專利名稱：基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，應(yīng)用于無(wú)人機(jī)電力巡線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展對(duì)我國(guó)電力工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求。我國(guó)目前已形成華北、東北、華東、華中、西北和南方電網(wǎng)共6個(gè)跨省區(qū)電網(wǎng)，截至2012年全國(guó)110千伏以上輸電線路已超過(guò)70萬(wàn)公里。面對(duì)如此龐大的輸電網(wǎng)絡(luò)，要完成高效率的輸電線路的巡檢任務(wù)，急需要大航程、遠(yuǎn)距離的無(wú)人駕駛巡檢飛機(jī)進(jìn)行電網(wǎng)系統(tǒng)全天候、全地貌巡檢，以提高巡檢效率和巡檢精度。近幾年國(guó)內(nèi)有人直升機(jī)和無(wú)人直升機(jī)電力巡檢系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來(lái)，其中有人駕駛的直升機(jī)進(jìn)行巡線存在著一些問(wèn)題如直升機(jī)及其維護(hù)費(fèi)用昂貴、安全問(wèn)題突出等。特別是·其安全問(wèn)題，這是一個(gè)涉及人身及設(shè)備(包括飛機(jī)和電網(wǎng))安全的嚴(yán)重問(wèn)題。無(wú)人直升機(jī)具有起降靈活，可自由懸停等諸多優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大載荷無(wú)人直升機(jī)技術(shù)還不成熟，國(guó)外成熟產(chǎn)品又處于對(duì)華禁售的狀態(tài)。無(wú)人直升機(jī)要進(jìn)行長(zhǎng)航時(shí)、長(zhǎng)航程的輸電線路巡查還存在技術(shù)難度，而固定翼無(wú)人機(jī)可長(zhǎng)時(shí)間滯空的特點(diǎn)能彌補(bǔ)這方面的不足，云南電網(wǎng)公司普洱供電局201120156363. 6號(hào)專利，重慶市電力公司超高壓局200920127031. 8號(hào)專利和陽(yáng)鋒，王滋政，黃勇于2009年發(fā)表于《紅水河》第28卷第I期77-80頁(yè)的論文分別對(duì)固定翼無(wú)人機(jī)輸電線路巡檢和直升機(jī)搭載三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)輸電線路巡檢進(jìn)行了描述。上述研究都取得了一定程度的有益效果，但仍存在如下問(wèn)題I)現(xiàn)有的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)只采用可見(jiàn)光圖像和視頻對(duì)輸電線路走廊進(jìn)行巡視，檢測(cè)手段單一，對(duì)于輸電線路交跨線間距離、導(dǎo)線與地面建筑物(植被)間距離、輸電線路弧垂和輸電線路風(fēng)偏等參數(shù)則無(wú)法測(cè)量。2)利用有人直升機(jī)搭載三維激光掃描儀對(duì)輸電線路進(jìn)行巡視，使用成本高，不利于生產(chǎn)實(shí)際中推廣使用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可降低三維激光掃描儀的使用成本，又可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大范圍的檢測(cè)，從而豐富固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)檢測(cè)手段，提高常規(guī)固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)的檢測(cè)效率和檢測(cè)精度。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案—種基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，它包括固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體和與之通信并控制飛行狀態(tài)、處理檢測(cè)信息的地面測(cè)控中心，所述固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體上搭載有飛行控制系統(tǒng)和陀螺增穩(wěn)吊艙，兩者間相互通信；其中飛行控制系統(tǒng)通過(guò)機(jī)載第一通訊模塊與地面測(cè)控中心通信；在陀螺增穩(wěn)吊艙上設(shè)有成像裝置與三維激光掃描儀，成像裝置與三維激光掃描儀通過(guò)機(jī)載第二通訊模塊與地面測(cè)控中心通信。所述地面測(cè)控中心設(shè)有地面控制計(jì)算機(jī)和地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)，分別與機(jī)載第一通訊模塊和機(jī)載第二通訊模塊通信。所述飛行控制系統(tǒng)還包括GPS測(cè)量?jī)x、氣壓高度計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊、舵機(jī)控制模塊，它們通過(guò)機(jī)載第一通訊模塊與地面測(cè)控中心通信。所述成像裝置包括可見(jiàn)光照相機(jī)、可見(jiàn)光攝像機(jī)。所述陀螺增穩(wěn)吊艙還設(shè)有大容量信息存儲(chǔ)單元。所述地面控制計(jì)算機(jī)通過(guò)地面第一通訊模塊與機(jī)載第一通訊模塊通信。所述地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)則通過(guò)地面第二通訊模塊與機(jī)載第二通訊模塊通信。
·[0017]所述地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)還與數(shù)據(jù)計(jì)算中心通信。所述飛行控制系統(tǒng)通過(guò)RS422接口與陀螺增穩(wěn)吊艙通信。所述機(jī)載第一、第二通訊模塊以及地面第一、第二通訊模塊均為COFDM編碼正交頻分復(fù)用無(wú)線通信裝置。本實(shí)用新型的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)包括固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體、無(wú)線傳輸系統(tǒng)和地面測(cè)控中心。所述固定翼無(wú)人機(jī)本體上設(shè)有飛行控制子系統(tǒng)以及檢測(cè)子系統(tǒng)，兩者均與地面測(cè)控中心通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行通信，接收地面控制人員的指令完成飛行并發(fā)送巡檢信息，無(wú)線傳輸系統(tǒng)分機(jī)載第一通訊模塊和機(jī)載第二通訊模塊。飛行控制系統(tǒng)與GPS測(cè)量?jī)x、氣壓高度計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊、舵機(jī)控制模塊和第一通訊模塊(機(jī)載)，飛行控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行控制和信息采集，并通過(guò)第一通訊模塊(機(jī)載)反饋到地面測(cè)控中心。在陀螺增穩(wěn)吊艙上設(shè)有三維激光掃描儀、大容量信息存儲(chǔ)單元，可見(jiàn)光照相機(jī)和可見(jiàn)光攝像機(jī)；吊艙通過(guò)機(jī)載第二通訊模塊與地面測(cè)控中心通信，將機(jī)載視頻和吊艙工作狀態(tài)實(shí)時(shí)傳回地面控制中心，可見(jiàn)光視頻使地面站操作人員實(shí)時(shí)了解飛機(jī)飛行狀態(tài)和飛機(jī)前方狀態(tài)，起到導(dǎo)引飛機(jī)飛行的作用。可見(jiàn)光照相機(jī)執(zhí)行定時(shí)拍照功能，三維激光掃描儀執(zhí)行連續(xù)的掃描工作，并將掃描數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量信息存儲(chǔ)單元中。所述地面測(cè)控中心包括地面第一通訊模塊、地面第二通訊模塊、地面控制計(jì)算機(jī)、地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)計(jì)算中心。地面控制計(jì)算機(jī)通過(guò)第一通訊模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載飛控系統(tǒng)遙測(cè)信息的采集和遙控指令的發(fā)送；地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)通過(guò)第二通訊模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載視頻的下傳接收，并對(duì)視頻進(jìn)行本地存儲(chǔ)和管理。數(shù)據(jù)計(jì)算中心負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)載三維激光掃描儀獲得的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理計(jì)算，獲得輸電線路走廊數(shù)字高程模型，并提取輸電線路、桿塔、建筑物、數(shù)木、道路等三維數(shù)據(jù)，并結(jié)合機(jī)載檢測(cè)子系統(tǒng)中可見(jiàn)光照相機(jī)獲得的正射影像，對(duì)輸電線路走廊模型進(jìn)行重構(gòu)，并得到輸電線路交跨線間距離、導(dǎo)線與地面建筑物(植被)間距離、輸電線路弧垂和輸電線路風(fēng)偏等距離參數(shù)。本實(shí)用新型的有益效果是I、相比于有人機(jī)，采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路巡檢，可有效降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，降低作業(yè)成本，有利于在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。2、利用固定翼無(wú)人機(jī)的長(zhǎng)航時(shí)、高航速的特點(diǎn)，達(dá)到對(duì)輸電線路走廊的大面積、長(zhǎng)距尚的檢測(cè)，提聞巡檢效率。3、采用固定翼無(wú)人機(jī)搭載三維激光掃描儀對(duì)輸電線路走廊進(jìn)行檢測(cè)，可充分發(fā)揮飛行平臺(tái)和檢測(cè)設(shè)備各自的優(yōu)勢(shì)，豐富無(wú)人機(jī)輸電線路巡檢技術(shù)手段，完善無(wú)人機(jī)輸電線路巡檢功能，降低三維激光掃描儀使用成本?？煽焖賹?shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路走廊的整體普查，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種距離參數(shù) 的精確測(cè)量，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、面結(jié)合的全面檢測(cè)。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；I.固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體，2.地面測(cè)控中心，3.無(wú)線傳輸系統(tǒng)，4.飛行控制系統(tǒng)，5.陀螺增穩(wěn)吊艙，6. GPS測(cè)量?jī)x，7.氣壓高度計(jì)，8.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊，9.舵機(jī)控制模塊，
10.機(jī)載第一通訊模塊，11.可見(jiàn)光照相機(jī)，12.可見(jiàn)光攝像機(jī)，13.三維激光掃描儀，14.大容量信息存儲(chǔ)單元，15.機(jī)載第二通訊模塊，16.地面第一通訊模塊，17.地面控制計(jì)算機(jī)，18.地面第二通訊模塊，19.地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)，20.數(shù)據(jù)計(jì)算中心。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖，基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，包括固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體I和地面測(cè)控中心2，兩者間通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)3通信。固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體I上設(shè)有飛行控制系統(tǒng)4和陀螺增穩(wěn)吊艙5，其中飛行控制系統(tǒng)4與GPS測(cè)量?jī)x
6、氣壓高度計(jì)7、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊8、舵機(jī)控制模塊9和機(jī)載第一通訊模塊10連接。陀螺增穩(wěn)吊艙5上設(shè)有三維激光掃描儀13、大容量信息存儲(chǔ)單元14，可見(jiàn)光照相機(jī)11和可見(jiàn)光攝像機(jī)12 ;陀螺增穩(wěn)吊艙5通過(guò)第二通訊模塊15與地面測(cè)控中心2通信，將機(jī)載視頻和吊艙工作狀態(tài)實(shí)時(shí)傳回地面控制中心2，可見(jiàn)光視頻使地面站操作人員實(shí)時(shí)了解飛機(jī)飛行狀態(tài)和飛機(jī)前方狀態(tài)，起到導(dǎo)引飛機(jī)飛行的作用?？梢?jiàn)光照相機(jī)11執(zhí)行定時(shí)拍照功能，三維激光掃描儀13執(zhí)行連續(xù)的掃描工作，并將掃描數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量信息存儲(chǔ)單元14中，并可通過(guò)機(jī)載第二通訊模塊15送回地面測(cè)控中心2。地面測(cè)控中心2包括地面第一通訊模塊16、地面第二通訊模塊18、地面控制計(jì)算機(jī)17、地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)19和數(shù)據(jù)計(jì)算中心20。地面控制計(jì)算機(jī)17通過(guò)地面第一通訊模塊16實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行控制系統(tǒng)4遙測(cè)信息的采集和遙控指令的發(fā)送；地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)19通過(guò)地面第二通訊模塊18實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載視頻的下傳接收，并對(duì)視頻進(jìn)行本地存儲(chǔ)和管理。數(shù)據(jù)計(jì)算中心20負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)載三維激光掃描儀13獲得的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理計(jì)算。如上所述，對(duì)具體實(shí)施方式
進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒(méi)有脫離本實(shí)用新型的實(shí)用新型點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，這樣的變形例也全部包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，它包括固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體和與之通信并控制飛行狀態(tài)、處理檢測(cè)信息的地面測(cè)控中心，其特征是，所述固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體上搭載有飛行控制系統(tǒng)和陀螺增穩(wěn)吊艙，兩者間相互通信；其中飛行控制系統(tǒng)通過(guò)機(jī)載第一通訊模塊與地面測(cè)控中心通信；在陀螺增穩(wěn)吊艙上設(shè)有成像裝置與三維激光掃描儀，成像裝置與三維激光掃描儀通過(guò)機(jī)載第二通訊模塊與地面測(cè)控中心通信。
2.如權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述地面測(cè)控中心設(shè)有地面控制計(jì)算機(jī)和地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)，分別與機(jī)載第一通訊模塊和機(jī)載第二通訊模塊通信。
3.如權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述飛行控制系統(tǒng)還包括GPS測(cè)量?jī)x、氣壓高度計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊、舵機(jī)控制模塊，它們通過(guò)機(jī)載第一通訊模塊與地面測(cè)控中心通信。
4.如權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述成像裝置包括可見(jiàn)光照相機(jī)、可見(jiàn)光攝像機(jī)。
5.如權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述陀螺增穩(wěn)吊艙還設(shè)有大容量信息存儲(chǔ)單元。
6.如權(quán)利要求2所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述地面控制計(jì)算機(jī)通過(guò)地面第一通訊模塊與機(jī)載第一通訊模塊通信。
7.如權(quán)利要求2所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)則通過(guò)地面第二通訊模塊與機(jī)載第二通訊模塊通信。
8.如權(quán)利要求7所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述地面檢測(cè)計(jì)算機(jī)還與數(shù)據(jù)計(jì)算中心通信。
9.如權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述飛行控制系統(tǒng)通過(guò)RS422接口與陀螺增穩(wěn)吊艙通信。
10.如權(quán)利要求I或2或3或6或7所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，其特征是，所述機(jī)載第一、第二通訊模塊以及地面第一、第二通訊模塊均為COFDM編碼正交頻分復(fù)用無(wú)線通信裝置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于三維激光掃描系統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，它包括固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體和與之通信并控制飛行狀態(tài)、處理檢測(cè)信息的地面測(cè)控中心，所述固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體上搭載有飛行控制系統(tǒng)和陀螺增穩(wěn)吊艙，兩者間相互通信；其中飛行控制系統(tǒng)通過(guò)機(jī)載第一通訊模塊與地面測(cè)控中心通信；在陀螺增穩(wěn)吊艙上設(shè)有成像裝置與三維激光掃描儀，成像裝置與三維激光掃描儀通過(guò)機(jī)載第二通訊模塊與地面測(cè)控中心通信。本實(shí)用新型既可降低三維激光掃描儀的使用成本，又可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大范圍的檢測(cè)，從而豐富固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)檢測(cè)手段，提高常規(guī)固定翼無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)的檢測(cè)效率和檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)B64D47/08GK202494924SQ20122006361
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者劉俍, 王濱海, 王騫, 鄭天茹, 陳西廣 申請(qǐng)人:山東電力研究院