技术领域
[0001] 本
发明涉及电力系统自动化专业领域，特别涉及一种电力输电线路自动巡检系统及方法。
背景技术
[0002] 电力输电线路巡检是
电网企业的一项主要工作，通过定期或者不定期地对输电线路的杆塔、绝缘子、
导线电缆等部件外观(杆塔倾斜或者塌陷、绝缘子破损、导线电缆断股等)和周边环境(树障、
鸟窝、覆
冰等)的检查，发现影响输电线路安全运行的
缺陷并及时处理，来保障电力系统的安全稳定运行。目前，电网企业使用无人机对电力输电线路巡检已经越来越普遍，为减少人力起到了重要的作用。
[0003] 但是，无人机巡检电力输电线路仍然面临一些问题，最主要的就是无人机的续航能力无法满足长距离输电线路巡检的要求，目前采用的方法主要是通过人工或者车载或者
直升机的方式搭载无人机至巡检线路处，人工操作无人机对一定区域内进行巡检，通过观察无人机传回的画面对电力输电线路进行人工观察，在续航电量不足的时候又采取更换
电池的方法来让无人机保持续航能力。这种人工搭载无人机、人工操作无人机，通过无人机人工观察检查来开展电力输电线路巡检的方法效率较低，对开展巡检的人员素质要求较高。
[0004] 本发明提供一种使用微型无人机群自动巡检电力输电线路的方法来最大限度地降低人力成本，提高无人机巡检电力输电线路的效率。
发明内容
[0005] 本
申请提供了一种电力输电线路自动巡检系统及方法，以解决
现有技术中通过无人机人工观察检查来开展电力输电线路巡检的方法效率较低，对开展巡检的人员素质要求较高的问题，并且本申请最大限度地降低人力成本，提高无人机巡检电力输电线路的效率，与现有技术相比，具有极大的优势。
[0006] 本申请提供了一种电力输电线路自动巡检方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一：巡检控制中心把年度/季度/月度巡检计划下发至区域内各条输电线路的所有边缘控制平台；
[0008] 步骤二：各个边缘控制平台根据自己微型无人机群的状态按照巡检计划要求制定本地化的巡检策略，并向巡检控制中心上报备案；
[0009] 步骤三：在所述巡检策略制定的巡检作业日，在微型无人机群
起飞前的一定时间内，根据边缘控制平台采集到的气象数据对制定的巡检策略进行校验，确定当前的气象条件是否允许微型无人机群起飞作业；若不允许，则放弃本次作业计划，并由边缘控制平台重新制定巡检策略后再执行；若允许，则平台在计划时刻下达开始巡检作业的命令；
[0010] 步骤四：微型无人机群按照巡检策略的分组起飞并执行巡检作业，按照各自分组预定的飞行路线自动巡航，对各自分组确定的巡检目标进行图像视频的采集，边缘控制平台在无人机作业的过程中对无人机的飞行轨迹和状态进行监控；
[0011] 步骤五：在巡检过程中，若有无人机出现工作异常的情况，边缘控制平台需安排备用无人机前往作业现场接替异常无人机巡检，并要求异常无人机返航；
[0012] 步骤六：微型无人机在完成各自的巡检作业后自动返回边缘控制平台，在固定机位降落后进行充电、飞控系统检查及维护，同时通过数据传输
接口将采集的巡检图像视频传送给边缘控制平台；
[0013] 步骤七：边缘控制平台读取巡检图像视频后，使用
图像识别技术对巡检目标的缺陷情况进行分析；
[0014] 步骤八：若发现缺陷，根据缺陷特征与缺陷特征
数据库进行对比，确定缺陷等级；边缘控制平台及时上报缺陷情况至巡检控制中心；
[0015] 步骤九：边缘控制平台汇总各组无人机巡检结果并生成巡检报告，按巡检计划要求定期上报至巡检控制中心。
[0016] 进一步地，所述制定本地化的巡检策略具体包括：
[0017] 将所述巡检计划分解到日和小时的级别，确定不同时段内的巡检目标杆塔和线路；同时对微型无人机群进行分组，确定每组执行无人机的备用机；并确定各组无人机巡检时的飞行路线。
[0018] 进一步地，若所述使用图像识别技术后未发现缺陷，则边缘控制平台在汇总各组微型无人机巡检结果后，生成本期巡检报告，按要求定期上报巡检控制中心。
[0019] 一种电力输电线路自动巡检系统，由微型无人机群、边缘控制台、巡检控制中心组成，其中，巡检控制中心向边缘控制台下达巡检计划，边缘控制台根据所述巡检计划制定微型无人机群巡检策略，微型无人机群按巡检策略分组执行检查，微型无人机群完成检查任务后，返回边缘控制平台并传输巡检数据，边缘控制平台读取巡检数据，并识别巡检目标的缺陷情况，同时将缺陷情况上报巡检控制中心，生成巡检报告。
[0020] 进一步地，所述微型无人机群，由特定规格的无人机搭载图像视频采集装置和存储设备组成，接受边缘控制平台的控制命令，无人机可以根据巡检对象读取
指定的导航线路，并根据该路线自动巡航并对巡检对象进行图像视频的采集工作；根据巡检对象的不同和微型无人机的状态，巡检前把微型无人机分为四组，每组均有备用无人机待命，在本组无人机出现异常或者电量不足时由备用无人机接替其开展工作。
[0021] 进一步地，所述微型无人机群，进行杆塔巡检组，负责对杆塔外观、接地、塔基倾斜情况进行检查，自动巡航路线为
自下而上、围绕杆塔螺旋式盘旋飞行；进行绝缘子巡检组，负责对绝缘子串的破损和污秽情况进行检查，自动巡航路线为依次对三相绝缘子串进行自下而上的螺旋式盘旋飞行；进行输电导线巡检组，负责对电缆破损或者断股、弧垂及相连金具的情况进行检查，自动巡航路线以当
前杆塔为起点，前、后两
座杆塔为终点，在保持安全带电距离的情况下沿输电电缆进行折返飞行；进行环境巡检组，负责对输电线路周边树障、鸟窝、覆冰等情况进行检查，自动巡航路线以当前杆塔为起点，前、后两座杆塔为终点，分别在输电线路的正上方和左右两侧能够采集全景图像的
位置进行
悬停飞行。
[0022] 进一步地，所述边缘控制平台包括；边缘计算处理器：边缘控制平台的核心模
块，协调各模块的工作，负责平台所有计算、分析和控制功能的处理和实现；
[0023] 通信模块：通过无线网络实现边缘控制平台与巡检控制中心的通信，提供巡检过程中边缘控制平台与微型无人机群间监视控制的通信链路；
[0024] 光伏逆变器：将
光伏发电转化为满足平台供
电能力的电能；
[0025] 平台供电模块：从光伏逆变器和储能模块处获取电能，并且为边缘控制平台的运行提供电能；
[0026] 储能模块：将光伏发电的剩余电量进行存储，为边缘控制平台的运行和微型无人机群的充电提供电能；
[0027] 环境
数据采集模块：对边缘控制平台安装处的
温度、湿度、降
水量、
风速等气象情况进行采集，供平台在制定与微型无人机群飞行控制、巡检线路、巡检内容和频次等相关巡检策略时进行参考；
[0028] 数据存储模块：负责平台与微型无人机之间巡检图像视频数据的读写与存储；
[0029] 无人机飞行控
制模块：负责微型无人机群在巡检飞行过程中的监视与自动控制；
[0030] 无人机群巡检管理模块：负责微型无人机群分组、后备无人机管理、根据巡检计划和平台实际情况制定详细的巡检策略、微型无人机巡检路线制定、巡检记录等；
[0031] 无人机BMS及维护模块：负责微型无人机群的电池管理、根据巡检策略制定并实施无人机的充电计划、对无人机群的电池寿命及使用情况进行监视，同时负责巡检作业完成后无人机的维护和检查；
[0032] 缺陷智能识别模块：对微型无人机群巡检输电线路的图像视频数据进行智能识别，并与其内置的缺陷数据库进行比对和分析，得出巡检结论和缺陷报告。
[0033] 进一步地，所述边缘控制平台安装在输电线路
铁塔的底部，以边缘控制平台为圆心，微型无人机巡航半径画圆，所
覆盖的输电线路和杆塔就是该边缘控制平台的巡检辖区，以此类推对边缘控制平台进行沿线部署，直到覆盖整条输电线路；所述边缘控制平台配备具有极端环境耐受能力的免维护
外壳，耐候性-40℃至80℃、就地保护防护等级为IP67、防
腐蚀、防振动、抗跌落，电磁兼容性能为工频
电场强度19kV/m、工频
磁场强度1130μT；
[0034] 所述外壳上覆盖光伏发电电池板，用于光伏发电用来给平台供电和微型无人机充电使用；
[0035] 边缘控制平台
正面设有可开合的防护罩，在起飞和降落微型无人机时开启，其他时刻关闭；
[0036] 边缘控制平台内设有搭载微型无人机群的机库，每架微型无人机都有固定的机位，支持微型无人机的停放、充电、维护，提供微型无人机与边缘控制平台的数据读写与存储。
[0037] 进一步地，所述边缘控制平台，搭载微型无人机群，实现对微型无人机的存放、充电、维护，提供微型无人机群与边缘控制平台间存储数据的读取接口；实现微型无人机群巡检管理，根据区域巡检控制中心下发的巡检计划，边缘控制平台综合考虑气象、微型无人机群状态等因素，灵活自主地对制定所辖杆塔范围内的巡检策略，包括：微型无人机群分组及备用、微型无人机巡检飞行路线制定及校验、巡检任务分解及下达；微型无人机的飞行控制，负责微型无人机群在巡检飞行过程中的自动控制和监视，对无人机群下达飞行控制命令，并实时对无人机群的飞行轨迹和无人机状态特别是剩余电量进行监视，对于飞行异常或者电量不足的无人机及时安排备用机进行替换，保证巡检工作的有序进行；巡检数据分析及缺陷确认，对微型无人机群采集的输电线路图像视频数据进行智能分析，与数据库中的缺陷特征进行比对，确认缺陷并生成巡检报告；实现与巡检控制中心的高效通信，最大程度减少与中心的通信频次和数据量，除了获取中心下发的巡检计划，并上报备案自主制定的巡检策略外，仅定时向中心上报正常的巡检报告，当巡检发现缺陷时则需及时向中心上报。
[0038] 进一步地，所述巡检控制中心，制定电网区域内各条输电线路的巡检计划并下发至各个边缘控制平台，同时接收边缘控制平台上报的巡检策略、巡检结论及缺陷报告，对边缘控制平台的告警
信号和异常情况进行监视。
[0039] 本申请的有益效果：
[0040] 1.与本申请相近的传统技术方案使用直升机搭载无人机群进行巡检，除了直升机和大型无人机外需要操作直升机和操作无人机群的人工参与巡检工作，人力和物力成本较高。而本发明采用微型无人机群自动巡检的方式，实现无人巡检的同时，相较于使用大型无人机还可以节省巡检成本。
[0041] 2.与本申请相近的传统技术方案在使用无人机进行巡检的过程中，对于发现的缺陷需要人工观察确认。而本发明借助具有边缘计算能力的搭载微型无人机的边缘控制平台，可以实现对无人机群巡检数据的分析和处理，自动确认巡检结果，并向巡检指挥中心进行反馈。
[0042] 3.本发明的边缘控制平台就地安装在输电线路杆塔处，采用IP67防护等级的免维护外壳设计，同时使用光伏板为控制平台和微型无人机供能，绿色节能且维护成本低。
[0043] 4.与本申请相近的传统技术方案的无人机母舰或者移动平台只具备简单的任务分解和无人机群控制功能，而本发明的边缘控制平台对于无人机的搭载和控制只是其中一个基本功能，由于具备边缘计算能力，所以本法发明提出的类似平台可以实现较复杂的智能分析和识别。
[0044] 5.与本申请相近的传统技术方案使用的无人机群相比，本方案的无人机群为微型无人机组成，具有成本低、体积小、效率高、灵活的优点，并且针对不同的作业目标，提出了机群的分组方案，使得无人机群间高效地分工协作。
[0045] 6.与本申请相近的传统技术方案提出的技术路线不适用于电力线路的巡检，本发明的技术方案是专
门为电力线路巡检提出的，具有很强的专业适应性。
附图说明
[0046] 为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对
实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047] 图1为本申请一种电力输电线路自动巡检系统的架构示意图；
[0048] 图2为本申请一种电力输电线路自动巡检方法的
流程图；
[0049] 图3为本申请一种电力输电线路自动巡检系统中边缘控制台的结构示意图；
[0050] 图4为本申请一种电力输电线路自动巡检系统中边缘控制台的内部原理图；
[0051] 图5为本申请一种电力输电线路自动巡检系统中边缘控制平台的安装位置图；
[0052] 图6为本申请一种电力输电线路自动巡检系统中边缘控制平台的部署图。
[0053] 其中，1-平台外壳，2-光伏发电电池板，3-防护罩，4-搭载微型无人机群的机库。
具体实施方式
[0054] 如图2所示，本申请实施例提供了一种电力输电线路自动巡检方法，包括以下步骤：
[0055] 步骤一：巡检控制中心把年度/季度/月度巡检计划下发至区域内各条输电线路的所有边缘控制平台；
[0056] 步骤二：各个边缘控制平台根据自己微型无人机群的状态按照巡检计划要求制定本地化的巡检策略，并向巡检控制中心上报备案；
[0057] 步骤三：在所述巡检策略制定的巡检作业日，本例在微型无人机群起飞前的60分钟、30分钟和15分钟时，根据边缘控制平台采集到的气象数据对制定的巡检策略进行校验，确定当前的气象条件是否允许微型无人机群起飞作业；若不允许，则放弃本次作业计划，并由边缘控制平台重新制定巡检策略后再执行；若允许，则平台在计划时刻下达开始巡检作业的命令；
[0058] 步骤四：微型无人机群按照巡检策略的分组起飞并执行巡检作业，按照各自分组预定的飞行路线自动巡航，对各自分组确定的巡检目标进行图像视频的采集，边缘控制平台在无人机作业的过程中对无人机的飞行轨迹和状态进行监控；
[0059] 步骤五：在巡检过程中，若有无人机出现工作异常的情况，边缘控制平台需安排备用无人机前往作业现场接替异常无人机巡检，并要求异常无人机返航；
[0060] 步骤六：微型无人机在完成各自的巡检作业后自动返回边缘控制平台，在固定机位降落后进行充电、飞控系统检查及维护，同时通过数据传输接口将采集的巡检图像视频传送给边缘控制平台；
[0061] 步骤七：边缘控制平台读取巡检图像视频后，使用图像识别技术对巡检目标的缺陷情况进行分析；
[0062] 步骤八：若发现缺陷，根据缺陷特征与缺陷特征数据库进行对比，确定缺陷等级；边缘控制平台及时上报缺陷情况至巡检控制中心；
[0063] 步骤九：边缘控制平台汇总各组无人机巡检结果并生成巡检报告，按巡检计划要求定期上报至巡检控制中心。
[0064] 进一步地，所述制定本地化的巡检策略具体包括：
[0065] 将所述巡检计划分解到日和小时的级别，确定不同时段内的巡检目标杆塔和线路；同时对微型无人机群进行分组，确定每组执行无人机的备用机；并确定各组无人机巡检时的飞行路线。
[0066] 进一步地，若所述使用图像识别技术后未发现缺陷，则边缘控制平台在汇总各组微型无人机巡检结果后，生成本期巡检报告，按要求定期上报巡检控制中心。
[0067] 一种电力输电线路自动巡检系统，如图1所示，由微型无人机群、边缘控制台、巡检控制中心组成，其中，巡检控制中心向边缘控制台下达巡检计划，边缘控制台根据所述巡检计划制定微型无人机群巡检策略，微型无人机群按巡检策略分组执行检查，微型无人机群完成检查任务后，返回边缘控制平台并传输巡检数据，边缘控制平台读取巡检数据，并识别巡检目标的缺陷情况，同时将缺陷情况上报巡检控制中心，生成巡检报告。
[0068] 进一步地，所述微型无人机群，本例由直径小于15cm、重量小于1000g、续航半径5km、续航时间40至60分钟的无人机搭载图像视频采集装置和存储设备组成，接受边缘控制平台的控制命令，无人机可以根据巡检对象读取指定的导航线路，并根据该路线自动巡航并对巡检对象进行图像视频的采集工作；根据巡检对象的不同和微型无人机的状态，巡检前把微型无人机分为四组，每组均有备用无人机待命，在本组无人机出现异常或者电量不足时由备用无人机接替其开展工作；本例1个微型无人机群由8架无人机组成，每2架为1组，共4组。
[0069] 进一步地，所述微型无人机群，进行杆塔巡检组，负责对杆塔外观、接地、塔基倾斜情况进行检查，自动巡航路线为自下而上、围绕杆塔螺旋式盘旋飞行；进行绝缘子巡检组，负责对绝缘子串的破损和污秽情况进行检查，自动巡航路线为依次对三相绝缘子串进行自下而上的螺旋式盘旋飞行；进行输电导线巡检组，负责对电缆破损或者断股、弧垂及相连金具的情况进行检查，自动巡航路线以当前杆塔为起点，前、后两座杆塔为终点，在保持安全带电距离的情况下沿输电电缆进行折返飞行；进行环境巡检组，负责对输电线路周边树障、鸟窝、覆冰等情况进行检查，自动巡航路线以当前杆塔为起点，前、后两座杆塔为终点，分别在输电线路的正上方和左右两侧能够采集全景图像的位置进行悬停飞行。
[0070] 进一步地，如图4所示，所述边缘控制平台包括；边缘计算处理器：边缘控制平台的核心模块，协调各模块的工作，负责平台所有计算、分析和控制功能的处理和实现；
[0071] 通信模块：通过无线网络实现边缘控制平台与巡检控制中心的通信，提供巡检过程中边缘控制平台与微型无人机群间监视控制的通信链路；
[0072] 光伏逆变器：将光伏发电转化为满足平台供电能力的电能；
[0073] 平台供电模块：从光伏逆变器和储能模块处获取电能，并且为边缘控制平台的运行提供电能；
[0074] 储能模块：将光伏发电的剩余电量进行存储，为边缘控制平台的运行和微型无人机群的充电提供电能；
[0075] 环境数据采集模块：对边缘控制平台安装处的温度、湿度、降水量、风速等气象情况进行采集，供平台在制定与微型无人机群飞行控制、巡检线路、巡检内容和频次等相关巡检策略时进行参考；
[0076] 数据存储模块：负责平台与微型无人机之间巡检图像视频数据的读写与存储；
[0077] 无人机飞行
控制模块：负责微型无人机群在巡检飞行过程中的监视与自动控制；
[0078] 无人机群巡检管理模块：负责微型无人机群分组、后备无人机管理、根据巡检计划和平台实际情况制定详细的巡检策略、微型无人机巡检路线制定、巡检记录等；
[0079] 无人机BMS及维护模块：负责微型无人机群的电池管理、根据巡检策略制定并实施无人机的充电计划、对无人机群的电池寿命及使用情况进行监视，同时负责巡检作业完成后无人机的维护和检查；
[0080] 缺陷智能识别模块：对微型无人机群巡检输电线路的图像视频数据进行智能识别，并与其内置的缺陷数据库进行比对和分析，得出巡检结论和缺陷报告。
[0081] 进一步地，如图5所示，所述边缘控制平台安装在输电线路铁塔的底部，如图6所示，以边缘控制平台为圆心，微型无人机巡航半径画圆，所覆盖的输电线路和杆塔就是该边缘控制平台的巡检辖区，以此类推对边缘控制平台进行沿线部署，直到覆盖整条输电线路；如图3所示，所述边缘控制平台配备具有极端环境耐受能力的免维护外壳1，耐候性-40℃至
80℃、就地保护防护等级为IP67、防腐蚀、防振动、抗跌落，电磁兼容性能为工频电场强度
19kV/m、工频磁场强度1130μT；
[0082] 所述外壳上覆盖光伏发电电池板2，用于光伏发电用来给平台供电和微型无人机充电使用；
[0083] 边缘控制平台正面设有可开合的防护罩3，在起飞和降落微型无人机时开启，其他时刻关闭；
[0084] 边缘控制平台内设有搭载微型无人机群的机库4，每架微型无人机都有固定的机位，支持8架微型无人机的停放、充电、维护，提供微型无人机与边缘控制平台的数据读写与存储。
[0085] 进一步地，所述边缘控制平台，搭载微型无人机群，实现对微型无人机的存放、充电、维护，提供微型无人机群与边缘控制平台间存储数据的读取接口；实现微型无人机群巡检管理，根据区域巡检控制中心下发的巡检计划，边缘控制平台综合考虑气象、微型无人机群状态等因素，灵活自主地对制定所辖杆塔范围内的巡检策略，包括：微型无人机群分组及备用、微型无人机巡检飞行路线制定及校验、巡检任务分解及下达；微型无人机的飞行控制，负责微型无人机群在巡检飞行过程中的自动控制和监视，对无人机群下达飞行控制命令，并实时对无人机群的飞行轨迹和无人机状态特别是剩余电量进行监视，对于飞行异常或者电量不足的无人机及时安排备用机进行替换，保证巡检工作的有序进行；巡检数据分析及缺陷确认，对微型无人机群采集的输电线路图像视频数据进行智能分析，与数据库中的缺陷特征进行比对，确认缺陷并生成巡检报告；实现与巡检控制中心的高效通信，最大程度减少与中心的通信频次和数据量，除了获取中心下发的巡检计划，并上报备案自主制定的巡检策略外，仅定时向中心上报正常的巡检报告，当巡检发现缺陷时则需及时向中心上报。
[0086] 进一步地，所述巡检控制中心，制定电网区域内各条输电线路的巡检计划并下发至各个边缘控制平台，同时接收边缘控制平台上报的巡检策略、巡检结论及缺陷报告，对边缘控制平台的告警信号和异常情况进行监视。
[0087] 本领域技术人员在考虑
说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的
权利要求指出。
[0088] 应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种
修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
