輸電線路三維信息的智能巡檢方法及系統(tǒng)

[全]輸電線路三維信息的智能巡檢方法及系統(tǒng)隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力需求與依賴(lài)日趨增大，輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，直接影響著社會(huì)的安定與國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)作為一種新型、高效的巡檢模式被引入到日常的巡檢任務(wù)中，極大的提高了巡檢的工作效率與巡檢精度。但是目前無(wú)人機(jī)對(duì)輸電線路的巡檢任務(wù)依然主要是依靠人工操作來(lái)完成，工作人員通過(guò)地面站與遙控器實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)巡檢平臺(tái)的手動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度大且對(duì)工作人員的操作經(jīng)驗(yàn)、巡檢經(jīng)驗(yàn)要求較高，亟需智能化、自動(dòng)化的巡檢系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)輸電線路關(guān)鍵部件的智能化、自動(dòng)化巡檢，進(jìn)而推廣無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)在輸電線路巡檢領(lǐng)域中的應(yīng)用。在現(xiàn)有輸電線路自動(dòng)采集系統(tǒng)及方法中，山東省電力集團(tuán)電力科學(xué)研究院提出的基于視覺(jué)伺服的輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢云臺(tái)控制方法(ZL201210302421.0)與一種基于視覺(jué)伺服的桿塔圖像采集系統(tǒng)及其方法(ZL201510907466.7)，通過(guò)基于視覺(jué)的方法捕捉輸電線路及桿塔的關(guān)鍵部件，并結(jié)合視覺(jué)伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件的自動(dòng)采集。由于輸電線路處于空曠的自然環(huán)境中，視覺(jué)方法易受光照、天氣等因素的影響，導(dǎo)致關(guān)鍵部件定位精度降低，從而無(wú)法穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件信息的智能采集。航天圖景(北京)科技有限公司提出的線路巡檢標(biāo)準(zhǔn)化采集方法及系統(tǒng)(CN201510504379.4)，利用前期手控飛行及作業(yè)積累數(shù)據(jù)，設(shè)定無(wú)人機(jī)巡檢的航路數(shù)據(jù)及相機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)特定設(shè)備信息的定點(diǎn)、重復(fù)采集。該方法只能依賴(lài)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)巡檢工作，在執(zhí)行新的巡檢任務(wù)時(shí)，需要事先人工操作無(wú)人機(jī)巡檢平臺(tái)，獲取航跡數(shù)據(jù)、懸停GPS信息及相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息，有大量的重復(fù)性勞動(dòng)。而且，無(wú)人機(jī)戶(hù)外工作環(huán)境復(fù)雜，無(wú)人機(jī)平臺(tái)無(wú)法保證重復(fù)巡檢航路、GPS信息的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致采集信息失準(zhǔn)。問(wèn)題拆分獲取目標(biāo)對(duì)象三維數(shù)據(jù)，提取輸電線路目標(biāo)對(duì)象型號(hào)、位置信息和/或目標(biāo)對(duì)象的附屬部件信息；利用三維建模技術(shù)生成目標(biāo)對(duì)象或/和附屬部件的三維模型；根據(jù)各個(gè)目標(biāo)對(duì)象類(lèi)型信息，獲取其在三維空間中的局部坐標(biāo)信息，計(jì)算各個(gè)目標(biāo)對(duì)象中心的三維空間位置；確定安全巡檢作業(yè)距離，結(jié)合待檢測(cè)的部件三維空間位置，確定懸停坐標(biāo)，依據(jù)輸電線路走向與懸停坐標(biāo)制定巡檢路徑和/或局部飛行策略，生成飛行巡檢任務(wù)。問(wèn)題解決利用三維建模技術(shù)，建立輸電線路的三維信息；然后根據(jù)巡檢任務(wù)確定目標(biāo)對(duì)象及部件的全局信息與局部信息，計(jì)算部件的中心位置；最后根據(jù)輸電線路走向及懸停坐標(biāo)，規(guī)劃巡檢路線并形成巡檢任務(wù)，下發(fā)至無(wú)人機(jī)巡檢平臺(tái)飛控端，由巡檢平臺(tái)自主完成關(guān)鍵部件的智能采集。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于輸電線路三維信息的智能巡檢方法，可應(yīng)用于巡檢無(wú)人機(jī)，包括以下步驟：獲取目標(biāo)對(duì)象三維數(shù)據(jù)，提取輸電線路目標(biāo)對(duì)象的附屬信息；利用三維建模技術(shù)生成目標(biāo)對(duì)象的三維模型；根據(jù)各個(gè)目標(biāo)對(duì)象類(lèi)型信息，獲取其在三維空間中的局部坐標(biāo)信息，計(jì)算各個(gè)目標(biāo)對(duì)象中心的三維空間位置；確定安全巡檢作業(yè)距離，結(jié)合待檢測(cè)的部件三維空間位置，確定懸停坐標(biāo)。依據(jù)輸電線路走向與懸停坐標(biāo)制定巡檢路徑和\或局部飛行策略，生成飛行巡檢任務(wù)。進(jìn)一步的，利用三維建模技術(shù)生成目標(biāo)對(duì)象的三維模型的過(guò)程包括：構(gòu)建目標(biāo)對(duì)象及包括目標(biāo)對(duì)象結(jié)構(gòu)和絕緣子和金具在內(nèi)的附屬部件模型；提取輸電線路信息中的目標(biāo)對(duì)象型號(hào)、目標(biāo)對(duì)象位置、目標(biāo)對(duì)象方向以及附屬部件的全局坐標(biāo)與局部坐標(biāo)信息，形成部件模塊與目標(biāo)對(duì)象模塊間的相對(duì)位置信息；建立目標(biāo)對(duì)象模型的信息索引表，以信息索引表為基礎(chǔ)進(jìn)行模塊化的目標(biāo)對(duì)象三維重建，形成輸電線路目標(biāo)對(duì)象三維抽象圖。更進(jìn)一步的，構(gòu)建目標(biāo)對(duì)象及附屬部件模型的過(guò)程包括：對(duì)角鐵進(jìn)行三維抽象建模，并設(shè)定變換參數(shù)，對(duì)角鐵長(zhǎng)度進(jìn)行修正，根據(jù)目標(biāo)對(duì)象施工規(guī)范，組合成目標(biāo)對(duì)象的支撐主體；對(duì)目標(biāo)對(duì)象的各類(lèi)型塔頭進(jìn)行建模，設(shè)定不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)；對(duì)絕緣子及重點(diǎn)巡查的金具進(jìn)行抽象建模，描繪各部件大體的形狀信息。更進(jìn)一步的，信息索引表的基本信息包括設(shè)備名稱(chēng)、類(lèi)型和屬性信息。更進(jìn)一步的，所述屬性信息包括角度、長(zhǎng)度和坐標(biāo)。進(jìn)一步的，獲取目標(biāo)對(duì)象附屬部件在三維空間中的局部坐標(biāo)信息的過(guò)程包括：根據(jù)構(gòu)建的輸電線路目標(biāo)對(duì)象三維抽象圖，獲取部件各個(gè)端點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，計(jì)算部件中心點(diǎn)位置；結(jié)合巡檢前進(jìn)方向，對(duì)各部件中心點(diǎn)位置進(jìn)行由下至上的排列。更進(jìn)一步的，部件中心點(diǎn)位置為該部件的各個(gè)端點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息之和的平均值。進(jìn)一步的，生成飛行巡檢任務(wù)的過(guò)程中，依據(jù)部件位置與安全巡檢作業(yè)距離生成巡檢懸停序列，根據(jù)目標(biāo)對(duì)象及線路走向，初步規(guī)劃航跡，使航跡與線路走向相同，且與線路保持安全巡檢作業(yè)距離。進(jìn)一步的，在進(jìn)行懸停作業(yè)時(shí)，應(yīng)用懸停航跡規(guī)劃路線，將懸?？臻g切割成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，利用圖搜索算法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，生成由一個(gè)懸停點(diǎn)到另一個(gè)懸停點(diǎn)的最短的飛行路徑。一種基于輸電線路三維信息的智能巡檢系統(tǒng)，包括：參數(shù)獲取模塊，連接電網(wǎng)GIS系統(tǒng)，獲取目標(biāo)對(duì)象三維數(shù)據(jù)，提取輸電線路目標(biāo)對(duì)象型號(hào)、位置信息等附屬部件信息；三維建模模塊，利用三維建模技術(shù)生成目標(biāo)對(duì)象的三維模型；位置信息獲取模塊，根據(jù)各個(gè)目標(biāo)對(duì)象的類(lèi)型信息，獲取其在三維空間中的局部坐標(biāo)信息，計(jì)算各個(gè)目標(biāo)對(duì)象中心的三維空間位置；巡檢策略構(gòu)建模塊，確定安全巡檢作業(yè)距離，結(jié)合待檢測(cè)的部件三維空間位置，確定懸停坐標(biāo)，依據(jù)輸電線路走向與懸停坐標(biāo)制定巡檢路徑和\或局部飛行策略，生成飛行巡檢任務(wù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明利用三維建模技術(shù)，建立輸電線路的三維信