专利名称：巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力线路检测的技术，特别涉及巡检架空线路线和杆塔用无
人直升机系统。
背景技术：
近年来，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。 我国目前已形成华北、东北、华东、华中、西北和南方电网共6个跨省区电网，截至2008年 110千伏以上输电线路已达到近51. 4万公里。500千伏线路已成为各大电力系统的骨架和 跨省、跨地区的联络线，电网发展滞后的矛盾基本得到缓解。由于我国国土辽阔，地形复杂， 平原少、丘陵及山区较多，气象条件复杂，瓷绝缘子质量不够稳定等，因此为了安全和可靠 地供电，巡线维护自动化和现代化已日益显示出其迫切性。 电力架空线路是电力输送的主要命脉，架空线路和杆塔的正常运行对于电力输送 起着关键性的作用，所以架空线路和杆塔的巡检工作是电力输送网络日常检查和维护的重 要组成部分。电力线巡检的大致内容包括线路是否出现破损、断股或存在异物；绝缘子伞 群是否破损或龟裂，绝缘子紧固件有无松脱或异常，绝缘子有无闪落痕迹；架空线路上的接 续管、耐张管、跳线线夹、导地线线夹、金具、防振锤、绝缘子等有无发热现象；线路走廊内的 树木生长、地理环境、交叉跨越等有无影响架空线路安全；杆塔上金具是否异常、松脱或脱 落等。 我国目前采用的巡线方式包括人工巡线和有人直升机巡线。人工巡线主要是人工 巡线员徒步沿着线路巡检。巡检方式主要是通过望远镜查看线路和杆塔。由于我国电路总 长度大且覆盖面积广，这种巡线方式存在的弊端是人员投入数量大、工作量大，但是巡线的 效率很低，成本很高。另外，很多输电线路分布在山区、湖泊以及无人区，造成人工巡线难度 大、危险性高。 欧美各国在上世纪50年代开始研究并使用直升机完成巡线、带电作业和线路施 工。上世纪80年代开始，我国也开始研究利用直升机巡线的技术袁亦超、邓春和赵鹏在 《华北电力技术》2002年第10巻上发表的《应用直升飞机巡线输电线路》，邱国新在《广东电 力》2005年第3巻上发表的《在直升机上应用红外热像技术巡视检测高压输电线路设备的 回顾》，王平和李刚等在《四川电力技术》2001年第1巻上发表的《输电线路应用直升飞机 巡线维护试验研究》，沈光陛和赵新波在《电力建设》2008年第10巻上发表的《直升机电力 巡线技术》都描述了采用有人直升机巡线的技术和方法。但是，利用有人驾驶的直升机进行 巡线存在着一些问题如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)安全的严重问题由于受CCD等检测仪器技 术要求的限制，飞行速度不能太快、高度不能太高，所以飞机飞行稍有差错，就可能造成机 毁人亡的后果，并且也很有可能给电力网络带来灾难性的后果。近年来国内外不断出现的 巡线直升机坠机事故。2008年初，我国的一架巡线直升机在湖南郴州失事，造成人员受伤。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种巡检架空线路线和杆塔用无 人直升机系统及其方法，本实用新型采用无人直升机并携带检测设备、控制设备和通讯设 备，沿着架空线路走廊巡检架空线路和杆塔，该方法可以应对复杂多变的地理地形地貌，完 成对架空线路和杆塔的设备缺陷检测。 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案 —种巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统，它包括无人直升机、遥控器以及 地面控制车，所述无人直升机上设有飞行控制系统和巡检检测系统，所述两系统均与地面 控制车无线通讯，地面控制车对无人直升机进行远程控制并对巡检检测结果进行分析处理。 所述飞行控制系统包括安装在无人直升机上的机载飞行控制计算机，机载飞行控 制计算机与安装在无人直升机上的卫星定位装置和机载传感器组连接，机载飞行控制计算 机通过机载飞行控制无线传输电台与地面控制车无线通讯。 所述巡检检测系统包括安装在无人直升机上的机载检测用计算机，它与机载检测
设备连接，机载检测设备通过视频服务器与机载图像传输电台连接，机载图像传输电台与
地面控制车无线通讯；机载检测用计算机还通过机载检测数据传输电台与地面控制车无线
通讯；机载检测用计算机与存储设备、陀螺增稳云台以及卫星定位装置连接。 所述机载检测设备包括安装在无人直升机两侧的机体左侧摄像头和机体右侧摄
像头，以及安装在无人直升机正面的机体前摄像头、可见光数码相机、紫外成像仪和红外热像仪。 所述地面控制车设有计算机控制系统，计算机控制系统通过地面飞行控制数据传 输电台与机载飞行控制无线传输电台通讯，用于向机载设备发送指令和接受无人直升机实 时状态数据，远程控制无人直升机；计算机控制系统还通过地面检测图像传输电台与机载 图像传输电台通讯，通过地面检测数据传输电台与机载检测数据传输电台通讯，接受回传 图像信号并控制检测设备动作；计算机控制系统显示无人直升机的状态显示，电子地图显 示，飞行和检测任务的编辑，下达指令，分析检测到的数据，显示机载检测设备拍摄到的图 像和视频。 本实用新型的有益效果是 1.无人直升机空中作业，不受地形地貌等因素的影响，只要天气条件允许，可轻易 到达线路所在地的上空，可有效降低地面巡检人员的劳动强度，以及降低巡线人员在险恶 地形条件下作业时的危险性。 2.无人直升机可在架空线路上方悬停，位置一般高于架空线路，可以更清楚的拍
摄架空线路设备图片，可有效扫除地面工作人员观测盲区，使得单次巡检的效率更高，从而
巡检周期更短，巡检频率更加频繁，更加有力得保障电力输电线路的安全运行。 3.无人直升机相对于有人直升机而言，机动性更好，操控性能更优，更关键是可完
全消除机载人员在电力线上方空中作业这样的危险性，有效保障人员安全。而无人机后勤
保障要求更低，相对于载人直升机巡线成本则大大降低。 4.无人直升机搭载的图像采集设备包括了 可见光图像采集设备、红外热像仪、 紫外成像仪等，这使得线路巡检内容更加丰富。
图1为无人直升机结构示意图； 图2为图1的左视图； 图3为遥控器结构示意图； 图4为地面控制车； 图5为无人直升机飞行控制系统结构框图； 图6为无人直升机检测系统结构框图。 其中，l.无人直升机，2.遥控器，3.地面控制车，4.机载飞行控制计算机，5.卫星 定位装置，6.机载传感器组，7.机载飞行控制无线传输电台，8.机载检测用计算机，9.视频 服务器，IO.机载图像传输电台，ll.机载检测数据传输电台，12.存储设备，13.陀螺增稳云 台，14.机体左侧摄像头，15.机体右侧摄像头，16.机体前摄像头，17.可见光数码相，18.紫 外成像仪，19.红外热像仪，20.计算机控制系统，21.地面飞行控制数据传输电台，22.机载 检测设备，23.地面检测图像传输电台，24.地面检测数据传输电台。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。 图1、图2、图3和图4中，本实用新型包括无人直升机1 、遥控器2以及地面控制车 3，无人直升机1上设有飞行控制系统和巡检检测系统，所述两系统均与地面控制车3无线 通讯，地面控制车3对无人直升机1进行远程控制并对巡检检测结果进行分析处理，遥控器 2用于在特殊情况下的手动控制，如出现危险状况或需要紧急人工控制时切换手动控制。无 人直升机1是飞行的主要平台，用于搭载任务设备。地面控制车3是地面控制设备平台，用 于装载地面控制计算机、显示设备、天线等地面设备。 飞行控制系统包括安装在无人直升机1上的机载飞行控制计算机3，机载飞行控 制计算机3根据飞行任务和无人直升机飞行参数(速度、高度、姿态、位置等)解算控制指 令，并通过通讯端口向无人直升机1上的执行模块下达控制执行指令；机载飞行控制计算 机3与安装在无人直升机1上的卫星定位装置5和机载传感器组6连接，机载传感器组6 包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、电子罗盘和高度计，用于采集无人直升机飞行参数，包括 飞行速度、高度、方向、姿态等；采集无人直升机的当前地理坐标信息、飞行姿态参数、飞行 速度和高度；机载飞行控制计算机4通过机载飞行控制无线传输电台7与地面控制车3无 线通讯，用于上传飞行控制指令和下传无人直升机的飞行状态参数。机载飞行控制无线传 输电台7负责接受由地面站上传飞行任务和控制指令。 巡检检测系统包括安装在无人直升机1上的机载检测用计算机8，用于控制记载 检测设备，获取检测图像数据，并存储检测图像数据和飞行参数；它与机载检测设备22连 接，用于控制机载检测设备22并从机载检测设备22中获取检测到的图像；机载检测设备 22是无人直升机所搭载的用于检测设备缺陷的设备总称，包括可见光数码相机17、紫外成 像仪18和红外热像仪19，它们通过视频服务器9与机载图像传输电台IO连接，视频服务器 9用于将模拟视频信号转化并压縮成为数字视频信号，以便于传输和处理，机载图像传输电 台IO用于下传检测到的图像数据；机载图像传输电台10与地面控制车3无线通讯，将检测到的图像数据传输到地面控制车3 ;机载检测用计算机8还通过机载检测数据传输电台11
与地面控制车3无线通讯，机载检测数据传输电台11用于上传检测指令和下传检测系统状 态参数；机载检测用计算机8与存储设备12、陀螺增稳云台13以及卫星定位装置5连接， 以保证存储的检测图像有拍摄时的经纬度坐标信息和陀螺增稳云台13状态信息。卫星定 位装置5(卫星定位包括GPS、伽利略或北斗)是由飞行控制系统和巡检检测系统共用的，用 于获取无人直升机1的实时经纬信息和海拔高度信息。存储设备12用于储存检测到的图 像数据和飞行参数数据，作为备份数据。陀螺增稳云台13是光学检测设备(可见光数码相 机17、紫外成像仪18和红外热像仪19)的搭载平台，根据飞行姿态参数和云台当前的俯仰 和水平角度，利用DSP解算反馈补偿角度，以消除无人直升机机体震动与飞行姿态晃动对 检测设备造成的影响。 机载检测设备包括安装在无人直升机1两侧的机体左侧摄像头14 (用于监视飞机 左侧的环境状况)和机体右侧摄像头15 (用于监视飞机右侧的环境状况)，以及安装在无人 直升机1正面的机体前摄像头16(用于监视飞机前方的环境状况)、可见光数码相机17 (用 于检测输电线路和杆塔的可见物理缺陷)、紫外成像仪18(用于检测输电线路和杆塔的放 电和闪落缺陷)和红外热像仪19 ;机体左侧摄像头14、机体右侧摄像头15、机体前摄像头 16主要用于对无人直升机周围环境的监视；可见光数码相机17、紫外成像仪18和红外热像 仪19(用于检测输电线路和杆塔的热缺陷)用于检测电力设备；陀螺增稳云台13与机载传 感器组6连接，获取飞机飞行姿态数据，并通过陀螺增稳云台13的DSP模块计算补偿参数， 以此增加陀螺增稳云台13的稳定性。 地面控制车3设有计算机控制系统20，计算机控制系统20是地面控制中心，计算 机控制系统20通过地面飞行控制数据传输电台21与机载飞行控制无线传输电台7通讯， 地面飞行控制数据传输电台21负责发射由地面站上传飞行任务和控制指令，用于向机载 设备发送指令和接受无人直升机1实时状态数据，远程控制无人直升机1 ;计算机控制系统 20通过地面检测图像传输电台23与机载图像传输电台IO通讯，地面检测图像传输电台23 用于接受检测到的图像数据；计算机控制系统20通过地面检测数据传输电台24与机载检 测数据传输电台11通讯，接受回传图像信号并控制检测设备动作，地面检测数据传输电台 24用于发射上传检测指令；计算机控制系统20显示无人直升机1的状态显示，电子地图显 示，飞行和检测任务的编辑，下达指令，分析检测到的数据，显示机载检测设备拍摄到的图 像和视频。 巡检架空线路线和杆塔用无人直升机的巡检方法为 1)无人直升机搭载检测设备，由起降点起飞，在架空线路侧上方，水平距离为 20-25米，垂直距离为3-5米，沿着架空线路以每小时15-20公里的速度飞行； 2)飞行状态稳定后，调整云台的角度，使得可见光高清相机、红外热像仪和紫外检 测仪能检测到架空线路； 3)用可见光数码相机检测线路是否出现断股、线路物理缺陷或是否挂有异物；用 红外热像仪检测导线上是否有过热的地方；紫外检测仪检测电晕和闪落情况；并将检测到 图像送回地面控制车； 4)当无人直升机靠近杆塔时，无人直升机悬停，调整云台角度并对杆塔由上至下 的检测，检测内容包括塔身金具是否出现异常、脱落或缺损；在检测过程中，实时的图像通
6过无线通讯系统，发送至地面控制车，并在地面控制车的计算机控制系统中显示，地面站工
作人员根据实时的图像数据来判断设备是否出现异常。 本实用新型的工作原理 无人直升机1飞行平台工作原理构架如图5所示，工作人员在后台控制软件中制 定飞行任务，后台控制软件将飞行任务转化为指令，通过数据传输电台传递到机载飞行控 制计算机4，机载飞行控制计算机4根据指令以及卫星定位系统和机载传感器组6的信息， 将接收到的指令转化为对无人直升机1执行机构的执行指令，来控制无人直升机1的飞行。 在飞行过程中，无人直升机1的飞行参数和机载设备参数通过机载飞行控制无线传输电台 7发回地面控制车3，并在后台控制软件的界面上显示。 无人直升机检测平台工作原理构架如图6所示，后台控制软件通过地面检测数据 传输电台，向机载检测用计算机传送巡检任务，机载检测用计算机将检测任务解算成执行 指令，通知执行控制器调整云台的各轴角度，使得云台上的检测设备能够检测到需要检测 的设备。同时，机载检测用计算机通过USB接口向可见光相机发出获取视频的指令，通过 RS232接口向红外热像仪和紫外检测仪发出检测指令。三个检测设备将视频图像传递给 视频服务器，通过视频服务器，将视频压縮编码，然后通过机载图像传输电台传回地面控制 车，经过地面控制车解压縮解码，显示在后台控制软件的界面上。根据检测需要，机载检测 控制计算机可通过USB端口或其他通讯端口向可见光相机下达拍摄高清静态图片的指令， 当可见光相机确认获取高清图像时，机载检测控制计算机从卫星定位系统获取当时经纬度 坐标，通过USB端口将图片传输给机载检测控制计算机，机载检测控制计算机将图片、获取 图片的时间、陀螺增稳云台俯仰和水平角度以及经纬度坐标保存到存储单元，作为数据备 份。同样，机载检测控制计算机可通过RS232端口或其他通讯端口向红外热像仪和紫外成 像仪下达获取带热图数据的图像和紫外图像，并与经纬度坐标、云台俯仰和水平角度和拍 摄时间一起存储于存储单元，作为数据备份。同时这些检测到的图像数据通过图像传输电 台被下传到地面站，地面站的工作人员通过下传下来的图像数据判断是否有存在故障和缺 陷。
权利要求一种巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统，它包括无人直升机、遥控器以及地面控制车，其特征是，所述无人直升机上设有飞行控制系统和巡检检测系统，所述两系统均与地面控制车无线通讯，地面控制车对无人直升机进行远程控制并对巡检检测结果进行分析处理。
2. 如权利要求1所述的巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统，其特征是，所述飞行控制系统包括安装在无人直升机上的机载飞行控制计算机，机载飞行控制计算机与安装在无人直升机上的卫星定位装置和机载传感器组连接，机载飞行控制计算机通过机载飞行控制无线传输电台与地面控制车无线通讯。
3. 如权利要求1所述的巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统，其特征是，所述巡检检测系统包括安装在无人直升机上的机载检测用计算机，它与机载检测设备连接，机载检测设备通过视频服务器与机载图像传输电台连接，机载图像传输电台与地面控制车无线通讯；机载检测用计算机还通过机载检测数据传输电台与地面控制车无线通讯；机载检测用计算机与存储设备、陀螺增稳云台以及卫星定位装置连接。
4. 如权利要求3所述的巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统，其特征是，所述机载检测设备包括安装在无人直升机两侧的机体左侧摄像头和机体右侧摄像头，以及安装在无人直升机正面的机体前摄像头、可见光数码相机、紫外成像仪和红外热像仪。
5. 如权利要求1所述的巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统，其特征是，所述地面控制车设有计算机控制系统，计算机控制系统通过地面飞行控制数据传输电台与机载飞行控制无线传输电台通讯；计算机控制系统还通过地面检测图像传输电台与机载图像传输电台通讯，通过地面检测数据传输电台与机载检测数据传输电台通讯。
专利摘要本实用新型公开了一种巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统。它采用无人直升机并携带检测设备、控制设备和通讯设备，沿着架空线路走廊巡检架空线路和杆塔，该方法可以应对复杂多变的地理地形地貌，完成对架空线路和杆塔的设备缺陷检测。其结构为它包括无人直升机、遥控器以及地面控制车，所述无人直升机上设有飞行控制系统和巡检检测系统，所述两系统均与地面控制车无线通讯，地面控制车对无人直升机进行远程控制并对巡检检测结果进行分析处理。
文档编号G01J5/00GK201509025SQ200920029519
公开日2010年6月16日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者张海龙, 王滨海, 王骞 申请人:山东电力研究院