像传输的图传遥控一体化模块14，该图传遥控一体化模块14的发射频率为2.4GHz，输入电压为DC9~12V，有效全向发射功率为100mW。
如图3所示，无人机1内部不仅包括图2中的所有模块，无人机1内部还包括：
一与飞行控制模块11的第四端a4相连，且用于测量无人机1三轴姿态角或角速率以及加速度的惯性测量单元15；以及
一与飞行控制模块11的第五端a5相连，且用于定位无人机1飞行位置的GPS模块16，且该惯性测量单元15和GPS模块16测得的无人机1飞行高度、方向及位置等测量信息，能够回传至地面站。
在一个实施例中，无人机1为四轴飞行器，采用450mm碳纤维机架，X2412S/KV980电机，配置9943桨叶及11.1V/5200mAh/30C锂电池；
运动摄像机像素为1200万，传输速率为30M/s，数据传输接口为AV接口；
红外摄像头为致冷型红外成像仪，测量范围为-40℃~550℃，支持变焦，放大率为2-4X，最大分辨率为2℃，数据传输接口为USB接口；
驱鸟器包括声光模式的驱鸟器和超声波模式的驱鸟器；其中，声光模式的驱鸟器的声音部分可为预先加载的音频，光线部分采用532nm的棒状绿色激光；超声波模式的驱鸟器的超声波部分采用的频段为16kHz~25kHz。可以理解的是，驱鸟器可以为声光模式的驱鸟器、超声波模式的驱鸟器之中其一或两种混合，驱鸟器采用两种混合时，可通过切换开关在接收到地面站相应指令后进行切换。上述驱鸟器均可由1.5V干电池供电。
如图4所示，对本发明实施例提供的多功能电力设备巡视无人机的应用场景做进一步说明：。
四轴无人机的四个电调由动力电池直接供电，而飞控模块、图传遥控一体化模块、云台控制器的电源分别经CAN总线集线器连接至电源管理模块的PW端口。
其中，电源管理模块的X1端口与飞控模块的X1端口连接，用于进行电压监测。
图传遥控一体化模块通过DBUS端口与飞控模块进行通信，将地面站对无人机发出的控制信号发送至飞控模块上，并由飞控模块通过M1~M4端口对四个电调进行控制从而实现无人机的飞行控制。而无人机的云台则由云台电机进行姿态调整，地面站通过图传遥控一体化模块的Gimbal端口对云台控制器GCU发出控制信号，云台控制器GCU通过G6端口对电机进行控制从而实现云台姿态调整。
惯性测量单元和GPS模块经集线器连接至飞控模块的CAN1端口。
运动摄像机通过支架固定在无人机机架上，视频输出经AV线连接至图传遥控一体化模块AV端口。
致冷型红外成像仪安装于无人机云台上并通过AV线与云台控制器GCU进行图像传输，云台控制器GCU通过Gimbal端口将红外图像传输至图传遥控一体化模块。
此时，通过DBUS端口，图传遥控一体化模块还可以获得惯性测量单元和GPS模块关于无人机飞行高度、方向及位置等测量信息，并将相关数据叠加至运动摄像机和红外成像仪的图像上传输回地面站。
与现有技术相对比，本发明实施例具有如下有益效果：
1、在本发明实施例中，无人机集成有驱鸟器、运动摄像机、红外摄像头等设备，在巡检过程中可通过控制驱鸟器模式（如声光或超声波）对变电站设备上的鸟类进行驱逐，并采用红外摄像头可同时拍摄电力设备的可见光及红外图像，可对电力设备表面温度进行测量，且进一步通过运动摄像机对各电力设备外观进行拍摄，所拍摄的图像及数据可实时传输至地面站，从而集成有驱鸟、巡视及测温功能；
2、在本发明实施例中，通过与地面站进行通讯，可实现无人机按照设定的航迹及时间进行自主定时飞行，从而不受路面状况影响，可到达各种电力设备位置，具有更高的灵活性等优点。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种多功能电力设备巡视无人机，其与地面站相配合，其特征在于，包括无人机，所述无人机外部安装有：
一用于对变电站内断路器和隔离开关的分合闸位置以及各电力设备外观进行检查，以判断各电力设备运行状态的运动摄像机；
一用于对电力设备进行红外成像，通过电力设备温度间接判断电力设备导电性和绝缘性的红外摄像头；以及
一用于驱逐变电站中的鸟类，防止电力设备因鸟类或鸟巢造成短路事故的驱鸟器。
2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机内部包括：
一用于接收所述地面站发送的指令并执行，输出相关控制指令的飞控模块；其中，所述控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；
一与所述飞控模块的第一端相连，且用于根据所述飞控模块输出的第一控制指令，调整所述无人机飞行方向的电调机构；
一安装有所述红外摄像头，且还与所述飞控模块的第二端相连，并用于根据所述飞控模块输出的第二控制指令，实现所述红外摄像头摄像角度调整的云台控制器；以及
一与所述红外摄像头、运动摄像机和飞控模块的第三端分别相连，并用于根据所述飞控模块输出的第三控制指令，实现所述红外摄像头和所述运动摄像机分别与所述地面站之间通信数据及图像传输的图传遥控一体化模块。
3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述无人机由所述飞控模块通过对所述电调机构所含四个电调进行控制来实现飞行方向的调整。
4.根据权利要求3所述的无人机，其特征在于，所述红外摄像头由所述云台控制器通过对其上设置的云台电机进行控制来实现角度的调整。
5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述图传遥控一体化模块的发射频率为2.4GHz，输入电压为DC9~12V，有效全向发射功率为100mW。
6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述驱鸟器包括声光模式的驱鸟器和超声波模式的驱鸟器；其中，
所述声光模式的驱鸟器的声音部分可为预先加载的音频，光线部分采用532nm的棒状绿色激光；
所述超声波模式的驱鸟器的超声波部分采用的频段为16kHz~25kHz。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的无人机，其特征在于，所述无人机内部还包括：
一与所述飞行控制模块的第四端相连，且用于测量所述无人机三轴姿态角或角速率以及加速度的惯性测量单元；以及
一与所述飞行控制模块的第五端相连，且用于定位所述无人机飞行位置的GPS模块。
8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述无人机为四轴飞行器，采用450mm碳纤维机架，X2412S/KV980电机，配置9943桨叶及11.1V/5200mAh/30C锂电池。
9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，所述运动摄像机像素为1200万，传输速率为30M/s，数据传输接口为AV接口。
10.根据权利要求9所述的无人机，其特征在于，所述红外摄像头为致冷型红外成像仪，测量范围为-40℃~550℃，支持变焦，放大率为2-4X，最大分辨率为2℃，数据传输接口为USB接口。
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