小型固定翼无人机电力巡线系统精简.docx
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小型固定翼无人机电力巡线系统精简
小型固定翼无人机电力巡线系统精简(总9页)
小型固定翼无人机电力巡线系统
实施方案
西安金源电气股份有限公司
二零一三年十一月
1、概述2
2、无人机巡线系统4
2.1无人机平台4
2.1.1无人机技术参数:
5
2.1.2无人机巡线的主要性能6
2.2全谱段的实时遥测遥感系统8
采用彼岸公司的3X-H可见光+红外双摄像头光学吊舱,具体技术参数如下:
8
2.3信息处理系统9
2.3.1飞行控制系统9
2.3.2任务生成系统(根据搭载任务设备而定)9
2.3.3信息传输系统9
2.3.4数据采集系统(根据搭载任务设备而定)10
2.3.5数据分析系统(根据搭载任务设备而定)10
2.3.6数据库(根据搭载任务设备而定)10
3.技术方案11
3.1任务载荷安装11
3.2电力供应12
3.3动力部分12
3.4起飞降落方式12
3.5地面控制站12
3.5.1指挥中心13
3.5.2机动测控站14
3.5.3单收设备14
3.5.4检测维修车15
3.5.5飞机运输车16
3.6技术接口16
3.6.1机械接口16
3.6.2电气接口17
3.6.3信息交换内容及格式17
3.7安全措施17
3.8系统维护与人员培训18
4.产品提供18
4.1本项目由西安金源电气股份有限公司统一计划实施管理。
并负责完成:
18
4.1.1无人机系统通电检查与接口18
4.1.2提供无人巡查系统使用及维护大纲18
4.1.3提供无人机操作人员培训,并负责首次任务执行。
18
4.2需求方负责产品接收准则的确认,包括:
18
5.生产周期18
附表
1、概述
随着输电电压等级的不断提高,输电线路的巡线作业对维护区域电网的安全、稳定、高效运行越来越重要,也是电网运行的当务之急。
输电线路跨区域分布,点多面广,所处地形复杂,自然环境恶劣,输电线路设备长期暴露在野外,受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、覆冰以及人为因素的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象,这些情况必须及时得到修复或更换。
绝缘子还存在被雷击损伤、树木生长引起高压放电以及绝缘劣化而导致输电线路事故,杆塔存在被偷盗等意外事件,必须及时处理。
传统的人工巡线方法不仅工作量大而且条件艰苦,特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查,以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查,所花时间长、人力成本高、困难大,某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。
无人机(unmannedaerialvehicle,UAV)是一种先进的无人驾驶自行飞行器。
无人机电力巡线系统是一个复杂的集航空、电力、电子、气象、遥测遥感、通信、地理信息(GIS)、图像识别、信息处理的一体系统,涉及飞行控制技术、机体稳定控制技术、数据链通讯技术、现代导航技术、机载遥测遥感技术、快速对焦摄像技术以及故障诊断等多个高尖技术领域。
现代无人机具备高空、远距离、快速、自行作业的能力,可以穿越高山、河流对输电线路进行快速巡线,对架空线的铁塔、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等进行全光谱的快速摄像和故障监测。
基于无人机电力巡线采集数据的专业分析,为电网管理和维护提供数据支持。
无人机作业可以大大提高电力维护和检修的速度和效率,使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成。
无人机作业还能使作业范围迅速扩大,而且不为污泥和雪地所困扰。
因此,无人机巡线方式无疑是一种安全、快速、高效、前途广阔的巡线方式。
在国外,机载遥感仪器巡线的试验研究工作最早的开始约在70年代初期,在不断改进后,每个被检出的故障耗资逐年递减,到1987年时耗资已为初始的一半还略低。
对接头检出结果分为四种情况,有微温、温、热和异常热,报告维修工程师,根据天气、负荷来确定检修的先后顺序。
我国的一些电力系统,也都进行了红外航测线路的试验研究,探索出不少经验,已取得一定成果。
根据国情而进行的地面检测研究,也正在有效地推进中。
无人机巡线工作是一种大量野外作业过程。
用无人机进行低空巡线,是一种高效的巡线过程。
它不仅能把部分野外的巡线作业转移到室内来做,还能把肉眼所难以发现的、处于萌芽状态的隐患(如:
温度升高,轻微放电等)通过红外、紫外成像显现出来。
为了提高低空巡线作业效率,整个作业过程可分为二步进行:
长距离线路普查
短距离线路详查
前者主要是利用红外、紫外和可见光遥感设备检查线路有否异常点,后者则利用飞行器在异常点上空多个角度的倾斜摄影,以便管理部门做出决策。
2、无人机巡线系统
无人机电力巡线系统主要由五部分组成:
Ø低空、低速、长航行距离、长航行时间的先进无人机平台系统
Ø包含红外、可见光至紫外的全谱段的实时遥感系统
Ø微型气象数据采集平台
Ø陀螺稳定平台
Ø信息处理系统
2.1无人机平台
该方案的无人机平台包括1架JY-UAV-10型小型固定翼无人机以及地面控制系统。
其中无人机的组成如图1所示:
主要包括无人机机体、机载导航飞控系统、机载电源、机载通讯设备等。
图2JY-UAV-10型无人机实拍图
2.1.1无人机技术参数:
无人机主要技术参数(按需方要求,可调整)
JY-UAV-10
飞机重量
18Kg
最大飞行速度
140km/h
巡航速度
75km/h
飞行半径
20Km
航行时间
1h
翼展
2.1m
机长
1m
控制半径
20Km
任务载荷能力
≤2kg
弹射器重量
15Kg
2.1.2无人机巡线的主要性能
(1)飞行控制距离
由于高压输电线路一般都在偏远地区,交通不便的地方,因此JY-UAV-10无人机控制距离在10KM以上。
控制半径在20Km,充分做到大范围的巡检工作。
在控制距离范围内,地面控制系统可以通过数据链对无人进行遥控,传递监测数据、气象数据和视频。
(2)起飞与降落
当起降的风速在每秒10米以下,风向夹角小于30°,环境温度在-40℃~+50℃范围内均能起飞。
JY-UAV-10型无人机采用弹射方式,可全自主起飞。
JY-UAV-10型无人机采用伞降回收方式,对环境没有特别限制,人工操作方便。
(3)飞行高度
飞行高度高于导线100M,JY-UAV-10型升限为20Km海高。
(4)飞行导航
无人机根据输电线路的地理信息坐标,具备GPS自主线路导航控制功能,使一条线路的巡线作业小于1个小时。
(5)机体稳定飞行控制
小型固定翼无人机飞行稳定,采用先进的飞行控制系统及自稳定能力的摄像云台、光学吊舱,可以选择安装CCD彩色摄像机、红外热像仪、紫外成像仪等摄像设备,具备摄像设备的自动控制摄像功能,便于拍摄地面线路杆塔的高分辨率航空图像。
(6)自动驾驶系统
无人机以自动巡航模式飞行为主;通过地面站并能够实时接收无人机飞行信息,发出飞控指令,能对无人机实施安全可靠的实时操作控制。
(6)线路杆塔自动跟踪识别及快速对焦成像技术
采用线路杆塔自动跟踪识别技术和快速对焦拍摄技术,可生成高清晰的地面杆塔、线路、绝缘子、金具、树林等可见、红外图像。
2.2全谱段的实时遥测遥感系统
采用我公司自行研制的可见光+红外双摄像头光学吊舱,具体技术参数如下:
2.3信息处理系统
信息处理系统主要由飞行控制系统、任务生成系统、信息传输系统、数据采集系统、数据分析系统以及数据库等组成。
2.3.1飞行控制系统
通过数传电台、GPS(全球定位系统)对无人机实现实时控制。
2.3.2任务生成系统(根据搭载任务设备而定)
根据输电线路的位置坐标和地理信息系统(GIS)软件生成数字航图,结合具体的巡线任务要求生成任务目标。
可根据需要安装CCD彩色摄像机、红外热像仪、紫外成像仪等摄像设备。
2.3.3信息传输系统
信息传输系统负责无人机和地面控制中心的控制指令、数据以及图像信息的传送。
地面通过2.4GHz无线传输信号实时与无人机实现链路,通过5.8GHz图传可把无人机在上空的图像实时下传,保证了无人机的安全性。
2.3.4数据采集系统(根据搭载任务设备而定)
采集输电线路走廊的气象数据、输电线路的可见光图像、红外图像、紫外图像、数码照片以及数据的方位坐标。
2.3.5数据分析系统(根据搭载任务设备而定)
在初步检测阶段,对每个故障分析单元的单幅图像进行分析处理,寻找疑似故障点,并计算该点(区域)的故障特征值,然后拼接当前故障分析单元的可见光和红外、紫外全景图,并利用拼接过程中各疑似故障点的SIFT特征描述符去除重复的疑似故障点。
在故障判决阶段,对初步检测到的疑似故障点,根据故障判决数据库中相应故障类型各个级别的阈值进行判决。
若该类型故障有历史数据判决规则,则根据历史数据判决规则。
对于重大缺陷及以上级别的故障,进行人工辅助判决,以保证判决的准确性。
最后将判决得到的故障点信息存储在故障信息数据库。
在各故障分析单元的可见光全景图上标示出杆塔信息(编号、GPS信息等)、故障点信息(故障类型、故障级别等),与故障信息一起存为单个单元的检测报告。
检测报告由故障信息数据和故障单元全景图组成。
在各单元的疑似故障点判决完成后,综合各单元的检测报告生成报表。
2.3.6数据库(根据搭载任务设备而定)
图像采集记录:
包括巡检任务日期、红外图像可见光图像、检测报告全景图像、杆塔等。
线路故障信息数据库:
用于记录故障历史信息,用户管理数据库提供软件的使用权限控制。
信息管理:
该模块的功能分为3个部分:
(1)故障信息查询功能。
使用原始信息的组织结构(如检测时间、线路号、杆塔号)及故障类型(如线缆间距故障、绝缘子故障)作为关键字,对故障信息进行查询。
(2)预设数据库修改功能。
在线路结构发生变化时(如增加线路)更新线路信息数据库,或根据线路实际情况修改判决标准数据库。
(3)用户权限管理功能。
提供信息访问的权限控制。
低空巡检系统信息处理软件能实现了对采集图像的高效分析处理,能够生成可视化检测报告和对线路故障信息进行查询、修改,为巡检系统产生的大量数据提供了可行的自动化处理方案。
。
图9运输车
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