[發明專利]一種基于毫米波雷達的無人機巡檢線路走廊方法與裝置

有效

• 申請號: 201210391460.2
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102891453A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 王濱海;鄭天茹;陳西廣;劉良;王騫
• 申請（專利權）人: 山東電力集團公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02G1/02
• 分類號: H02G1/02;G01S13/89
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種無人機巡檢線路走廊方法與裝置，尤其涉及一種基于毫米波雷達的無人機巡檢線路走廊方法與裝置。

背景技術

近年來，我國國民經濟的持續快速發展對我國電力工業提出了越來越高的要求。為了安全和可靠地供電，巡檢線路維護自動化和現代化已日益顯示出其迫切性。采用無人機空中作業對線路走廊及桿塔等進行巡查，能夠克服利用有人駕駛的直升機進行巡檢線路的維護費用昂貴、安全問題突出等弊端，但由于我國國土遼闊，地形、氣象復雜，輸電線路所處地形與環境也多種多樣，設計一種能夠實現線路走廊的三維地圖繪制方法與裝置，可以及時了解和掌握線路運行環境是否有危及線路安全運行的隱患，對輸電線路安全性及無人機巡檢高效性具有很大的實際意義。

實現方法有可用于三維地圖繪制的方法，主要有激光測距法、超聲波測距法、紅外測距法、視覺測距法和微波雷達測距法，其中激光測距法、超聲波測距法、紅外測距法和視覺測距法已有多項專利論文描述，也取得了相應的有益效果，但將其用于無人機巡檢線路走廊并實現線路走廊的三維地圖繪制并不適用：激光測距法和視覺測距法的準確性受環境影響較大，有霧或濕度特別大的情況下測量數據不準確，限制了無人機對線路走廊的巡檢條件；超聲波測距法只適用于較短距離（4-5米），無法應用于無人機對線路走廊的巡檢；紅外測距法方向性差，且受環境影響大，粉塵、懸浮顆粒的存在均能對其造成干擾，不適用于無人機巡檢線路走廊。微波雷達探測距離遠、精度高，測量性能受天氣等外界因素的影響較小，且可獲得無人機與目標物體之間的距離和相對方位角，適用于無人機對線路走廊的巡檢。為了盡量降低微波雷達與無人機搭載的其他電子設備間大的電磁干擾，選用毫米波段發射雷達（無人機搭載的其他電子設備工作頻率無毫米波段）。

現有利用毫米波雷達進行成像的技術主要是用于移動車輛的避障，如專利號為200980144638的《移動毫米波成像雷達系統》，此類專利取得了一定的有益效果，但不能用于無人機搭載進行線路走廊巡檢，主要因為其缺點如下：

（1）天線尺寸大；天線尺寸大對應毫米波發射角度大，獲得數據范圍廣，但無人機體積有限，且安裝空間需要根據無人機空間和配重決定。

（2）探測物屬性判別；移動車輛避障僅需根據圖像判斷有無物體，不許判別物體屬性，但無人機巡檢線路走廊需分辨導線、塔（金屬）與背景（非金屬），需增加判別物體屬性。

（3）算法選擇；移動車輛避障僅需毫米波識別遠距離體積大的物體和近距離小物體，但無人機巡檢線路走廊時，需要識別線徑小（直徑約11mm地線）導線的相對距離，數據計算量大，需使用快速算法。

（4）信息疊加；移動車輛避障僅需得到相對的大概位置和距離，無人機巡檢線路走廊時，由于無人機實際進行巡檢任務時，飛行高度會受到風力等外界因素影響產生波動，因而所得毫米波雷達探測結果需疊加無人機的實時飛行高度；為使所得圖像更具實用價值，還需疊加無人機的實時GPS信息值。

現有將毫米波雷達用于無人機巡檢的相關方法，見專利號為201120244169.3的《電力線路巡查無人機用多模式毫米波雷達》，此專利取得了一定的有益效果，但亦不適用于無人機搭載進行線路走廊巡檢形成三維地圖，主要原因如下：

（1）天線尺寸大；由于該專利中毫米波雷達采用中距離大發射角度與長距離小發射角度結合的工作方式，天線尺寸大收到發射角度的限制，其半徑無法縮小；

（2）兩種探測距離結合的方式在三維地圖繪制中不適用；在兩種探測距離結合使用時，由于其探測范圍不同，探測點間距和所得數據精確度均有差異，并不利于快速的數據計算和得到三維地圖；

（3）該專利中沒有可以進行被探測物體屬性判別的模塊，因而無法計算電力交跨線的間距，而電力交跨線的間距是判別電力線路有無安全隱患的重要因素之一；

（4）該專利所述無人機用多模式毫米波雷達沒有快速計算模塊，這無法滿足實時生成簡單三維地圖的要求；

（5）該專利所述無人機用多模式毫米波雷達是將所采集數據輸入飛控系統機載控制計算機，而實時生成簡單三維地圖還需要匹配飛控系統機載控制計算機中的GPS數據和高度數據信息。

發明內容

本發明的目的就是為解決上述問題，提供一種基于毫米波雷達的無人機巡檢線路走廊方法與裝置，它可為有效解決問題的決策提供依據，提高工作效率和保證對輸電線路及無人機巡檢的安全的優點。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：