一種輸電線路光電檢測系統和方法

專利名稱：一種輸電線路光電檢測系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種輸電線路光電檢測系統和方法，特別是一種綜合了車載檢測和無 人直升機檢測的復合輸電線路光電檢測系統。
背景技術：
傳統的輸電線路檢修執行的是以時間為基礎的周期性檢修制度。這種制度不僅缺 乏科學性，且具有很大的盲目性。已與供電企業的發展要求不相適應，主要表現在如下兩個 方面。一是計劃檢修日與實際工作量的矛盾突出。由于線路長，分布區域廣，任務重，工 作安排顧此失彼，檢修人員疲于應付，工作質量不高，安全局面不穩。計劃檢修日的執行以 致供電可靠率長期在低水平下徘徊。二是該修設備不能及時維修，故障率居高不下。線路一般一年安排一次停電檢修， 而缺陷或異常運行狀態出現的時間，不是人的意識所能左右的。該修設備不能及時檢修，從 而導致缺陷性質惡化、隱患變故障，設備健康水平下降。要走出線路維護高支出、低效能的怪圈，只有改變傳統檢修方式，以現代高科技手 段為基礎，加大運行維護的科技含量，提高對輸電線路狀態的預測、預見能力。目前，較為常見的輸電線路檢測方式主要有三種類型。第一種是直升機檢測，直升飛機在輸電線路斜上方飛行，以安裝在穩定平臺上的 可見光或紅外、紫外成像設備完成對線路的檢測。直升機檢測系統的主要缺點有以下幾個方面1、場地要求高，對起飛與著陸點要求較高，并需要提前勘察；2、手續復雜，需要提前與當地空管部門聯系，待空管部門下達放飛許可后，方可開 始飛行巡視作業，作業結束后還要向空管部門匯報；3、安全性差，跟飛機和飛行人員的相關性太高，一旦發生事故，后果嚴重。第二種是自動巡線機器人，巡線機器人是一個復雜的機電一體化系統，涉及機械 結構、自動控制、通信、傳感器信息融合、電源技術等多個領域，它沿高壓輸電線路自動完成 線路的巡檢任務。該系統主要缺點有以下幾個方面1、效率低，完成一次檢測所用的時間太長；2、人工干預困難，工作開始與結束時都需要人爬上高壓線架，一旦機器人在線路 中間發生故障，則要將機器人取下極為困難，且安全性低；3、抗干擾能力較差，易受高壓電線的強電磁場干擾。第三種是無人直升機檢測，無人直升機檢測很好地解決了有人直升機檢測的缺 陷，然而卻帶來了新的問題1、單次飛行時間短，檢測距離有限；2、承載能力有限，便于攜帶的無人直升機在目前的技術條件下每次升空只能安裝 一種成像設備；

發明內容
本發明的目的是解決上述不足，提供一種輸電線路光電檢測系統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種輸電線路光電檢測系統，該輸 電線路光電檢測系統包括車載移動光電檢測系統和無人直升機光電檢測系統；車載移動光 電檢測系統包括光電探測系統和顯示控制系統兩個部分；光電探測系統包括紅外熱像儀、 紫外成像儀、可見光相機、GPS和穩定平臺；顯示控制系統包括顯控設備、信號處理設備、供 電設備和傳輸設備；無人直升機機上載荷為可更換方式，采用可見光相機、紅外熱像儀或紫 外成像儀，機上載荷安裝于機上穩定平臺之中；車載移動光電檢測系統和無人直升機光電檢測系統上都配備定向測量系統，在檢 測過程中，車載移動光電檢測系統實時將自身經緯度和高度信息、以及檢測角度信息發送 給無人直升機光電檢測系統，后者根據接收到的信息改變自身的飛行軌跡和穩定平臺光軸 指向，使得自身視場中心點與車載移動光電檢測系統的視場中心點誤差不大于2米。其中，車載移動光電檢測系統有手動跟蹤和自動跟蹤兩種巡線方式。其中，手動跟蹤由操作人員控制操縱桿，在車輛行駛的過程中，控制穩定平臺在上 下左右四個方向的運動，完成輸電線路的連續掃描。其中，自動跟蹤采用車輛位置跟蹤和圖像跟蹤兩種方式結合，以車輛位置實現粗 略跟蹤、圖像跟蹤實現精確跟蹤。其中，車載移動光電檢測系統中穩定平臺為陀螺穩定。其中，車載移動光電檢測系統中顯控設備由車載計算機、操縱桿、按鍵和語音對講 組成。其中，車載移動光電檢測系統中供電設備可以實現220VAC、蓄電池和車輛供電系 統分別供電。其中，輸電線路光電檢測系統與遠程控制中心之間的信號傳輸和無人直升機與車 載顯控系統之間的信號傳輸均為無線傳輸。其中，安裝在車載計算機內的軟件，能夠同時對車載移動光電檢測系統的圖像和 無人直升機光電檢測系統的圖像進行顯示、存儲和/或抓拍操作。一種輸電線路光電復合檢測方法，其采用如前所述的輸電線路光電檢測系統，其 特征在于復合檢測方法分為同步檢測和異步檢測兩種方式，其中，同步檢測時，無人直升機與車載系統在檢測點上保持同步，無人直升機系統 的圖像信息通過無線傳輸設備傳送到車載系統中，與車載系統的圖像信息同時顯示在車載 顯控設備中，在完成顯示與存儲的同時，操作人員根據所顯示的圖像作出綜合判斷，實現復 合檢測。其中，異步檢測時，無人直升機系統先執行檢測，車載系統后執行檢測，顯控系統 將無人直升機檢測的連續圖像和故障點的圖像及位置信息，記錄在車載計算機內，在執行 車載檢測的過程中，將無人直升機檢測的故障點作為重要檢測點進行檢測，根據這兩種圖 像作出綜合判斷，實現復合檢測。本發明的特征及優點之一在于，在車載系統中，為了適應車輛與待檢測輸電線路 距離的差異，紅外熱像儀、紫外成像儀和可見光相機均采用連續變焦鏡頭，車載光電檢測系統可以在距離20米 200米之間對輸電線路進行檢測。本發明的特征及優點之二在于，在輸電線路附近，如果路況達到三級公里標準，可 以使用車載光電檢測系統對輸電線路進行檢測，當輸電線路處于山區等沒有道路的環境 中，使用無人直升機檢測系統對輸電線路進行檢測，從而滿足各種環境下的檢測需求。本發明的特征和優點之三在于結合了車載檢測與無人直升機檢測兩種方式的優 點，在路況允許的條件下，可以采用同步或異步的方式實現對輸電線路的光電檢測。本發明的特征和優點之四在于車載系統的跟蹤器采用了以圖像跟蹤和車輛位置 跟蹤相結合的實現方式，以車輛位置跟蹤實現粗跟蹤，圖像跟蹤實現精確跟蹤。本發明的特征和優點之五在于車載光電檢測系統中，供電設備由蓄電池組和綜合 電源控制器組成，可以通過220VAC、蓄電池和車輛供電系統這三種方式對系統供電。


圖1示出了輸電線路光電檢測系統原理圖。圖2示出了輸電線路光電檢測系統中車載光電檢測系統工作流程圖。圖3示出了輸電線路光電檢測系統中無人直升機光電檢測系統工作流程圖。圖4示出了輸電線路光電檢測系統中車載光電檢測系統與無人直升機光電檢測 系統以同步方式進行復合檢測的工作流程圖。
具體實施例方式本發明利用車載輸電線路檢測綜合性強、目標特征顯著、便于操作、持續時間長和 無人直升機輸電線路檢測迅速、不受地形影響的特點，經過整體設計，形成輸電線路光電檢 測系統。整個系統組成如圖1所示。輸電線路光電檢測系統1包括車載移動光電檢測系統2和無人直升機光電檢測系 統3兩部分。具體來說，車載移動光電檢測系統2包括顯示控制系統4和光電探測系統5 兩個部分。顯示控制系統4包括顯控設備8、信號處理設備9、供電設備10和傳輸設備11 ； 光電探測系統5包括GPS12、紅外熱像儀13、可見光相機14、紫外成像儀15和穩定平臺16。光電探測系統5上的光電檢測儀器為在不同波段成像的相機通過可見光相機 對線路本體、輔助設施及通道走廊進行巡視，應用紅外熱成像儀對導線壓接管、線夾、絕緣 子等部件進行檢測，應用紫外成像儀對導線、引流、導線壓接管、線夾、絕緣子等部件進行檢 測。由于使用了三種相機，因此在檢測過程中，當輸電線路的背景在某一種圖像與輸電線路 成像特征相同時，即某一波段相機的圖像檢測不能獲得較好的檢測結果時，可以通過另外 兩種相機獲得的圖像得到正確判定。供電設備10由蓄電池組和綜合電源控制器組成，可以實現220VAC、蓄電池和車輛 供電系統分別對系統供電。顯示控制系統4采用車載計算機加操縱桿和按鍵的方式實現， 用來顯示車載系統或無人直升機系統的圖像，并完成相應控制功能。本發明所述的無人直升機光電檢測系統3，機上載荷主要為成像設備6和傳輸設 備7，其中成像設備6與車載移動光電檢測系統中的光電檢測儀器相同，分別可為可見光相 機、紅外熱像儀和紫外成像儀。由于本系統中采用的無人直升機功率較小，因此機上載荷中 的成像設備6采用了可更換方式，即可根據需要分別僅僅攜帶可見光相機、紅外熱像儀或紫外成像儀進行檢測。本發明所述的輸電線路光電檢測系統中，可見光相機采用CCD相機或CMOS相機， 熱像儀采用非制冷或制冷熱像儀。本發明所述的車載移動光電檢測系統中，穩定平臺采用陀螺穩定的方式。本發明所述的車載移動光電檢測系統還具有跟蹤器(未圖示)，跟蹤器采用車輛 位置跟蹤和以DSP為核心的圖像跟蹤相結合的實現方式。其中，以車輛位置跟蹤實現粗略 跟蹤，圖像跟蹤實現精確跟蹤。跟蹤器中的粗略跟蹤通過車輛相對于輸電線路的距離、車輛的姿態等信息，解算 出車載穩定平臺16的指向，實現對線路的跟蹤。其中，車輛相對于輸電線路的距離、車輛姿 態等信息，通過定向測量單元獲得，定向測量單元是集成了 GPS、MEMS陀螺等信息的位置、 姿態測量設備。蹤器中的精確跟蹤通過對所獲取的車載傳感器的可見光、紅外或紫外圖像的分割 處理，提取出輸電線路的特征信息，根據車輛移動過程中產生的輸電線路的位置變化，結合 車輛的行進方向，解算出需要修正的角偏差量，調整車載穩定平臺的指向，從而實現跟蹤。 其中，與傳統跟蹤器不同之處在于，輸電線路目標相對于圖像來講并非有限尺寸，而總是處 于超出圖像邊界狀態，輸電線路的位置提取，需要結合輸電線路在圖像邊緣處位置變化，以 及車輛姿態變化等信息，采用形心與幀累積處理技術，實現位置解算。本發明所述的光電復合檢測系統中，采用無線圖像傳輸設備實現從無人直升機到 車載系統的視頻傳輸，本發明中的無線傳輸設備采用移動通信的先進核心技術COFDM(多 載波調制技術)，是高度集成的移動式非視距數字圖像傳輸設備，可以在高速移動中和城 市建筑物遮擋情況下傳輸實時穩定的音頻和視頻，工作頻段可在300 400MHz/400 800MHz/l. 0 1. 5GHz/2. 3G 2. 5GHz之間定制，傳輸帶寬可達4MHz以上，可適應最高相對 移動速度達100km/h，傳輸延時小于500ms，通視條件下傳輸距離30公里以上。圖2、圖3和圖4分別示出了本發明中車載光電檢測系統和無人直升機光電檢測系 統以及復合檢測中同步檢測的工作流程圖。流程1 對于車載光電檢測系統，系統初始化后，紅外、可見光、穩定平臺和跟蹤器 等設備準備就緒。操作人員通過操縱桿控制成像設備對準待檢測輸電線路，隨著車輛向前 行進，對線路進行檢測，在此過程中可采用人工控制或自動跟蹤控制使得成像設備始終對 準被檢測線路。一旦發現故障點，操作人員通過按鍵啟動記錄功能，將當前點的位置信息記 錄在系統中，根據需要采用現場即時維修或檢測后維修的處置方式。流程2 對于無人直升機光電檢測系統，系統初始化后，車載系統的顯控設備、傳 輸設備以及無人直升機等設備準備就緒。操作人員控制無人直升機升空，到達待檢測輸電 線路斜上方位置后，沿著輸電線路向前飛行，機上檢測圖像信號經過無線傳輸設備到達車 上顯控系統，實現圖像的顯示。一旦發現故障點，操作人員通過按鍵啟動記錄功能，將當前 點的位置信息記錄在中，根據需要采用現場即時維修或檢測后維修的處置方式。流程3 對于復合檢測中的同步檢測，系統初始化后，車載系統的紅外、可見光、穩 定平臺和跟蹤器等設備和無人直升機系統準備就緒。操作人員通過操縱桿控制成像設備對 準待檢測輸電線路，控制無人直升機升空，達到待檢測線路的斜上方。車載系統隨著車輛 向前行進，對線路進行檢測，在此過程中可采用人工控制或自動跟蹤控制使得成像設備始終對準被檢測線路，同時將檢測位置發送給無人直升機系統，無人直升機系統根據接收的 位置信息，隨同車載系統向前移動，同步檢測。一旦車載系統或者無人直升機系統發現故障 點，操作人員通過按鍵啟動記錄功能，將當前點的位置信息記錄在中，根據需要采用現場即 時維修或檢測后維修的處置方式。流程4 對于復合檢測中的異步檢測，先執行流程2，然后執行流程1，在執行流程1 的過程中參照流程2的檢測結果。以上所述僅為本發明的優選并不用于限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以 對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修 改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和 變型在內。
權利要求
一種輸電線路光電檢測系統，其特征在于該輸電線路光電檢測系統包括車載移動光電檢測系統和無人直升機光電檢測系統；車載移動光電檢測系統包括光電探測系統和顯示控制系統兩個部分；光電探測系統包括紅外熱像儀、紫外成像儀、可見光相機、GPS和穩定平臺；顯示控制系統包括顯控設備、信號處理設備、供電設備和傳輸設備；無人直升機機上載荷為可更換方式，采用可見光相機、紅外熱像儀或紫外成像儀，機上載荷安裝于機上穩定平臺之中；車載移動光電檢測系統和無人直升機光電檢測系統上都配備定向測量系統，在檢測過程中，車載移動光電檢測系統實時將自身經緯度和高度信息、以及檢測角度信息發送給無人直升機光電檢測系統，后者根據接收到的信息改變自身的飛行軌跡和穩定平臺光軸指向，使得自身視場中心點與車載移動光電檢測系統的視場中心點誤差不大于2米。
2.如權利要求2所述的輸電線路光電檢測系統，其特征在于，車載移動光電檢測系統 有手動跟蹤和自動跟蹤兩種巡線方式。
3.如權利要求2所述的輸電線路光電檢測系統，其特征在于，手動跟蹤由操作人員控 制操縱桿，在車輛行駛的過程中，控制穩定平臺在上下左右四個方向的運動，完成輸電線路 的連續掃描。
4.如權利要求2所述的輸電線路光電檢測系統，其特征在于，自動跟蹤采用車輛位置 跟蹤和圖像跟蹤兩種方式結合，以車輛位置實現粗略跟蹤、圖像跟蹤實現精確跟蹤。
5.如權利要求1所述的輸電線路光電檢測系統，其特征在于，車載移動光電檢測系統 中穩定平臺為陀螺穩定。
6.如權利要求1所述的輸電線路光電檢測系統，其特征在于，車載移動光電檢測系統 中顯控設備由車載計算機、操縱桿、按鍵和語音對講組成。
7.如權利要求1所述的輸電線路光電檢測系統，其特征在于，車載移動光電檢測系統 中供電設備可以實現220VAC、蓄電池和車輛供電系統分別供電。
8.如權利要求1所述的輸電線路光電檢測系統，其特征在于，輸電線路光電檢測系統 與遠程控制中心之間的信號傳輸和無人直升機與車載顯控系統之間的信號傳輸均為無線 傳輸。
9.如權利要求1所述的輸電線路光電檢測系統，其特征在于，安裝在車載計算機內的 軟件，能夠同時對車載移動光電檢測系統的圖像和無人直升機光電檢測系統的圖像進行顯 示、存儲和/或抓拍操作。
10.一種輸電線路光電復合檢測方法，其采用如權利要求1-9中任一項所述的輸電線 路光電檢測系統，其特征在于復合檢測方法分為同步檢測和異步檢測兩種方式，
11.如權利要求10所述的輸電線路光電復合檢測方法，其特征在于，同步檢測時，無人 直升機與車載系統在檢測點上保持同步，無人直升機系統的圖像信息通過無線傳輸設備傳 送到車載系統中，與車載系統的圖像信息同時顯示在車載顯控設備中，在完成顯示與存儲 的同時，操作人員根據所顯示的圖像作出綜合判斷，實現復合檢測。
12.如權利要求10所述的輸電線路光電復合檢測方法，其特征在于，異步檢測時，無人 直升機系統先執行檢測，車載系統后執行檢測，顯控系統將無人直升機檢測的連續圖像和 故障點的圖像及位置信息，記錄在車載計算機內，在執行車載檢測的過程中，將無人直升機檢測的故障點作為重要檢測點進行檢測，根據這兩種圖像作出綜合判斷，實現復合檢測。
全文摘要
本發明公開了一種輸電線路光電檢測系統及方法，該系統和方法綜合車載移動光電檢測系統和無人直升機光電檢測系統的優勢，形成良性互補，從而提升整個系統的檢測性能。其中車載光電檢測系統包括光電探測和顯示控制兩個部分，光電探測部分包括可見光相機、紅外熱像儀、紫外成像儀、GPS和穩定平臺，顯示控制部分包括顯控設備、信號處理設備、供電設備和傳輸設備。無人直升機機上載荷為可更換方式，根據檢測需求采用可見光相機、紅外熱像儀或紫外成像儀中的一種，相機安裝于機上穩定平臺之中。
文檔編號H04N5/33GK101986114SQ20101026318
公開日2011年3月16日 申請日期2010年8月26日 優先權日2010年8月26日
發明者崔彥嶺 申請人:中電國科(北京)科技有限公司