一种线路巡检的标准化数据采集方法及系统与流程

本发明属于线路巡检技术领域，尤其涉及一种线路巡检的标准化数据采集方法及系统。

背景技术：

无人机是一类低风险、低成本的空中机器人，在军民用领域中均得到了广泛应用。目前，利用无人机对架空输电线路、铁路、公路、油气管线、河道和水道等线路巡检越来越普遍，特别是在自然灾害突发和异常气候条件下，充分发挥出其灵活机动，环境适应性强、巡检效率高的特点，因此被线路巡检企业广泛应用。特别是多旋翼无人机具有结构简单、控制灵活和可垂直升降等优点，已被用于对架空输电线路的巡检。多旋翼无人机巡检主要搭载高清相机和数码相机对输电线路进行精细化缺陷检测，可在一定程度上提高巡检作业人员的巡检效率，降低了巡检作业人员的劳动强度。

虽然多旋翼无人机对架空输电线路的巡检具有明显的优势，但经过一段时间的推广应用，巡检中存在的问题也越来越突出，主要问题有：利用多旋翼无人机巡检线路时，全部依靠地面操控人员的手动控制完成作业，劳动强度高，对操控人员的技术水平要求高；利用多旋翼无人机巡检线路及其部件时，数据获取质量和精度受限于地面操作人员的操作熟练程度，获取的有效数据少，且获取数据的精度以的角度差异大，无法实现自动判读；现有的操作方式无法实现操作动作的标准化，成果精度无法保证，成果无法复用，与电力系统规定的标准化作业要求差距大。事实上，除了架空输电线路以外，在铁路、公路、油气管线、河道、水道等线路巡检过程中，同样存在上述问题。

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种线路巡检的标准化数据采集方法及系统，能解决利用无人机实现对线路进行标准化巡检的技术问题。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种线路巡检的标准化数据采集方法，所述方法包括：

将线路分为N段，根据每一段线路的特点设置数据采集点位，在预设点位上拍摄照片并采集与照片对应的飞行器飞行状态和云镜参数；

根据所述的飞行器飞行状态和云镜参数形成每一段线路巡检拍照的标准化数据；

根据所述每一段线路巡检拍照的标准化数据进行航迹规划，实现对输电线路的自动化巡检。

上述方案中，所述根据每一段线路的特点，在预设点位上拍摄照片并采集与照片对应的飞行器飞行状态和云镜参数包括：

飞行器的三维位置、三维速度和三维姿态信息；

云镜的三维姿态、焦距值、光圈值和快门速度。

上述方案中，所述根据所述的飞行器飞行状态和云镜参数形成每一段线路巡检拍照的标准化数据包括：

在每一个拍摄点位采集数据，包括拍摄的照片以及与照片同步采集的飞行器飞行状态和云镜参数，利用在每一段线路的所有拍摄点位上采集的数据形成每一段线路巡检拍照的标准化数据；

根据每一段线路的不同特点，设置不同的数据采集点位并形成与每一段线路对应的标准化数据。

本发明实施例提供了一种线路巡检方法，所述方法包括：

根据线路标准化数据采集方法在每一段线路不同拍摄点位上采集标准化数据，包括照片、飞行器的飞行状态和云镜参数；

根据所述每一段线路不同拍摄点位上采集的标准化数据，并对线路中每一个部件进行巡检时设置一个巡检策略，一段线路会形成一个巡检策略组合，而且不同段线路的巡检策略不同，形成一段一策略的巡检方法。

本发明实施例提供了一种线路巡检标准化数据采集装置，所述装置包括：

数据采集单元，用于在一段线路不同拍摄点位拍摄照片并同步采集与照片对应的飞行器飞行状态和云镜参数；

数据合成单元，用于根据所述在一段线路不同拍摄点位同步拍摄照片并采集飞行器飞行状态和云镜参数形成一段线路的标准化数据；

数据应用单元，用于根据所述一段线路的标准化数据以及与这段线路对应的巡检策略进行航迹规划，并控制飞行器自动完成线路巡检数据的采集。

上述方案中，所述数据采集单元包括：

成像设备，可以是相机，也可以是雷达，也可以是二者组合，用于采集照片；

飞行器状态信息采集单元，用于采集飞行器的三维位置、三维速度和三维姿态；

云镜参数采集单元，用于采集云镜的三维姿态、焦距值、光圈值和快门速度。

上述方案中，所述数据合成单元包括：

同一段线路数据合成单元，用于根据所述同一段线路不同拍摄点位上采集的数据形成一段线路的标准化数据；

不同段线路数据合成单元，用于所述根据不同段线路的特点以及与这段线路对应的巡检策略形成不同段线路巡检的标准化数据。

上述方案中，所述数据应用单元包括：

巡检数据采集，用于根据所述利用一段线路标准化数据进行巡检任务的航迹规划，并在规划点位上以标准化数据为参考拍摄照片并采集与照片对应的当前飞行器飞行状态和云镜参数。

本发明实施例提供了一种线路巡检系统，所述系统包括：

数据采集子系统，用于在每一段线路不同点位上拍摄照片并采集与照片对应的飞行器飞行状态和云镜参数；

航迹规划与控制子系统，用于通过所述一段线路以及与这段线路对应的巡检策略规划巡检任务航迹，并控制飞行器完成线路巡检任务数据的自动化采集。

本发明实施例所提供的线路巡检的标准化数据采集方法及系统，通过经验丰富的飞行器线路巡检作业人员在一段线路的预设拍摄点位上采集清晰照片并采集与照片对应的飞行器飞行状态和云镜参数形成一段线路巡检的标准化数据，不同段线路的巡检策略不同，形成一段一策略的巡检方法；巡检人员根据每一段线路以及与这段线路对应的巡检策略规划巡检任务的航迹，并控制无人机在规划点位上且以标准数据为基准采集巡检数据，包括拍摄的照片以及与照片对应的当前飞行器飞行状态和云镜参数，降低多旋翼无人机巡检地面操作人员人为因素影响，获取高质量高精度的巡检数据，实现输线路巡检的“一段一策略”自动化数据采集。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种线路巡检的标准化数据采集方法的流程图；

图2为本发明实施例3的数据采集装置的组成结构示意图。

为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中给出了系统的组成结构图，但这仅为阐述功能和示意需要，并非意图将本发明限定在功能模块上，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些功能模块和器件进行调整或修改，所进行的调整或修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面。然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其它情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详 细阐述。

实施例1

为了解决利用飞行器线路时无法自动化获取标准化数据的技术问题，本发明实施例提供了一种线路巡检的标准化数据采集方法，如图1所示，本实施例所述方法包括：

步骤S101：将线路分为N段，根据每一段线路的特点设置数据采集点位，在预设点位上拍摄照片并采集与照片对应的飞行器飞行状态和云镜参数；

为了形成一段线路巡检的标准化数据，在一段线路不同拍摄点位上拍摄照片并采集与照片对应的飞行器飞行状态信息中的的三维位置、三维速度和三维姿态信息以及云镜参数中的三维姿态、焦距值、光圈值和快门速度。

步骤S102：根据所述的飞行器飞行状态和云镜参数形成每一段线路巡检拍照的标准化数据；

在一段线路的每一个拍摄点位采集数据，利用在一段线路所有拍摄点位上采集的数据形成一段线路巡检拍照的标准化数据；根据每一段线路的不同特点，设置不同的数据采集点位并形成与每一段线路对应的标准化数据。

步骤S103：根据所述每一段线路巡检拍照的标准化数据进行航迹规划，实现对输电线路的自动化巡检。

本实施例方法根据每一段线路的特点，设置不同部件巡检的数据采集点位，在每一个数据采集点位拍摄照片并同步采集与照片对应的飞行器飞行状态中的三维位置、三维速度和三维姿态以及云镜参数中的三维姿态、焦距值、光圈值和快门速度，形成一段线路的标准化数据；根据一段线路的标准化数据，巡检作业人员利用地面控制系统进行巡检任务航迹规划，形成巡检任务航迹数据，通过巡检任务航迹数据控制无人机以标准化数据为基准到每一个数据采集点位拍摄照片并同步采集当前飞行器飞行状态中的三维位置、三维速度和三维姿态以及云镜参数中的三维姿态、焦距值、光圈值和快门速度，完成线路巡检数据的自动化采集，而且每次巡检都能获得与标准化数据一致性很强的数据，为实现计算机自动判读线路的缺陷奠定了基础。

实施例2

本实施例是在实施例1所述的一种线路巡检的标准化数据采集方法的基础上提出的一种线路巡检方法，本实施例方法包括：

步骤S201：通过实施例1所述的线路标准化数据采集方法由经验丰富的巡检作业人员操控飞行器在一段线路不同点位上采集标准化数据，包括照片、飞行器的飞行状态和云镜参数；

根据每一段线路的不同特点，设置不同拍摄点位，而且对线路中的每一个部件设置一个 巡检策略，一段线路会形成一个巡检策略组合，而且不同段线路的巡检策略不同；由经验丰富的巡检作业人员按照不同段线路的不同策略进行标准化数据采集，形成一段一策略巡检的标准化数据。

步骤S202：根据所述一段一策略巡检的标准化数据，巡检作业人员在作业前利用地面控制系统对飞行器进行航迹规划，并以每一段线路的每一个数据采集点位的标准化数据为参考值控制飞行器自动采集线路的巡检数据，实现一段一策略的线路标准化自动巡检。

本实施例方法自动化程度高，降低了操作人员的劳动强度，且与操作人员的技术水平弱相关；既节约了用户的培训费用，降低了应用门槛，也满足行业标准化作业的要求，同时也提高了安全作业的可靠性。

实施例3

本实施例是在实施例1所述的一种线路巡检的标准化数据采集方法的基础上提供了一种线路巡检标准化数据采集装置，如图2所示，本实施例所述装置包括：

数据采集单元301，用于采集照片以及与照片对应同步采集的飞行器飞行状态中的三维位置、三维速度和三维姿态以及云镜参数中的三维姿态、焦距值、光圈值和快门速度；

数据合成单元302，用于根据所述每一段线路的标准化数据形成不同段线路的标准化数据；

数据应用单元303，用于根据所述一段线路的标准化数据利用地面控制系统规划巡检任务的航迹，通过巡检任务航迹控制飞行器在规划点位上且以给出的标准飞行器飞行状态和云镜参数拍摄照片并记录与照片对应的当前飞行器飞行状态和云镜参数，实现线路巡检任务数据的自动采集以及线路的自动化巡检。

本实施例的各个组成部分可以通过飞行器外加的设备实现，也可以通过飞行器自身必备的传感器设备实现；本实施例中拍照用的设备，既可以是相机，也可以是雷达，还可以是二者的组合；相机既可以是数码相机，也可以是根据需要自己生产的相机；而且相机既可以是单镜头，也可以是多镜头；相机对焦过程既可以是自动对焦，也可以是人工辅助对焦；在相机对焦时，可以是单镜头先自动对焦再拍照，也可以用一个副相机完成自动对焦，主相机完成拍照。

实施例4

本实施例是在实施例1-3的基础上提出的一种线路巡检系统，所述系统包括：

数据采集子系统，用于在每一段线路不同点位上拍摄照片并采集与照片对应的飞行器飞行状态和云镜参数，形成一段一策略线路巡检的标准化数据；进而根据航迹规划与控制子系统完成巡检任务数据的自动化采集；

航迹规划与控制子系统，用于通过所述一段线路的标准化数据以及与这段线路对应的巡检策略来规划巡检任务航迹，通过巡检任务航迹控制飞行器完成巡检数据的自动化采集。

由上述实施例1-4的描述可知，利用飞行器对线路进行巡检的系统和巡检过程包括一段一策略的巡检方法、线路巡检数据采集装置和线路巡检系统，根据一段一策略的线路巡检标准化数据采集方法，利用线路巡检系统和线路巡检数据采集装置采集线路巡检的标准化数据，并根据标准化数据进行巡检任务的航迹规划，通过巡检任务航迹控制飞行器实现对线路的自动化巡检，获得与标准化数据一致性很强的数据，为实现计算机自动判读部件的缺陷奠定了基础。

实施例5

为了进一步说明本发明的实施例的实现过程，以下通过一个实际的场景对本发明进行详细说明。

本实施例以四旋翼无人机巡检架空输电线路为例，本发明的具体实现步骤如下：

(1)根据架空输电线路的建设数据或历史巡检数据，由经验丰富的巡检作业人员制定每一基杆塔的巡检策略，包括设置数据采集点位、数据采集角度以及巡检点位的巡检顺序；

(2)经验丰富的巡检作业人员操控无人机，通过地面站实时下传视频为参考，反复调整飞行姿态和拍摄参数，拍摄一系列照片并采集与照片对应的飞行器飞行状态信息和云镜参数，包括飞行器的三维位置(x，y，z)、三维速度(Vx，Vy，Vz)和三维姿态(ψ，γ)以及云镜参数中的三维姿态(φ，θ，k)、焦距值f、光圈值g和快门速度值h；

(3)将所有数据导入计算机中进行人工分析，以对焦准确、被摄物体位于画面中央、部件细节完整，且通过目视可以直观判别部件是否存在外部物理性缺陷为标准，从一个拍摄点位上选出1张最佳照片，并将这张照片以及与照片对应的飞行器飞行状态和云镜参数作为这个拍摄点位的标准化数据；按照上述处理过程，将一基杆塔所有巡检点位上采集的数据进行合成，形成一基杆塔的标准化数据；

(4)根据标准化数据和每一基杆塔的巡检策略，利用地面控制系统完成每一基杆塔巡检任务的航迹规划，形成巡检任务航迹规划数据，并存储在计算机中；

(5)在例行巡检时，将每一基杆塔的巡检任务航迹规划数据加载到地面控制系统中，控制无人机自动完成杆塔巡检任务；

(6)按照巡检任务航迹规划数据，首先控制无人机飞到预设数据采集点位进行定高定点悬停；

(8)云镜控制系统控制相机达到给定的三维姿态(φ，θ，k)和焦距值f，如果图像 采集装置是拍照相机加定位摄像头的双相机模式，则相机焦距调整至预设焦距值f，定位摄像头通过采集图像并与标准图像数据进行一致性判读，在此基础上对相机的三维姿态(φ，θ，k)和焦距值f进行微调，保证巡检采集图像与标准图像的一致性；如果图像采集装置是单相机模式，则在标准焦距值附近设置多级标准参数，通过实时拍摄的视频图像与标准图像进行一致性判读，在此基础上对相机三维姿态(φ，θ，k)和焦距值f进行微调，并使焦距进行逐级推进放大并自动对焦，保证巡检采集图像与标准图像的一致性；

(9)记录与照片对应的当前时刻飞行器的飞行状态信息和云镜参数；

(10)将例行巡检数据导入到数据分析计算机，与标准化数据进行一致性判读；在此基础上，完成部件缺陷的自动判读和筛查。

本发明的优点在于：由经验丰富的巡检作业人员根据每一段线路的建设数据或历史巡检数据，设置每一段线路的巡检策略，并操控无人机在每一个预设点位上采集数据并形成每一段线路巡检的标准化数据，进而通过地面控制系统完成巡检任务的航迹规划并生成巡检任务航迹规划数据，普通的巡检人员就可以按照巡检任务规划航迹操控无人机完成巡检任务数据的自动化采集。降低了操作人员的劳动强度，且与操作人员的技术水平弱相关。既节约了电力用户的培训费用，降低了应用门槛，又符合行业标准化作业的要求，同时也提高了作业效能和安全生产的可靠性。

标准化数据和例行巡检数据的一致性判读方法是本领域公知和常用的方法，而且线路的构成要素也是本领域的公知常识，不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。此外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

此外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明适用于架空输电线路、铁路、公路、油气管线、河道和水道等线路的自动化巡检任务数据采集和线路的自动化巡检。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。