无人机输电线路巡线技术及其应用研究.pdf

长沙理工大学硕士学位论文无人机输电线路巡线技术及其应用研究姓名:李力申请学位级别:硕士专业:电力系统及其自动化指导教师:周任军20120519要摘分析探讨,提出了基于浠坏木底油枷裉卣鞯奶崛∮胧侗鸱椒ǎ⒕透利用无人机作为平台搭载巡检设备进行电力巡线是一门新兴的技术。这项技术集安全、高效、全面于一身,近年来已经成为巡线领域研究的热点。本文研究了无人机在输电线路巡视和检测过程中的关键技术,主要工作概括如下:介绍了国内外无人机巡线技术的研究现状,并且对实现巡线必须解决的关键技术做了详细地说明。将巡线用无人机进行分类比较,得出不同种类无人机巡线的优缺点。以四旋翼无人机为例,介绍了无人机巡线系统的组成,并对每个组成模块的功能做了细致的介绍。利用电机和旋翼的数学模型,建立了四旋翼无人机的姿态控制模型,并对无人机姿态的高度和角度控制进行了仿真。仿真系统采用了模拟刂破鳌7抡模拟对系统模型可控性的判断提供了有效途径,并且得出了刂撇问完成了无人机接近高压带电体试验,根据试验测得了无人机接近高压带电体的安全工作距离,为无人机巡线避障方法的研究提供了参考。为了避免巡线过程中,无人机和线路、杆塔或是其他障碍物发生碰撞,本文引入了一种基于模糊控制的超声波避障方法,建立了无人机避障的模糊规则,将模糊控制的输出量转化为飞行器电机转速调节的控制信号。研究了无人机巡线图像的处理问题,对绝缘子图像特征的提取与识别进行了冰绝缘子的图像进行处理。关键词:无人机巡线;飞行姿态控制;模糊控制;避障;图像特征识别;变换。輘’删∞皊,雠瑃·...琤瑃。.,·.。·瑃,甌。篣。籉。籌籋甀·,籉,Ⅱ.第一章引言课题研究背景及意义国内外研究现状费巨大的人力和物力资源进行巡线工作。现阶段运用最广泛的巡线方法是人工定架空电力线路的覆盖区域广、穿越区域地形复杂并且自然环境恶劣。电力线、杆塔长期在野外暴露,不断受到机械张力、材料老化、雷击、污秽等外界因素的侵害,容易导致断股、腐蚀、绝缘子破损、杆塔倾斜等故障的发生,如不及时发现并进行修复、更换,最终会导致严重事故,严重威胁电力系统的安全和稳定。为了掌握线路的运行状况和及时排除线路的潜在隐患,电力部门每年都要花期巡线,这种方法不仅劳动强度大,而且耗时多,效率低下,有些线路段受制于地形因素甚至无法巡检,造成了线路维护异常困难。无人机技术的发展为架空电力线路的巡线提供了新的移动平台。利用无人机搭载巡检设备进行巡线,有着传统巡线方式无法比拟的优势:奕思菔唬换造***员伤亡,安全性高。皇艿乩硖跫南拗疲词褂龅降卣穑槔缘茸匀灾害,依然能够对受灾区域的电力线路进行巡检。蚕咚俣瓤欤啃∈笨纱锛十公里。虽然无人机巡线会受到航空申请、机体载重和天气恶劣等条件的限制,随着无人机技术的高速发展,这些问题都能够得到解决。将无人机这项技术应用于电力线路巡检,包括融合电子、通信、图像识别等多个技术领域,形成一整套的无人机巡线系统,可以大大减轻电力巡线的人力投入,同时又能快速、安全地对线路实施巡检,是一个很有前途的研究方向,并且具有重要的实用价值。无人机巡线技术是最近十年才开始发展的一门新兴的技术,融合了航空、电子、电力、飞行控制、通信、图像识别等多个高尖技术领域,实现起来难度比较大,世界范围内专门研究无人机用于巡线技术的并不多【。国内关于无人机巡线研究的报道比较少。***电力机器人实验室进行过无人直升机的巡线研究,取得过阶段性的成果【。研究人员利用无人直升机搭载高清相机和红外热成像仪对线路进行了巡线实验。在巡线拍摄的可见光图像上,杆塔和导线上的物理缺陷都能被鉴别出来;红外图像上,热缺陷导致的发热点也比较明显。湖南省电力科学研究院利用四旋翼无人机在冬季导线严重覆冰的情况下进行过巡线实验。课题组在实际应用过程中总结出了四旋翼无人机巡线的一些缺陷,比如无防雨、防撞功能,抗风能力偏小等,并设计了改进措拖。此外,江西、辽宁电网也进行过无人机巡线的尝试,不过都是购买无人机产品搭载巡线设备进行巡线拍摄,技术上并没有更深一步的研究和提高。无人机巡线技术的研究主要集中在发达国家。这些国家依托自身先进的无人机技术,在无人机巡线领域也处于领先地位。相比于国内还主要处于硬件的开发层面,发达国家已经关注于后续的图像、数据处理方面的研究,甚至技术要求更高的激光雷达巡线技术也已经应用于无人机上:淼吕锢砉ご笱西班牙马德里理工大学的、等人致力于计算机视觉技术应用于无人机巡线导航的研究,即利用图像数据处理算法和跟踪技术,在母ㄖ实现无人机的巡线导航【。目前,基于计算机视觉技术的无人机导航系统已经开发完成,这套导航系统能够自动测定无人机相对于参照物的位置和速度。巡线实验中,当无人机接近线路进行巡线时,利用计算机视觉技术,导航系统成功地跟踪了电力线路,并且测出了无人机相对于线路的位置和运动姿态。在此导航系统的基础