一种搭载在无人机的电力巡线设备的制作方法

本实用新型涉及电力巡线技术领域，特别涉及一种搭载在无人机的电力巡线设备。

背景技术：

当前无人机电力巡线技术多采用的是搭载激光雷达扫描仪来采集、处理电力沿线的激光点云数据，从而实现电力沿线的真实的三维建模，恢复出电力线的沿线地表形态、地表建筑物、杆塔等的三维模型。但是对于沿线的植被信息缺乏具体的分析，无法对之后沿线植被生长可能造成的电力线损坏的情况做出预测。因此我们按照实际情况设计了一种多光谱和激光扫描仪结合的电力巡线无人机集成方案。

技术实现要素：

本实用新型为解决上述存在的技术缺陷，提供一种搭载在无人机的电力巡线设备，通过同步的点云、影像、GPS这三类信息，结合标定好的仪器参数，就可以在全面快速的得出电力沿线三维模型的同时，又便于识别植被类型、预测其生长态势，较好的进行植被管理工作。

本实用新型的技术方案是；一种搭载在无人机的电力巡线设备，包括无人机及搭载在所述无人机底部的电力巡线设备，所述无人机的底部设有基座、连接柱，所述电力巡线设备通过螺栓固定在所述基座，所述电力巡线设备通过连接柱内置的导线与无人机自带的控制板电连接，所述电力巡线设备设有防护壳，所述防护壳的侧面设有激光扫描仪进行点云数据的采集，在所述防护壳的外侧底部搭载多光谱相机采集多光谱影像，在所述防护壳内部设有控制系统，所述控制系统包括定位定姿系统、嵌入式计算机系统、同步控制器，所述嵌入式计算机系统通过所述同步控制器将所述激光扫描仪、多光谱相机、定位定姿系统连接起来，所述嵌入式计算机系统设有无线通讯模块与外部控制信号进行无线通讯。

定位定姿系统由GPS、IMU及后处理解算软件构成，为系统核心设备，用于获取电力巡线设备在每一瞬间的空间位置与姿态以及精确的GPS时间。

激光扫描仪是一套集成化的高精度、高速旋转测量单元，为核心设备，决定了点云数据的精度和点云数据品质。

多光谱相机，为设备采集精确的多波段光谱数据，决定了全景数据品质。

同步控制器为一套高精度的授时、守时、同步和控制集成电路，为控制系统的核心设备，控制和同步各个设备协调运行。同步控制器的使用让点云数据、多光谱影像和GPS数据都能与时间相关联，达到了互相对应的效果，其采用TTL触发机制实时的记录每个单位时间采集的数据，因此就可以将点云数据、多光谱影像和GPS数据一一对应起来，便于后期嵌入式计算机系统对数据进行处理和存储。

电力巡线设备被固定在无人机的基座上，并通过系统标定建立其严格的几何关系，同时采用嵌入式计算机系统的时钟和无人机自带的GPS作为时间基准，通过同步控制器保证电力巡线设备与无人机的运动和姿态同步进行。当无人机以一定速度按规划路线飞行采集时，定位定姿系统通过接线柱的导线接收无人机的GPS信息，其设有的 IMU同时观测并记录电力巡线设备的位置和姿态数据，然后通过卡尔曼滤波将位置与姿态数据进行融合以确定整个电力巡线设备的方位，同时嵌入式计算机系统通过同步控制器使激光扫描仪和多光谱相机以一定采样频率开始扫描和拍照，嵌入式计算机系统通过同步控制器触发脉冲来实现数据的同步采集。

优选地，定位定姿系统采用SPAN-IGM-A1一体式惯性组合导航系统。SPAN-IGM-A1 是一款基于紧耦合技术的一体式惯性组合导航系统，内置了OEM615 板卡和 MEMS IMU，通过内置的微处理器，能够以最高 200Hz 的频率，输出实时的高精度三维位置、速度、姿态信息,也是目前 NovAtel 产品中体积最小、重量最轻的组合导航产品。

进一步，在无人机进行巡线前，首先要对整个电力巡线设备进行标定，计算出防护壳及其内部整体的重心与激光扫描仪、多光谱相机重心之间的坐标差和旋转姿态参数，使搭载的电力巡线设备的重心与无人机的重心在一条铅垂线上。避免无人机飞行过程中产生的晃动对设备有影响，加强了电力巡线设备整体的稳定性，使得无人机在飞行过程中抗扰动能力加强。

进一步，所述电力巡线设备通过缓震器搭载在所述基座上。保证采集过程中电力巡线设备不会产生晃动，因此在无人机和搭载的电力巡线设备之间应该加入缓震器，实现稳定的效果。减少了仪器的震动使得拍摄的时候更加的稳定清晰，同时仪器也得到了保护，延长了仪器的寿命。

设备工作原理；

该电力巡线设备集成了激光扫描仪、定位定姿系统（SPAN-IGM-A1）、多光谱相机、同步控制器及嵌入式计算机系统等。

其中，激光扫描仪通过高速激光扫描测量的方法，利用激光测距的原理，记录被测物体表面大量密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息，由此快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据；定位定姿系统（SPAN-IGM-A1）用于获取设备在每一瞬间的空间位置与姿态以及精确的GPS时间；同步控制器利用定位定姿系统（SPAN-IGM-A1）提供的精确时间提供时间基准并与激光扫描仪、多光谱相机、嵌入式计算机系统之间通讯连接，保证数据采集操作的时间一致性，实现在统一的时间基准下展示、融合、分析点云数据、影像数据和空间位置姿态数据，保证系统的数据精度高；多光谱相机用于获取对应地面的多波段光谱数据，与激光点云数据结合可以提供更为丰富的空间信息；嵌入式计算机系统用来实现激光扫描仪、定位定姿系统（SPAN-IGM-A1）的数据采集及存储（多光谱相机除外）等功能。

该电力巡线设备开始工作时，通过外部控制信号对嵌入式计算机系统下达采集命令，嵌入式计算机系统接收到采集命令后进一步将采集命令发送给定位定姿系统、激光扫描仪和同步控制器。定位定姿系统接收嵌入式计算机系统下达的采集命令进行数据采集，并将采集的GPS/IMU数据回传给嵌入式计算机系统并保存，同时，定位定姿系统将精确时间和位姿发送给同步控制器，同步控制器再将要进行采集数据的时间信号发送至激光扫描仪、多光谱相机，激光扫描仪、多光谱相机接收到同步控制器的时间信号后，以一定采样频率开始扫描和拍照。

最后通过同步后的点云、影像、位置姿态这三类信息，结合标定好的仪器参数，就可以在全面快速的得出电力沿线三维模型的同时，又便于识别植被类型、预测其生长态势，较好的进行植被管理工作。

本实用新型的有益效果是；将激光扫描仪和多光谱相机进行集成，加入了定位定姿系统，同步控制器利用定位定姿系统提供的精确时间提供时间基准并与激光扫描仪、多光谱相机、嵌入式计算机系统之间通讯连接，实现数据采集操作的时间一致性，从而达到点云数据、多光谱影像和空间位置姿态这三项数据在统一的时间基准下的对应关系，最后通过无人机这个搭载平台进行电力巡线达到三维建模、植被管理的目的。

附图说明

图1是电力巡线设备搭载在无人机上的示意图。

图2是本实用新型的控制原理图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

如图1所示，一种搭载在无人机的电力巡线设备，包括无人机1及搭载在所述无人机1底部的电力巡线设备2，所述无人机1的底部设有基座3、连接柱4，所述电力巡线设备2通过螺栓固定在所述基座3，所述电力巡线设备2通过连接柱4内置的导线与无人机1自带的控制板电连接，所述电力巡线设备2设有防护壳，所述防护壳的侧面设有激光扫描仪5进行点云数据的采集，在所述防护壳的外侧底部搭载多光谱相机6采集多光谱影像，在所述防护壳内部设有控制系统，所述控制系统包括定位定姿系统、嵌入式计算机系统、同步控制器，所述嵌入式计算机系统通过所述同步控制器将所述激光扫描仪5、多光谱相机6、定位定姿系统连接起来，所述嵌入式计算机系统设有无线通讯模块与外部控制信号进行无线通讯。

电力巡线设备2被固定在无人机1的基座3上，并通过系统标定建立其严格的几何关系，同时采用嵌入式计算机系统的时钟和无人机1自带的GPS作为时间基准，通过同步控制器保证电力巡线设备2与无人机1的运动和姿态同步进行。当无人机1以一定速度按规划路线飞行采集时，定位定姿系统通过接线柱4的导线接收无人机1的GPS信息，其设有的 IMU同时观测并记录电力巡线设备2的位置和姿态数据，然后通过卡尔曼滤波将位置与姿态数据进行融合以确定整个电力巡线设备2的方位，同时嵌入式计算机系统通过同步控制器使激光扫描仪5和多光谱相机6以一定采样频率开始扫描和拍照，嵌入式计算机系统通过同步控制器触发脉冲来实现数据的同步采集。

在本实施例中，定位定姿系统采用SPAN-IGM-A1一体式惯性组合导航系统。

在本实施例中，激光扫描仪5采用VLP16激光雷达扫描仪。

在本实施例中，多光谱相机6采用RedEdge-M多光谱相机。

在本实施例中，同步控制器采用SYN2151型NTP时间同步服务器。

在本实施例中，无人机1采用大疆M600pro无人机。

电力巡线设备2采用无人机1自带的供电电源。电力巡线设备2通过基座3设于无人机1底部的正下方，其体积小于无人机本体，不影响无人机1的旋翼旋转。

设备工作原理；

如图2所示，该电力巡线设备2集成了激光扫描仪5（VLP16）、定位定姿系统（SPAN-IGM-A1）、多光谱相机6（RedEdge-M）、同步控制器及嵌入式计算机系统等。

其中，激光扫描仪5通过高速激光扫描测量的方法，利用激光测距的原理，记录被测物体表面大量密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息，由此快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据；定位定姿系统用于获取设备在每一瞬间的空间位置与姿态以及精确的GPS时间；同步控制器利用定位定姿系统提供的精确时间提供时间基准并与激光扫描仪5、多光谱相机6、嵌入式计算机系统之间通讯连接，保证数据采集操作的时间一致性，实现在统一的时间基准下展示、融合、分析点云数据、影像数据和空间位置姿态数据，保证系统的数据精度高；多光谱相机6用于获取对应地面的多波段光谱数据，与激光点云数据结合可以提供更为丰富的空间信息；嵌入式计算机系统用来实现激光扫描仪5、定位定姿系统的数据采集及存储等功能。

该电力巡线设备2开始工作时，外部控制信号通过嵌入式计算机系统的无线模块进行通讯，对嵌入式计算机系统下达采集命令，嵌入式计算机系统接收到采集命令后进一步将采集命令发送给定位定姿系统、激光扫描仪5和同步控制器。定位定姿系统接收嵌入式计算机系统下达的采集命令进行数据采集，并将采集的GPS/IMU数据回传给嵌入式计算机系统并保存，同时，定位定姿系统提供精确时间和位姿发送给同步控制器，同步控制器再将要进行采集数据的时间信号发送至激光扫描仪5、多光谱相机6，激光扫描仪5、多光谱相机6接收到同步控制器的时间信号后，以一定采样频率开始扫描和拍照。

最后通过同步后的点云、影像、位置姿态这三类信息，结合标定好的仪器参数，就可以在全面快速的得出电力沿线三维模型的同时，又便于识别植被类型、预测其生长态势，较好的进行植被管理工作。

在本实施例中，在无人机1进行巡线前，首先要对整个电力巡线设备2进行标定，计算出防护壳及其内部整体的重心与激光扫描仪5、多光谱相机6重心之间的坐标差和旋转姿态参数，使搭载的电力巡线设备2的重心与无人机1的重心在一条铅垂线上。避免无人机1飞行过程中产生的晃动对设备有影响，加强了电力巡线设备2整体的稳定性，使得无人机1在飞行过程中抗扰动能力加强。

在本实施例中，所述电力巡线设备2通过缓震器7搭载在所述基座3上。保证采集过程中电力巡线设备2不会产生晃动，因此在无人机1和搭载的电力巡线设备2之间应该加入缓震器7，实现稳定的效果。减少了仪器的震动使得拍摄的时候更加的稳定清晰，同时仪器也得到了保护，延长了仪器的寿命。

本实用新型中采用的激光扫描仪5（VLP16）、定位定姿系统（SPAN-IGM-A1）、多光谱相机6（RedEdge-M）、同步控制器及嵌入式计算机系统和缓震器7均为现有技术中已有的功能和结构既定的硬件设备，本实用新型中在现有技术的基础上，对上述设备之间的连接关系进行重新的组装，并集成为电力巡线设备2，该电力巡线设备2搭载在无人机1的基座3上，各个硬件设备之间的数据传输及功能实现，本实用新型中未作进一步改进。

本实用新型实施例的电力巡线设备2中，无人机1与电力巡线设备2可以集成为一个整体，包括机械部分、电子部分、控制系统部分以及通讯链路部分的连接；

在本实用新型实施例的电力巡线设备2中，通过地面基站的无线通讯完成无人机1飞行航线设计、飞行参数设计以及搭载于无人机1上的电力巡线设备2的各个部件的技术参数设定。

通过地面基站或遥控设备的无线操控，无人机1能够按预设航线实施自主起飞、自主导航、自动完成各种硬件设备的数据获取。

本实用新型实施例的电力巡线设备2体积小、重量轻，携带方便，便于转场和快速反应。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之。