本发明涉及电力维护技术领域，更具体的说是涉及一种电力巡检无人机系统。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，社会对电力能源提出了巨大需求。我国目前已经形成华北、东北、华中、西北和南方电业共6个跨省区电网，110kv以上的输电线路数量也在急剧增长，为满足社会需求如何解决电力线路检测的精度和效率，是困扰电力行业的重大难题。
在电力线路检测的过程中，对于线路维护人员来说，电力线路巡检劳动强度大，工作环境艰苦，而且劳动效率低，遇到电网紧急故障和异常气候条件下，线路维护人员不具备有利的交通优势、利用普通仪器或肉眼来巡查设施，这些方法已经不嫩完全适应现代化电网建设与发展，而由无人机来代替人工进行巡检恰好能解决上述问题。
因此，研究出一种电力巡检无人机系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种电力巡检无人机系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电力巡检无人机系统，包括：无人机、地面测控站、数据通信链路系统，以及地面数据处理系统；
所述无人机，用于电力线路巡检数据的采集和获取；
所述地面测控站，用于无人机飞行过程中飞行状态的监测和控制、飞行的领航、传感器数据获取方式的控制，并且对飞行获得的数据进行初步处理；
所述数据通信链路系统，用于保障所述地面测控站与所述无人机之间的数据通讯；
所述地面数据处理系统，用于处理后期数据，是存储与应用系统。
采用上述技术方案的有益效果为：采用无人机来对电力线路进行巡检，能不受地理条件的限制，即使遇到地震、洪涝等自然灾害，依然能够对受灾区域的电力线路进行巡检，安全性强，且速度快，效率高，弥补了人工巡演的不足，具有良好的应用前景。
进一步地，所述无人机包括伺服系统并搭载有数据采集分析系统；
所述伺服系统用于隔离无人机飞行作业时机体的振动和外界环境对无人机飞行姿态的扰动。
采用上述技术方案的有益效果为：采用稳定平台能够极大提高目标成像质量，确保获得想要、可用的信息，降低无人机平台控制的技术要求。
进一步地，所述数据采集分析系统包括：定位定姿系统、自主预警与避障系统、传感器系统、多传感器数据获取系统；
所述定位定姿系统用于对无人机进行定位，控制所述无人机的飞行姿势，利用lqg控制器实现飞机俯仰翻转姿态的控制，利用pid控制器进行偏行控制；
所述自主预警与避障系统用于控制所述无人机自动避让前方障碍，控制飞行路线；
所述传感器系统与所述多传感器数据获取系统相连，用于获取实时数据；所述传感器系统包括成像仪和扫描仪，所述成像仪包括光学数码相机、热红外成像仪、紫外成像仪，所述扫描仪包括激光扫描仪。
采用上述技术方案的有益效果为：
所述定位定姿系统用于对无人机获得的数据进行定位标记，使得多种传感器数据可以统一到同一个空间坐标系统中，便于开展缺陷、隐患的多源数据协同识别和诊断，提高识别的准确性和自动化程度，多次巡检获得的数据通过空间坐标的匹配能够形成时间线，便于开展与历史数据的对比分析；
其中光学数码相机用于获取杆塔、电力线、电力线走廊的光学影像，用于销钉缺失、绝缘子爆裂、导地线断股、金具锈蚀缺失等缺陷、隐患的诊断；
热红外成像仪用于输电线路设备红外视频采集，获取金具、电力线以及绝缘子等设备的发热状况；
紫外成像仪用于输电线路设备紫外视频信息采集，用于金具和电力线的异常放电检测；
激光扫描仪用于获取电力线走廊地物的高精度点云数据，可实现电力线与地面障碍物之间距离以及电力线弧垂等数据的检测，生成线路走廊真实三维模型。
进一步地，所述传感器系统还包括毫米波雷达传感器，所述自主预警与避障系统通过所述毫米波雷达传感器，对所述无人机飞行前方障碍物目标进行探测，并向无人机控制系统进行预警以规避飞行风险。
进一步地，所述定位定姿系统包括gps定位系统，所述传感器系统还包括时间同步控制器，所述电力巡检无人机系统采用所述gps定位系统中的gps授时系统和时间同步控制器，建立统一的时间坐标，实现所述传感器系统的高精度时间同步。
进一步地，将所述gps定位系统输出的时间信号和pps信号引入至所述时间同步控制器，对时间同步控制器进行时间同步；
时间同步控制器先给所述扫描仪授时，所述扫描仪在接收到pps信号后，将秒计数清零，从而获得精确至微秒的时间；
所述时间同步控制器同时触发成像仪曝光，并将曝光时刻发送至所述地面数据处理系统记录下来，以达到多数据源时间基准统一的目的。
采用上述技术方案的有益效果为：能精准地将所有传感器实现同步，使所有的传感器能同时获得信息并同时将数据信息传递给下一级，实现对无人机精确的控制，和获取最具有时效性的数据。
进一步地，所述地面测控站包括无人机地面控制系统、多传感器地面控制系统，以及实时数据分析系统，所述地面测控站通过遥控、遥测、跟踪定位和信息传输的技术分别对无人机、无人机传感器系统进行控制，并对实时传回地面的数据进行分析和处理。
进一步地，所述数据通信链路系统包括：地面测控站的信号收发设备以及无人机通信中继设备；
所述数据通信链路系统的传输速率根据实际需求进行定制，以实现视频数据的实时回传，使地面测控人员直观了解飞行现场情况。
进一步地，所述地面数据处理系统包括：多传感器数据预处理和几何处理系统、基于多种传感器的电力线路安全巡检智能专家系统以及线路走廊的三维可视化系统；
所述地面数据处理系统采用摄影测量、遥感的数据处理方法和技术流程，对各种数据进行高精度几何处理，其中所述各种数据包括影像、点云、视频、坐标、姿态的数据；
并通过所述智能专家系统的人工智能、模式识别及多种可视化技术，实现输电线路和通道缺陷、隐患的判识、确认，快速定位输电线事故点，实现线路安全状况的及时诊断和故障排查。
采用上述技术方案的有益效果为：利用无人机搭载高清相机和高清摄像机，拍摄巡线图片和视频，实时传输到地面控制站并存储下来，再由地面数据处理系统的智能专家系统或者基站工作人员根据图像和视频中线路的外观确定是否发生故障，通过该智能专家系统能保证本发明的准确性。
进一步地，所述无人机包括固定翼无人机和旋翼无人机。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种电力巡检无人机系统，搭载有多种传感器，其中每一种传感器都分别针对电力线路上可能发生的故障情况具有不同的功能，并通过建立统一时空坐标可将多个传感器数据的时间都统一到gps时间，达到多数据源时间基准统一的目的，并通过遥感技术，使无人机在巡检飞行期间能将所检测到的信息进行实时的回传，并通过地面数据处理中心的智能专家系统或者基站工作人员根据图像和视频中线路的外观确定是否发生故障。
综上所述，本发明精确度高，弥补了人工进行电力线路巡检的问题，安全性能强，具有良好的应用前景。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明一种电力巡检无人机系统的框架示意图。
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做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所述，本发明实施例公开了一种电力巡检无人机系统，包括：无人机、地面测控站、数据通信链路系统，以及地面数据处理系统；
无人机，用于电力线路巡检数据的采集和获取，包括伺服系统并搭载有数据采集分析系统；
其中伺服系统用于隔离无人机飞行作业时机体的振动和外界环境对无人机飞行姿态的扰动；数据采集分析系统包括定位定姿系统、自主预警与避障系统、传感器系统、多传感器数据获取系统；其中定位定姿系统用于对无人机进行定位，控制无人机的飞行姿势，利用lqg控制器实现飞机俯仰翻转姿态的控制，利用pid控制器进行偏行控制，而且自主预警与避障系统用于控制无人机自动避让前方障碍，控制飞行路线；
与此同时，传感器系统与多传感器数据获取系统相连，用于获取实时数据；传感器系统包括成像仪和扫描仪，成像仪包括光学数码相机、热红外成像仪、紫外成像仪，扫描仪包括激光扫描仪。
其中光学数码相机用于获取杆塔、电力线、电力线走廊的光学影像，用于销钉缺失、绝缘子爆裂、导地线断股、金具锈蚀缺失等缺陷、隐患的诊断；热红外成像仪用于输电线路设备红外视频采集，获取金具、电力线以及绝缘子等设备的发热状况；紫外成像仪用于输电线路设备紫外视频信息采集，用于金具和电力线的异常放电检测；激光扫描仪用于获取电力线走廊地物的高精度点云数据，可实现电力线与地面障碍物之间距离以及电力线弧垂等数据的检测，生成线路走廊真实三维模型。
传感器系统还包括毫米波雷达传感器，自主预警与避障系统通过毫米波雷达传感器，对无人机飞行前方障碍物目标进行探测，并向无人机控制系统进行预警以规避飞行风险。
定位定姿系统包括gps定位系统，传感器系统还包括时间同步控制器，电力巡检无人机系统采用gps定位系统中的gps授时系统和时间同步控制器，建立统一的时间坐标，实现传感器系统的高精度时间同步。
实现传感器系统的高精度时间同步的方法步骤为：
首先，将gps定位系统输出的时间信号和pps信号引入至时间同步控制器，对时间同步控制器进行时间同步；
其次，时间同步控制器先给扫描仪授时，扫描仪在接收到pps信号后，将秒计数清零，从而获得精确至微秒的时间；
最后，时间同步控制器同时触发成像仪曝光，并将曝光时刻发送至地面数据处理系统记录下来，以达到多数据源时间基准统一的目的。
本发明中的地面测控站，用于无人机飞行过程中飞行状态的监测和控制、飞行的领航、传感器数据获取方式的控制，并且对飞行获得的数据进行初步处理；其中地面测控站包括无人机地面控制系统、多传感器地面控制系统，以及实时数据分析系统，地面测控站通过遥控、遥测、跟踪定位和信息传输的技术分别对无人机、无人机传感器系统进行控制，并对实时传回地面的数据进行分析和处理。
数据通信链路系统用于保障地面测控站与无人机之间的数据通讯，并包括地面测控站的信号收发设备以及无人机通信中继设备，数据链路的传输速率根据实际需求进行定制，一般在4mbps～8mbps的速率下，以实现视频数据的实时回传，使地面测控人员直观了解飞行现场情况。
地面数据处理系统，用于处理后期数据，是存储与应用系统，其中地面数据处理系统包括多传感器数据预处理和几何处理系统、基于多种传感器的电力线路安全巡检智能专家系统以及线路走廊的三维可视化系统。
而且地面数据处理系统采用摄影测量、遥感的数据处理方法和技术流程，对各种数据进行高精度几何处理，其中各种数据包括影像、点云、视频、坐标、姿态的数据；
并通过智能专家系统的人工智能、模式识别及多种可视化技术，实现输电线路和通道缺陷、隐患的判识、确认，快速定位输电线事故点，实现线路安全状况的及时诊断和故障排查。
本发明的无人机可以是固定翼无人机也可以是旋翼无人机。
综上所述，本发明可以大大减轻电力巡线的人力投入，同时又能快速、安全地对线路实施巡检，是一个极具前途和实用价值的电力线路巡检的无人机系统。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。