一种直升机电力巡线用激光雷达系统的制作方法

本发明涉及一种直升机电力巡线用激光雷达系统，属于高压线路廊道环境安全情况检测技术领域。

背景技术：

输电线路是电力系统的重要组成部分，其设施状态及通道环境的安全性对电网安全运行具有重要意义，如不能及时发现和消除输电线路安全隐患，则可能发展成各种故障甚至事故，对电力系统的安全和稳定构成威胁。

传统输电线路的巡检主要采用地面人工目测法和直升机航测法。

人工目测巡检是目前主要采用的方法，但存在巡检精度低，劳动强度大，且存在巡检盲区。

直升机航测法是利用有人直升机搭载一系列传感器对高压输电线路运行状况及周围环境进行检测的方法，能够发现设备缺陷和危及线路安全的隐患，是一项重要的输电线路安全保障技术，在电力线路安全巡检中具有广阔的应用前景。

直升机电力巡检按照任务和功能又可以划分为精细巡检和通道巡检，其中精细巡检主要是指采用可见光相机、红外相机等设备对绝缘子、销钉、电力线等目标的破损情况、发热情况等参数的检测；通道巡检主要是指采用激光雷达对电力线及线塔周围的环境安全情况进行检测，主要涉及到周围植物的生长情况对电力线及线塔的安全影响。

相比人工目测巡检方法，直升机航测法具有精度高、可靠性高、效率高等特点，国内外正在大力推广。

现有的直升机激光雷达系统一般采用激光扫描仪、pos、相机及控制器进行简易组装，且无实时监控系统状态，主要凭经验飞行，虽然能够完成一定的巡检任务，但是存在可靠性差、可维护性差、数据导出不方便、无法实时判断作业数据是否有效等问题。现有系统一般采用内置存储，通过usb外接硬盘或者通过千兆以太网导出到电脑中，尤其是有人机载激光雷达系统，需要飞机供电或者切换蓄电池供电以完成数据的导出，操作繁琐；特别是，有不少作业人员为了减少数据导出的次数，经常飞行多个架次之后一次性导出数据，可能存在作业数据存在无效的情况，浪费人力、物力，同时也存在事故责任不明确的问题。

即：现需要一种直升机电力巡线用激光雷达系统，能具有高可靠性、易维护、数据导出方便、可实时监测运行状态。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种直升机电力巡线用激光雷达系统，能具有高可靠性、易维护、数据导出方便、可实时监测运行状态；可以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种直升机电力巡线用激光雷达系统，它包括与直流电源连接的主控制板，主控制板分别与激光扫描仪、pos、相机控制板、固态硬盘及平板电脑连接，数据互交；所述相机控制板与可见光相机连接数据互交，在可见光相机与主控制板之间设有全解码电池盒，所述pos分别与激光扫描仪和相机控制板连接；在主控制板上设有活动固定的外置固态硬盘和一个以上的百兆网接口、usb接口以及vga接口。

主控制板包括二次稳压电源模块、工控机模块，以及接口扩展电路，其中二次稳压电源包括如下功能：对直流电源电压进行稳压、滤波后为激光扫描仪供电，产生12v电压为pos和平板电脑供电，产生8v电压为全解码电池盒供电以完成对可见光相机的供电，产生5v电压为相机控制板供电；工控机模块是整个主控制板的核心，工控机模块通过rs232接口接收平板电脑发送的指令信息，根据指令信息对激光扫描仪、pos以及相机控制板进行相应的参数设置与控制，同时将激光扫描仪、pos以及相机控制板的数据及工作状态信息进行采集和存储，并将工作状态信息通过rs232接口发送至平板电脑。

相机控制板用于对可见光相机的开关机控制、拍照控制并计算拍照时刻的时间信息，并将此信息通过rs232接口发送至主控制板中的工控机模块。

激光扫描仪用于对电力线路廊道进行扫描以获取其三维点云数据用于后期建模处理。

可见光相机获取电力线路廊道的可见光影像数据，用于与三维点云进行融合，以得到精度更高的模型。

pos用于获取激光扫描仪和可见光相机的实时位置和姿态信息，并提供精确的时间基准信息，为三维点云生成以及后期建模处理提供参考。

全解码电池盒用于长期为可见光相机提供电源，外置的固态硬盘用于存储激光扫描仪和pos输出的原始数据、相机拍照测时数据以及系统日志数据。

上述直流电源为总电源，典型电压为24v，可以采用蓄电池或者机载电源，支持15v-30v宽压供电。

上述的激光扫描仪、pos以及相机控制板的数据及工作状态信息采用双路存储，一路存储在内置固态硬盘，另外一路通过可插拔的sata接口存储在外置的固态硬盘。

上述主控制板上设有电平转换电路和阻抗匹配电路。

前述工作状态，所述激光扫描仪、pos、可见光相机、主控制板及相机控制板的工作状态与平板电脑实时显示。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）采用全解码电池盒为相机供电，续航时间不再受限制。

（2）在数据存储方面采用双路存储，特别是增加了外置可插拔的固态硬盘，一方面提高了可靠性，另一方面可以取消传统的在线网络导出数据或者usb接口导出数据方式，直接采用更换固态硬盘可以实现后期离线导出数据，既可以显著缩短外场作业的总时间，还可以做到每架次作业数据的责任明确。

（3）系统中各模块工作状态可以通过平板电脑实时监测，可以方便地判断作业数据是否有效。

（4）主控制板部分对pos输出的pps信号进行了电平兼容性处理，可以实现3.3v、5v兼容，实现接口的统一，可以接入绝大多数需要时间同步的设备。

（5）预留的usb接口可以外接4g网卡，实现远程监控。同时，本发明的集成度较高，且配置灵活，其中主控制板可以独立使用，即主控制板可以用于无相机情况下的激光雷达系统。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的系统组成框图。

图2为本发明的激光扫描仪供电电路图。

图3为本发明的pos供电电路图。

图4为本发明的全解码电池盒输入电源电路图。

图5为本发明的相机控制板供电电路图。

图6为本发明的pps信号兼容性转换电路。

其中，直流电源1；主控制板2；激光扫描仪3；pos4；相机控制板；全解码电池盒7；固态硬盘8；平板电脑9。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1.如图1所示，一种直升机电力巡线用激光雷达系统，其特征在于：它包括与直流电源1连接的主控制板2，主控制板2分别与激光扫描仪3、pos4、相机控制板5、固态硬盘8及平板电脑9连接，数据互交；所述相机控制板5与可见光相机6连接数据互交，在可见光相机6与主控制板2之间设有全解码电池盒7，所述pos4分别与激光扫描仪3和相机控制板5连接；在主控制板2上设有活动固定的外置固态硬盘8和一个以上的百兆网接口、usb接口以及vga接口。

主控制板2包括二次稳压电源模块、工控机模块，以及接口扩展电路，其中二次稳压电源包括如下功能：对直流电源1电压进行稳压、滤波后为激光扫描仪3供电，产生12v电压为pos4和平板电脑9供电，产生8v电压为全解码电池盒7供电以完成对可见光相机6的供电，产生5v电压为相机控制板5供电；工控机模块是整个主控制板2的核心，工控机模块通过rs232接口接收平板电脑9发送的指令信息，根据指令信息对激光扫描仪3、pos4以及相机控制板5进行相应的参数设置与控制，同时将激光扫描仪3、pos4以及相机控制板5的数据及工作状态信息进行采集和存储，并将工作状态信息通过rs232接口发送至平板电脑9。

相机控制板5用于对可见光相机6的开关机控制、拍照控制并计算拍照时刻的时间信息，并将此信息通过rs232接口发送至主控制板2中的工控机模块。

激光扫描仪3用于对电力线路廊道进行扫描以获取其三维点云数据用于后期建模处理。

可见光相机6获取电力线路廊道的可见光影像数据，用于与三维点云进行融合，以得到精度更高的模型。

pos4用于获取激光扫描仪3和可见光相机6的实时位置和姿态信息，并提供精确的时间基准信息，为三维点云生成以及后期建模处理提供参考。

全解码电池盒7用于长期为可见光相机6提供电源，外置的固态硬盘8用于存储激光扫描仪3和pos4输出的原始数据、相机拍照测时数据以及系统日志数据。

所述直流电源1为总电源，典型电压为24v，可以采用蓄电池或者机载电源，支持15v-30v宽压供电。

所述的激光扫描仪3、pos4以及相机控制板5的数据及工作状态信息采用双路存储，一路存储在内置固态硬盘，另外一路通过可插拔的sata接口存储在外置的固态硬盘8，这样方便外置的固态硬盘8的插拔操作。

所述主控制板2上设有电平转换电路和阻抗匹配电路，这样将pos4输出的3.3v的pps信号进行了电平兼容性处理，可以同时兼容3.3v和5v电平，实现了接口的统一，可以接入绝大部分需要时间同步的设备。

工作状态，所述激光扫描仪3、pos4、可见光相机6、主控制板2及相机控制板5的工作状态与平板电脑9实时显示，这样方便作业人员对设备的监控。

如图2所示，输入电源+24vp经过共模电感l2和电容c3、c4、c7转换为激光扫描仪3的供电电源+24vout。

如图3所示，+24vc电源经过开关电源芯片lm2576s-12转换为12v电源，为pos4和平板电脑9供电。

如图4所示，+24vc电源经过可调节输出的开关电源芯片lm2576s-adj以及匹配的电阻，转换为8v电压，为全解码电池盒7供电。

如图5所示，+12v_imu电源经过线性电源芯片78mc05转换为5v电压，为相机控制板5供电。

如图6所示，pos4输出的3.3v逻辑电平的pps信号pps_out_3.3v，经过电平转换芯片nlsx4373转换为5v逻辑电平的pps信号pps_out_5v，经过510欧姆的匹配电阻转换为ppsc，此信号可以同时兼容3.3v和5v逻辑电平。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。