应用于输电线路无人机智能测距系统的激光雷达模块的制作方法

本发明涉及激光雷达设备领域，尤其涉及一种应用于输电线路无人机智能测距系统的激光雷达模块。

背景技术：

输电线路长期暴露野外，专业人员巡视周期长，线路安全监控难度大，加之运维环境复杂多变，影响输电系统安全运行的外界因素不断增加，同时线路和其他附近接地体之间的距离矛盾越来越突出，对线路运行安全和后期线路规划产生重要影响。传统的测距方法是通过手持激光测距仪在地面进行扫描测距。这种测距方式存在准确度低、使用范围有限、受到外界环境干扰大等不足，无法满足现代输电线路的广泛需求。无人机测距技术准确度高、测距范围广泛、可以大量应用于特殊环境场景。

无人机是利用无线电遥控设备和飞控系统控制操纵的无人飞机器。飞行器内置gps确保飞行器保持稳定的飞行姿态，通过机载图像传输模块进行实时图像传输。无人机属于高科技产品，具备造价便宜、操作简单、性能稳定等优点。现在已被广泛应用在各个领域：影视航拍、侦察搜救、应急投放、电力巡检、航空摄影测量、情报收集等。

输电线路无人机激光测距是利用rtk定位无人机搭载单线激光雷达扫描仪对线路走廊内树木进行扫描测距。该系统由rtk定位无人机、单线激光雷达扫描仪、4k高清云台相机组成。其中激光雷达扫描仪用于采集线路的数据信息，通过内置算法实现数据实时转换。实时线路数据信息和实时图像信号通过专用通道叠加在同一界面上，工作人员可以直观获取树障数据，为线路的树障隐患处理节省更多时间。

无人机智能测距技术在电力线路日常巡检有重要作用，1次/月的日常巡检流程包括：铁塔照片，快速拍照4-5张；飞往下个铁塔；途中兼顾通道巡检。对20％的日常巡检目标的精细化巡检包括：铁塔各个精细目标巡检，故障、灾后巡检。对于故障及灾后现场，通过无人机可以快速到达现场，首先进行现场大范围航拍，针对疑似故障或者重灾区，利用无人机进行精细化检查。无人机智能测距技术有广泛的应用途径：基建验收，针对新建线路进行大范围通道隐患和杆塔精细化缺陷排查，以空中视角代理人工视角，让数据更加客观，让线路验收更精准、更快速、更科学；线路基础运行资料收集，利用精准定位无人机采集线路杆塔坐标，使用rtk双天线定位技术，让数据更加准确更可靠；电力架线作业，以无人机为平台，牵引导线，用智能机器代替传统机器，让架线工作不难艰难；防山火专项巡视，利用无人机对易发山火区域进行大范围巡查，确定着火区域后可对着火区域进行精细化拍摄定位；机巡建模作业，利用无人机搭载激光雷达对输电线路进行三维扫描，获取输电线路的点云数据。通过专业航线规划软件在点云模型上进行精细化巡检航线规划，航线导入无人机后可以实现无人机自主巡检，为后续无人机自主巡检到无人巡检打下坚实的基础。

目前输电线路无人机智能测距系统采用的是旋翼无人机挂载激光雷达设备，实现待测量区域进行快速扫描，可以有效覆盖手持激光测距仪无法作业的盲区，精度更可靠，无人机测距技术对于传统的通过手持激光测距仪在地面进行扫描测距的方式更加先进、高效且精准。其中，激光雷达设备中的激光雷达模块作为关键元件，它的稳定性和可靠性决定着rtk定位无人机搭载单线激光雷达扫描仪的工作性能好坏。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种适用于不同工况、稳定性高、结构简单的激光雷达模块。

为了达到上述目的，本发明提供了一种应用于输电线路无人机智能测距系统的激光雷达模块，包括：驱动集成模块l298n，所述驱动集成模块l298n的引脚in1、in2、in3、in4为信号输入端子，所述驱动集成模块l298n的引脚ena、enb为使能端输入端子，所述驱动集成模块l298n的电源电压引脚vs与+12v电源相连，所述驱动集成模块l298n的逻辑电平引脚vss与+5v电源相连同时通过电容c4、c5的并联接地，所述驱动集成模块l298n的gnd、isena、isenb引脚接地；二极管整流电路，所述驱动集成模块l298n的输出引脚out1、out2、out3、out4与二极管整流电路相连；电机，所述驱动集成模块l298n的输出引脚out1、out2分别与电机b的两端相连，所述驱动集成模块l298n的输出引脚out3、out4分别与电机a的两端相连。

优选方式下，所述二极管整流电路中二极管d1正极、二极管d5负极同时与输出引脚out1相连，所述二极管d2正极、二极管d6负极同时与输出引脚out2相连，所述二极管d3正极、二极管d7负极同时与输出引脚out3相连，所述二极管d4正极、二极管d8负极同时与输出引脚out4相连。

优选方式下，所述二极管整流电路中二极管d1负极、二极管d2负极、二极管d3负极、二极管d4负极通过电容c1、c2并联接地，所述二极管d5正极、二极管d6正极、二极管d7正极、二极管d8正极直接接地。

优选方式下，所述驱动集成模块l298n的信号输入引脚in1、in2输入高低电平控制电机b的正反转，所述信号输入引脚in3、in4输入高低电平控制电机a的正反转。

本发明的有益效果是：本发明作为输电线路无人机智能测距系统中单线激光雷达扫描仪的关键模块，能够适应不同工作环境和工作状态下的高强度作业，性能稳定，结构简单。

附图说明

图1为激光雷达模块系统结构图；

图2为无人机平台电路结构图；

图3为输电线路无人机智能测距系统树木净空测量数据对比表格。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种应用于输电线路无人机智能测距系统的激光雷达模块，包括：驱动集成模块l298n，所述驱动集成模块l298n的引脚in1、in2、in3、in4为信号输入端子，所述驱动集成模块l298n的引脚ena、enb为使能端输入端子，所述驱动集成模块l298n的电源电压引脚vs与+12v电源相连，所述驱动集成模块l298n的逻辑电平引脚vss与+5v电源相连同时通过电容c4、c5的并联接地，所述驱动集成模块l298n的gnd、isena、isenb引脚接地；二极管整流电路，所述驱动集成模块l298n的输出引脚out1、out2、out3、out4与二极管整流电路相连；电机，所述驱动集成模块l298n的输出引脚out1、out2分别与电机b的两端相连，所述驱动集成模块l298n的输出引脚out3、out4分别与电机a的两端相连。

如图1所示，所述二极管整流电路中二极管d1正极、二极管d5负极同时与输出引脚out1相连，所述二极管d2正极、二极管d6负极同时与输出引脚out2相连，所述二极管d3正极、二极管d7负极同时与输出引脚out3相连，所述二极管d4正极、二极管d8负极同时与输出引脚out4相连。如图1所示，所述二极管整流电路中二极管d1负极、二极管d2负极、二极管d3负极、二极管d4负极通过电容c1、c2并联接地，所述二极管d5正极、二极管d6正极、二极管d7正极、二极管d8正极直接接地。如图1所示，所述驱动集成模块l298n的信号输入引脚in1、in2输入高低电平控制电机b的正反转，所述信号输入引脚in3、in4输入高低电平控制电机a的正反转。

输电线路无人机智能测距系统组成包括：1.无人机平台：该无人机平台轴距643mm，正常带载续航25min，最大飞行距离8km，如图2所示为无人机平台电路图；最大抗风能力6级，机身可折叠，携带方便；具备前视和下视避障，飞行更安全可靠。2.云台相机：云台相机拥有m4/3传感器，有效像素2080万，采用三轴云台模式云台控制精度高达±0.01°，可以录制4k视频。3.单线激光雷达：360°激光雷达测距扫描仪，测量距离20m，测量频率高达4000hz，角度分辨率小于0.9°。

现有技术的技术方案包括：

(1)电子经纬仪，目前测量导线与导线下方物体距离的最常见的方法是利用电子经纬仪测量。该方法运用广泛，操作简便，电子经纬仪是集光、机、电、计算为一体的自动化、高精度的光学仪器，是在光学经纬仪的电子化智能化基础上，采用了电子细分、控制处理技术和滤波技术，实现测量读数的智能化。电子经纬仪的缺点是：自身标定时的精度偏低，且测量时必须选取水平操作平台，目镜测量范围有限，无法对现场特殊区域测量，尤其是对线路走廊狭窄地区线下成片高大林木距离的测量受到地形限制无法开展。

(2)激光测距仪laserrangefinde，激光测距仪是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器。其按照测距方法分为相位法测距仪和脉冲法测距仪，脉冲式激光测距仪是在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。相位法激光测距仪是利用检测发射光和反射光在空间中传播时发生的相位差来检测距离的。一般常用手持激光测距仪在地面进行测距，这种测量方式虽简单且应用广泛，但是存在准确度低、测距范围有限、特殊环境场景无法有效开展等不足。

输电线路无人机智能测距系统具有以下技术创新：

(1)rtk双天线高精度定位技术：为实现精准测距，该装置需要准确获取当前位置的三维坐标，以确定导线与树木两目标点的坐标，进而准确距离计算。目前，市面上常用的无人机平台gps定位受输电线路上的电磁影响较大，需研发一种更稳定的定位方式。

因此，本系统采用网络刷新rtk双天线定位技术，确保无人机飞行定位更精准，最高精度可以达到厘米级。通过地面站控制端发出具体控制命令，控制rtk双天线无人机到达预定位置，实现精准定点悬停，实时测量当前水平位置坐标和垂直位置坐标。采用rtk双天线定位技术，实现大幅度降低输电线路强电磁环境所引起干扰的目标。当一套天线出现异常时，系统立即切换至另一套天线。确保无人机激光测距更安全可靠。

(2)线物距离高效精准测量技术：搭载在无人机平台上的360°激光雷达测距扫描仪，能完成全自动360°无死角测量，不需要人工瞄准，完全免除阳光干扰。通过在无人机平台搭载，实现了高空任意角度近距离测量，所有计算参数均可以准确获取，不再需要人工估算。优越的性能和先进的计算方法使得线物距离测量作业有效性提高到100％，测量精度达到±1cm以内，测量准确率高达99％。

(3)智能化测距技术：使用手持式激光测距仪测量需要人工对测量数据进行计算、比对、留档和上报。这种流程繁复的测量技术大大延缓了线路威胁隐患的处理效率，无法有效降低碰线事故发生的概率。为此，研发了一套全新的数据处理系统，把所有人工流程变成自动化处理，以提高工作效率。该数据处理系统的成功使用，颠覆了传统人工测量线物距离的方法。通过激光测距无人机采集并分析测量到的数据，与预先设定的安全阈值进行对照，若检测到侵入安全距离范围的物体，当即发出警告并且在巡检日志上记录高度、位置，并上报给管理部门。而即将逼近安全阈值的物体也将预先留档并且上报，极大程度上减轻作业人员的负担，降低人工测量失误的可能性，也大大提高测量工作效率，加快树障作业处理进程，有效避免碰线事故的发生。

(4)数据采集与实时图传技术：人工测量的局限性是作业人员无法确定测量数据与实际情况是否相符，作业人员一般站在输电线路附近对测距装置进行操控，通过望远镜协助观看，无法同步观察沿线威胁隐患的实际情况。针对此问题，本装置采用无人机搭载实时4k图传相机来解决问题。在智能化分析的同时，作业人员也可以通过实时图传画面辅助机载激光测量装置协同完成测量任务，以此确保测量任务的万无一失。

(5)app辅助技术：在结合实时图传技术后，作业人员通过数据表与实际照片、视频进行对照可实时判断测量数据是否有效，但是这种对照方法仍然效率低下。为此，针对性地开发了一款数据处理手机app，作业人员将激光测距无人机飞行至杆塔左右两边的导线之间，通过点击界面中的一键测量按钮，无人机可以循着导线一边飞行一边测量。在无人机飞行过程中，其搭载的激光测距雷达实时将导线与树木之间的最小距离在地面监控设备端以二维曲线的形式表现出来。作业人员可实时对照二维曲线图与实际图像，快速有效地判断测量数据的有效性和准确性，大大提高工作效率。

如图3所示为输电线路无人机智能测距系统树木净空测量数据对比表格，相比较经纬仪的测量数据，无人机测量数据更加精确。复杂环境下相较于其他测距方法而言，无人机激光测距技术效率高、安全性好、使用范围广，精准度可以大幅提升，测量准确率高达99％，将人工流程变成自动化处理，提高工作效率。无人机激光测距技术实时图传画面辅助机载激光测量装置协同完成测量任务，并结合app实时对照二维曲线图与实际图像，快速有效地判断测量数据的有效性和准确性，大大提高工作效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。