用于架空输电线路的树障测量系统及方法与流程

本发明涉及树障测量
技术领域：
，特别涉及一种用于架空输电线路的树障测量系统及方法。
背景技术：
：随着国民经济的快速发展，线路经过地区经济作物的种植与输电线路防护要求的矛盾日益显现，线路通道内树木的无限制生长可能造成树障闪络事故，成为威胁线路安全运行的一大隐患。2003年8月14日，举世震惊的美加大停电的首要因素便是线路树闪故障，树闪故障严重削弱了电网的坚强性，最终导致了系统崩溃。为了更好地解决日益突显的“线树矛盾”，及时准确地处理危及线路安全稳定运行的树障隐患，树障测量为其中的重要环节，为排查树障，尤其是及时、准确掌握危急树障信息提供了重要依据，对于确保线路可靠运行有着重要意义。树障测量是通过测量树木与线路带电部分的距离即树木净空，由此来判断树障的危急程度。树障净空越小，其隐患等级越高(见表1)，对测量的精度要求也应越高，如表1所示为500KV超高压输电线路树障隐患等级表。表1树障测量结果受人员技能、工器具、外界环境、测量方法等因素影响。测量方法受线路地理环境、树木与线路位置、树障的规模数量等因素制约，同时，还必须保证测量过程符合电力生产的安全规范，因而，树障测量工作有其专业性和特殊性。为减小测量误差，正确选择测量方法，准确判断树障隐患等级，目前，输电线路树障的不同测量方法以及各种方法的影响因素主要有以下几种。常见的输电线路树障测量方法有：目测法、激光测距仪测量、光学经纬仪测量、走线悬绳测量和绝缘工具测量。(1)目测法顾名思义，目测法是依靠巡视人员的直觉和经验，利用目测直接判断树木的树高、净空信息。目测法一般用来估计离输电线较远的树木净空，作为树障隐患筛查的第一步。如果目测判断树木净空小于10m，可列入复测计划，采取其他仪器进行测量。现场应用时，目测法有一些小技巧，例如通过选取合理的参照物，提高目测数据准确性。参照物应选择线路上常见的、有固定尺度的物体，由此常用绝缘子串和次档距作为参考，可提升估值的准确度。目测法优点是不需要借助仪器，应用灵活，缺点是数据精确度不高。(2)激光测距仪测量激光测距是光波测距中的一种测距方式。激光测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被激光测距仪接收，激光测距仪同时记录激光往返的时间，从而计算激光测距仪和被测量物体之间的距离。该方法用于测量任意两点间的高差(同一目标或不同目标)，这就可以测量树高，或者测量树顶与导线的距离，即树木净空距离。如图1所示是常用的激光测距仪器2点测高法示意图。激光测距仪体积小巧，精度较高，应用灵活，对巡视人员技术要求较低。激光测距仪器精度一般在0.2m，能够满足普通树障净空测量的精度要求，且激光测距仪对测量的地形没有特殊要求，所以工区可灵活安排人员在日常巡线或特殊巡视中对线下树木进行测量。目前工区对7m以外的树障都先使用激光测距仪进行跟踪测量。但是激光测距仪的使用也有一定的限制，使用时仪器的仰角范围是±40°，超出此范围将无法使用，另外雾天、能见度低的天气会影响其结果准确性。(3)光学经纬仪测量光学经纬仪是测绘专业常用专业仪器，其精度也在常规方法中是最高的，实验误差在厘米级别。对7m以内的树障都优先使用光学经纬仪跟踪测量，确保对危急树障情况掌握的及时准确。但是，光学经纬仪需要有经验的专业测工进行使用，才能确保其精准度。另外，光学经纬仪本身携带不便，每处测量需要安排专门的人员车辆，测量时需要两人配合，一人扶塔尺。光学经纬仪使用时对地形有一定要求，必须在视野开阔的地带，测量人员能顺利看到远处塔尺才能测量。因此，对于某些大面积树障，若净空最小的树障在树林内部，无法从外部直接观测时，光学经纬仪一般难以发挥其优势。(4)走线悬绳测量走线悬绳测量即在停电检修时，人员站在导线上，在树障隐患上方，利用悬垂绳索进行净空测量，同时地面人员配合校对绳索位置。其优势是测量方法最直接可靠。但由于人站在导线上，体重给导线带来一定的变形，使其弧垂增大，因而测量净空会偏小。经验数据表明走线测量结果偏小1米左右。走线测量仅适用于测量正线下的树木净空，如果树木在线外，此方法便无法直接使用。另外，考虑到工作安全性、复杂性和线路的供电可靠性，走线悬绳测量一般仅在停电检修期间开展，因而限制了其使用的范围。(5)绝缘工具测量在线路不停电的情况下，测量人员站在导线下方，利用伸缩式绝缘杆测量导线对地距离以及树木高度，然后计算净空。优点是数据直接可靠，精确度较高，不需要线路停电即可测量。但这种方法也有明显限制，首先此方法属于带电作业，风险较大，对风力、湿度、绝缘工器具、安措要求较高，在树木净空越小时，这种方法风险越大；其次，绝缘杆越长，操作人员掌控起来难度越大，如果导线对地距离过大，则无法使用本方法。所以，本方法仅作为其他仪器都无法测量时的一种后备方案。(6)氢气球测量测量人员站在导线下树木旁，在氢气球下面系上一根细绝缘绳，手握绝缘绳，利用氢气球的浮力，逐步释放绝缘绳，当气球触碰到导线时即可根据绝缘绳长度算出导线对地高度。用同样的方法可以测出树木的高度，从而算出树木净空。这种方法可在导线对地距离较大，绝缘杆无法使用时，作为替代方法。同样，氢气球测量法不仅有带电作业的风险，而且受气象条件严格限制，只能在无风的条件下使用，否则气球将无法控制，因而极少采用。技术实现要素：本发明实施例提供了一种用于架空输电线路的树障测量系统，无需进行停电和登高作业，能够安全、快速、便捷的测量出树障净空距离，及时准确的掌握树障信息，确保线路运行的安全可靠。该用于架空输电线路的树障测量系统包括：多旋翼飞行装置和测距装置；测距装置安装于多旋翼飞行装置的正下方；所述多旋翼飞行装置，用于携带测距装置飞行至树木上空，并在与架空导线等高的位置悬停飞行；所述多旋翼飞行装置和架空导线的水平距离为预设安全距离；所述架空导线位于树木上方；所述测距装置，用于测量多旋翼飞行装置与下方树木的垂直距离。在一个实施例中，还包括：地面处理终端；所述地面处理终端用于根据所述垂直距离判断架空输电线路树障隐患等级。在一个实施例中，所述测距装置包括毫米波雷达传感器和数据测量传输模块；所述毫米波雷达传感器用于产生雷达超声波；所述数据测量传输模块用于测量多旋翼飞行装置与下方树木的垂直距离，并将所述垂直距离发送至多旋翼飞行装置；所述多旋翼飞行装置包括无线传输器，用于接收所述垂直距离，并将所述垂直距离传输至所述地面处理终端。在一个实施例中，还包括：视频采集装置，安装于所述多旋翼飞行装置上；所述视频采集装置用于采集所述多旋翼飞行装置飞行过程中的视频信号；所述无线传输器还用于将所述视频信号传输至所述地面处理终端；所述地面处理终端还用于根据所述视频信号控制所述多旋翼飞行装置的飞行状态。在一个实施例中，所述视频采集装置为摄像机或照相机。在一个实施例中，还包括：超声波测距避碰装置，安装于所述多旋翼飞行装置上；所述超声波测距避碰装置用于测量所述多旋翼飞行装置与架空导线的水平距离；所述地面处理终端还用于根据所述水平距离控制所述多旋翼飞行装置的飞行状态。在一个实施例中，所述地面处理终端具体用于：将所述水平距离与预设安全距离进行比较，当水平距离小于预设安全距离时，发出报警信号，并控制所述多旋翼飞行装置远离架空导线，直至所述多旋翼飞行装置和架空导线在水平方向上保持预设安全距离。本发明实施例提供了一种用于架空输电线路的树障测量方法，该方法包括：多旋翼飞行装置携带测距装置飞行至树木上空，并在与架空导线等高的位置悬停飞行；所述多旋翼飞行装置和架空导线在水平方向上保持预设安全距离；所述测距装置安装于多旋翼飞行装置的正下方；所述架空导线位于树木上方；测距装置测量多旋翼飞行装置与下方树木的垂直距离。在一个实施例中，还包括：地面处理终端根据所述垂直距离判断架空输电线路树障隐患等级。在一个实施例中，还包括：超声波测距避碰装置测量所述多旋翼飞行装置与架空导线的水平距离；超声波测距避碰装置安装于所述多旋翼飞行装置上；地面处理终端将所述水平距离与预设安全距离进行比较，当水平距离小于预设安全距离时，发出报警信号，并控制所述多旋翼飞行装置远离架空导线，直至所述多旋翼飞行装置和架空导线在水平方向上保持预设安全距离。在本发明实施例中，通过多旋翼飞行装置携带测距装置飞行至树木上空，并在与架空导线等高的位置悬停飞行，其中，多旋翼飞行装置和架空导线的水平距离为预设安全距离；通过测距装置测量多旋翼飞行装置与下方树木的垂直距离。与现有的输电线路树障测量方法相比较，采用本发明系统无需进行停电和登高作业，能够安全、快速、便捷的测量出树障净空距离，及时准确的掌握树障信息，确保线路运行的安全可靠。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是本发明实施例提供的一种激光测距仪两点测高法示意图；图2是本发明实施例提供的一种用于架空输电线路的树障测量系统工作示意图；图3是本发明实施例提供的一种Delphi76HzESR的识别区域示意图；图4是本发明实施例提供的一种目标的有效性检验和决策流程图；图5是本发明实施例提供的一种无人机平台设计方案图。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。针对输电线路导地线的树障测量问题，本发明提出了一种用于架空输电线路的树障测量系统，可以实现视距内输电线路走廊内任何地点线下隐患净空的测量。该系统包括：多旋翼飞行装置和测距装置；测距装置安装于多旋翼飞行装置的正下方垂直向下。其中，多旋翼飞行装置用于携带测距装置飞行至树木上空，并在与架空导线等高的位置悬停飞行；所述多旋翼飞行装置和架空导线的水平距离为预设安全距离；所述架空导线位于树木上方；测距装置用于测量多旋翼飞行装置与下方树木的垂直距离。具体实施时，其工作示意图如图2所示，具体为：利用无人机测量树木和架空导线间距时，架空导线10对树木30的净空距离为H1。测量时，操作人员通过无线电遥控设备控制多旋翼飞行装置20以6m/s速度(速度由操作人员控制)接近架空导线10所在铁塔的附近大约20米左右，再缓慢飞近架空导线10，当其飞行至树木30的上空并在与架空导线10等高的位置时，利用旋翼无人机可悬停的特性，稳定悬停便于地面站操作人员观察无人机与三相导线和铁塔的相对位置。考虑多旋翼飞行装置的飞行安全，地面控制人员操控使多旋翼飞行装置20和架空导线10在水平方向上保持安全距离L，该安全距离L可根据实际情况具体确定。多旋翼飞行装置20携带的测距装置21垂直向下发射探测信号，测量多旋翼飞行装置20机身与下方树木30的垂直距离H2。操作人员还可控制多旋翼飞行装置20沿架空导线10的长度方向飞行。测量某处树障时，航巡员控制多旋翼飞行装置20在与被测相导向同一水平面选取3个悬停点进行测量，每个悬停点测量记录10条稳定数据，最后对这30个测量数据求取平均值，所得数据近似认为是该相导线下方树障净空。因为多旋翼飞行装置20飞至与架空导线等高处悬停，测量多旋翼飞行装置20自身与下方树木的垂直距离，根据长方形等边定理，所得数据即为被测相架空导线与下方树木的最小净空距离。具体实施时，测距装置21可以采用毫米波测距装置。输电线路树障测量系统的方案设计思路为：将现有的多旋翼无人机技术、毫米波测距技术有机融合，充分利用毫米波精度高、抗干扰能力强、低视角探测性能好、体积小重量轻的优点，成为新型的带电输电线路树障测量方法之一。1)毫米波测距原理：对于高精度测距雷达，必须具有窄的发射波束，提高发射机频率是获得窄波束的有效途径之一。目前，毫米波技术日益成熟，其相应器件的发展也达到实用化水平。因此，选用毫米波段将有助于提高雷达的测距精度。高精度测距需要高的距离分辨力。根据雷达理论，雷达的距离分辨力正比于其发射信号的带宽；在发射器件输出功率受限的情况下，雷达的作用距离正比于信号时宽的1/4次方。因此，高精度测距雷达需要采用大时带积的体制。对于固定载频的脉冲体制雷达，不可能同时获得大的时宽和大的带宽，其时带积约为1左右。因此，固定载频的脉冲体制雷达不宜作为高精度测距雷达。能够很好地克服脉冲雷达弱点的是脉冲压缩雷达，它采用宽脉冲来增加时宽和发射能量，但其宽的发射脉冲将使其距离盲区增大，所以一般只适用于远程的高精度测距。对于近程测距，消除距离盲区的最好办法是采用连续波体制，然后利用调频信号来获得大的带宽，从而获得很高的距离分辨力。因此毫米波调频连续波雷达特别适用于近程高精度测距。毫米波雷达相对于其它传感器有探测能力强、目标鉴别能力强、性能稳定等优点，如表2所示为毫米波雷达与其他传感器的测距性能对比。表2超声波被动红外激光雷达视频系统毫米级雷达长距离探测能力低一般强强强目标鉴别能力低低一般强强排除虚景能力低低一般一般强温度稳定性差一般好好好气候影响小大大大小黑暗穿透能力强强强低强硬件成本低低一般高高虽然硬件成本高但随着电子扫描毫米波雷达(ESR，electronicallyscanningradar)技术的发展，价格问题也得到了改善，因此，受到越来越多的重视。Delphi76HzESR的识别区域如图3所示，可提供中距离宽覆盖范围(下方的扇形区域，距离60m，±45度，50毫秒)和高分辨率长距离(距离175m，±10度，50毫秒)功能，中距离视角不仅可以发现邻近车道侧向切入的车辆，而且可以识别交叉在大车间的车辆和行人。长距离可提供精确的距离和速度等数据，最多可识别64个目标。根据毫米波雷达数据接收解算协议，提取用于前方障碍物检测的前方目标的有效数据包括：前方目标与无人机之间的距离、角度、相对速度、以及前方目标的反射强度，并且为每一目标分配唯一一个ID。接收到的CAN标准帧ID在OX_500和OX_53F之间的即可确定为目标数据。接收到的CAN数据是unsignedchar类型的数组，对接收到的毫米波雷达数据进行二进制位截断重组，将各个分量提取出来，如果为正值，则直接赋值给由雷达目标数据结构target_struct所定义的target数组变量的各个分量，如果为负，则先取补码再赋值。基于毫米波雷达数据接收解算算法，利用VC编写毫米波雷达数据采集程序。接收到的雷达数据保存在静态数组RadarData中，RadarData为64行_5列的数组，其中每一行为一个目标的ID和四个参数，第一列为ID号，第二列为角度，第三列为距离，第四列为速度，第五列为反射率。其赋值程序在CTestDlg类ReceiveThread函数中。无人机在飞行在实际测量中，毫米波雷达获取障碍物的ID排列顺序与距离无关。因此，将毫米波雷达获取的障碍物先按距离进行排序。然后通过设定距离阈值进行目标判断，并使用最近距离准则初选有效目标；然后使用Kalman滤波方法进行目标信息预测，并设定最大允许误差，将目标信息预测与初选目标信息进行一致性检验；使用有效目标生命周期的方法，实现有效目标的准确选择，目标的有效性检验和决策流程如图4所示。2)无人机平台和机构快装方案多旋翼飞行器系统中的无人机平台结构部件，包括旋翼机臂、主机身、电气舱、快装拆卸结构。无人机平台设计方案如图5。为了方便运输、维修以及多任务用途，多旋翼飞行器平台采用快装式设计。在机舱内部设有至少一个或一个以上的模块舱，所述模块舱为封闭舱体，机舱舱壁由所述模块舱顶部外壳或底部外壳构成；在飞行器的机舱部主体框架上设有卡接件，模块舱通过卡接件卡接固定在机舱部主体框架上，在每个模块舱内安装有单独功能的小型设备。基于模块化设计理念，将飞行器的各功能及功能结构进行了分解，从而实现了一机多能，具有强大的多任务能力，简便的快速维修操作等优点。在日常进行维修检测时，只用对各任务模块进行独立检测，省去了整机排查的麻烦。同时，本模块化多功能飞行器若在飞行及返场过程中受损，只需更换掉受损模块即可快速修复，继续执行任务。多旋翼飞行装置可以采用六旋翼机载平台。六旋翼机载平台包括对称排列的6个共轴旋翼结构，实现垂直起降、悬停和原位转向等高难度动作，并通过遥控或自主方式实现无人机靠近输电线路。多旋翼飞行系统安装毫米波测量装置，完成输电线路树障净空测量具体任务。具体实施时，该系统还包括地面处理终端。测距装置21可以为超声波测距装置，测距装置21包括毫米波雷达传感器和数据测量传输模块；其中，毫米波雷达传感器用于产生雷达超声波；数据测量传输模块用于测量多旋翼飞行装置与下方树木的垂直距离，并将所述垂直距离发送至多旋翼飞行装置。多旋翼飞行装置包括无线传输器22，如图2所示，无线传输器22用于接收所述垂直距离，并将所述垂直距离传输至地面处理终端，地面处理终端用于根据所述垂直距离判断架空输电线路树障隐患等级。以上所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。具体实施时，该系统还可以包括：视频采集装置，安装于所述多旋翼飞行装置上。如图2所示，视频采集装置23安装于多旋翼飞行装置的水平向前方向，用来采集多旋翼飞行装置飞行过程中的视频信号，通过多旋翼飞行装置中的无线传输器22将视频信号传输至地面处理终端，以便地面控制人员可以从飞行器的角度进行飞行控制。视频采集装置23可以为小型摄像头，还可以为照相机。具体实施时，多旋翼飞行装置的前部也可设计加装超声波测距避碰装置，实时测量多旋翼飞行装置与架空导线的水平距离。通过无线传输器22将水平距离发送至地面处理终端，地面处理终端根据接收的水平距离控制多旋翼飞行装置的飞行状态。具体的，地面处理终端将所述水平距离与预设安全距离进行比较，当水平距离小于预设安全距离时，发出报警信号，并控制所述多旋翼飞行装置远离架空导线，直至所述多旋翼飞行装置和架空导线在水平方向上保持预设安全距离。基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种用于架空输电线路的树障测量方法，如下面的实施例所述。由于用于架空输电线路的树障测量方法解决问题的原理与用于架空输电线路的树障测量装置相似，因此用于架空输电线路的树障测量方法的实施可以参见用于架空输电线路的树障测量装置的实施，重复之处不再赘述。用于架空输电线路的树障测量方法包括：多旋翼飞行装置携带毫米波测距装置飞行至树木上空，并在与架空导线等高的位置悬停飞行；所述多旋翼飞行装置和架空导线在水平方向上保持预设安全距离；所述毫米波测距装置安装于多旋翼飞行装置的正下方；所述架空导线位于树木上方；毫米波测距装置测量多旋翼飞行装置与下方树木的垂直距离。具体实施时，还包括：地面处理终端根据所述垂直距离判断架空输电线路树障隐患等级。具体实施时，还包括：超声波测距避碰装置测量所述多旋翼飞行装置与架空导线的水平距离；超声波测距避碰装置安装于所述多旋翼飞行装置上；地面处理终端将所述水平距离与预设安全距离进行比较，当水平距离小于预设安全距离时，发出报警信号，并控制所述多旋翼飞行装置远离架空导线，直至所述多旋翼飞行装置和架空导线在水平方向上保持预设安全距离。综上所述，采用本发明系统进行树障测量时，具有如下有益效果：(1)整个过程无需进行停电和登高作业，无人机带电测量输电线路树障净空距离的工作模式，利用毫米波传感器与成像设备协同工作，能够安全、快速、便捷地测量出树障净空距离，及时准确的掌握树障信息，精确高效，确保线路运行的安全可靠。(2)解决了山区、树木茂盛地区输电线路导地线树障净空测量的难题；(3)解决了毫米波雷达树障净空测量策略问题，采用多点测量的方式取得有效值，实现准确测量。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3