输电线路无人机巡检系统的设计

输电线路无人机巡检系统的设计郭昊坤【摘要】为保证电力系统正常运行，必须对电网输电线路进行监测和巡检.设计一种输电线路无人机巡检系统，该系统由一个移动监测站、数个无人机飞行器以及后台上位机构成.该系统具有机动灵活、稳定性好、便于操控、传输实时准确等特点.系统通过自动导航或者人工定向控制的方法使用相机、红外设备等对输电线路进行信息采集，并实时传输到移动监测站及后台上位机.技术人员可以实时掌握输电线路的运行情况，及时排除运行缺陷及安全隐患.【期刊名称】《常州工学院学报》【年(卷)，期】2018(031)004【总页数】4页(P44-47)【关键词】电力系统;正常运行;输电线路;巡检系统;无人飞行器【作者】郭昊坤【作者单位】江阴职业技术学院电子信息工程系江苏无锡214405【正文语种】中文【中图分类】TM755为保证电力系统正常运行，必须对电网输电线路进行监测与巡检［1-6］。然而在一些自然条件相对恶劣的地区，如峡谷、大山、森林、大河、沼泽、湿地等，若采用人工巡检的方式，对工作人员来说工作强度大、条件差、效率低且存在较大安全隐患［7］。近年来，为提高输电线路的巡检效率，多数供电公司对自然条件恶劣、不适合人工巡检的区段采用了无人机巡检的方法，收到了较好的效果［8-10］。本文设计了一种输电线路无人机巡检系统，该系统由一个移动监测站、数个无人机飞行器以及后台上位机构成，具有机动灵活、稳定性好、便于操控、传输实时准确等特点。1总体方案设计输电线路无人机巡检系统组成主要包含两大部分：多旋翼无人飞行器系统(unmannedmulti-rotorsystem，UMRS)和地面站系统(groundstationsystem，GSS)。该系统组成如图1所示［11］。本文所设计的输电线路无人机巡检系统，将地面站系统改为移动监测站系统，移动监测站根据实际情况分为地面移动监测站与空中移动监测站两种。另外，还设置了后台上位机系统，以便后台工作人员也能及时了解现场情况，并对现场工作人员难以决断的复杂问题及时提供解决方案。图1无人机巡检系统的一般组成结构2无人机系统设计巡检无人机可用多螺旋桨飞行器控制装置来实现，该装置由飞行控制模块、电机调速模块、无线通信模块、传感器模块和实时拍摄模块构成，其组成框图如图2所示。无线通信模块即为GPRS通信模块。实时拍摄模块为一台带有无线传输功能的高清摄像机。主控芯片负责飞行控制的相关运算，统筹管理硬件资源。协处理器采负责传感器设备的管理与数据采集。飞行控制过程中需要多种传感器的实时参数，陀螺仪为系统提供姿态参数，加速度传感器提供加速度参数，高度计向系统反馈飞行高度，GPS装置提供导航或轨迹飞行服务。协处理器STM32F103预留SPI或者I2C接口以便接入更多的传感器。该无人机工作流程如下：地面遥控站发送无线控制信号，无线通信模块接收到信号后将数据传送到飞行控制模块，主控制芯片对来自协处理器的传感器信息进行计算处理，然后输出控制信号到电机调速模块，控制电机的转速。协处理器不断接收来自传感器模块的数据，并对数据进行初步处理，而后将数据发送到主控制芯片，协处理器还负责系统开机时传感模块的初始化。实时拍摄模块将拍摄到的信息传输到主控制芯片，主控制芯片将相关信息传送给无线控制模块，无线控制模块再将其发送到地面或空中移动监测站。图2巡检无人机组成框图3系统运行本输电线路无人机巡检系统，由一个移动监测站、数个无人机飞行器以及后台上位机构成。其中移动监测站可以根据检测地点的位置分为地面移动监测站或空中移动监测站。一般情况下，考虑到节约成本等问题，多采用地面移动监测站。在某些自然条件特殊的情况下，考虑到安全方便等问题，采用空中移动监测站。图3即为采用地面移动监测站的输电线路无人机巡检系统整体运行示意图。如图所示，无人机飞行器在相关移动监测站周围输电线路上进行巡检，把图像等相关数据通过GPRS通信传输到移动监测站，移动监测站上的工作人员据此查找输电线路所存在的缺陷并进行应急处理，同时将图像等相关数据通过数传电台传输到供电公司或相关部门的后台上位机上，以便后台工作人员及时监测，在遇到现场不能处理的复杂情况时，还可由后台专家及时给出处理方案。系统所保存的相关数据可为工作人员检修设备提供真实全面的现场资料和缺陷信息，也可为后续研究提供基础数据。无人机巡检系统通信设备组合如图4所示。后台上位机功能结构组成框图如图5所示。图3系统整体运行示意图图4系统通信设备构成图5后台上位机功能结构框图4结语为了便于对自然条件恶劣地区的输电线路进行监测与巡检，设计一种无人机巡检系统。该系统由一个移动监测站、数个无人机飞行器以及后台上位机构成，其中移动监测站可根据检测地点需要选用地面移动监测站或空中移动监测站。该系统通过自动导航或者人工定向控制的方法使用相机、红外设备等对输电线路进行信息采集，并实时传输到移动监测站及后台上位机，技术人员可以方便地掌握输电线路的运行情况，及时排除运行缺陷及安全隐患。系统保存的相关数据可为工作人员检修设备提供真实全面的现场资料和缺陷信息，也可为后续研究提供基础数据。［参考文献］【相关文献】［1］钟运平,程小华,戴栋,等.基于ZigBee技术输电线路在线监测系统的研究［J］.电测与仪表,2013,50(5):105-109.［2］郭昊坤，吴军基.高压输电线路环境气象监测装置的研究与设计［J］.电力学报,2017,32(4):318-322.［3］郭昊坤，吴军基.基于物联网的输电线路动态增容监测系统设计［J］.电力信息与通信技术,2017,15(8):37-42.［4］龚坚刚.架空输电线路动态增容研究［J］.华东电力,2005,33(7):27-29.［5］郭昊坤，衡思坤,应展烽，等.架空输电线路导线舞动在线监测系统研究［J］.科学技术与工程,2012,12(14):3464-3466,3474.［6］郭昊坤，衡思坤，应展烽,等.输电线路动态增容在线监测装置研究［J］.电力学报,2012,27(5):459-462.［7］郑武略，张富春，焦炯，等.多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用［J］.中国电业(技术版),2016(4):70-73.［8］吴维农，杜海波,袁野,等.输电线路无人机巡检实时通信技术研究［J］.中国电力,2016,49(10):111-113,118.［9］郑天茹，孙立民,娄婷婷，等.无人机巡检带电导线的电场测量避障方法［J］.山东电力技术,201