本發(fā)明屬于無人機技術領域，具體涉及一種基于無人機的絕緣子憎水性檢測裝置和方法。

背景技術：

輸電線路中的復合絕緣子受自然環(huán)境影響非常大，會被灰塵等污穢物所污染，當氣候比較濕潤時，復合絕緣子表面由于附著大量污穢物，導致閃絡電壓降低，甚至在額定工作電壓下都會發(fā)生污閃，使電網的安全運行受到很大的影響。因此必須檢查輸電線路復合絕緣子表面的污穢情況，并對污穢進行清除。經研究發(fā)現(xiàn)，憎水性能太差，會引起復合絕緣子閃絡放電，嚴重會引起電網安全事故，因此，運行人員必須熟悉所管線路的復合絕緣子憎水性能狀況。

傳統(tǒng)檢測復合絕緣子憎水性的方法往往采用簡單噴水裝置并結合工程經驗完成分級判斷。某些電網公司已設計出的電動噴水裝置也均為手持式設備，其操作模式需要人工攀爬桿塔，該過程檢測效率低、安全性低，且人工對噴水的判斷不夠準確。

近年來，無人機技術在電網運維中得到了廣泛的應用。由于無人機具有體積小、結構簡單、控制靈活；能夠垂直起降；懸停、倒飛、側飛能力強；飛行安全；噪音小等優(yōu)點。因此，無人機可以應用在電力系統(tǒng)中，減少工作人員登塔操作，節(jié)省人力與時間，在電力線路中得到了廣泛的應用前景。

技術實現(xiàn)要素：
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為了克服上述背景技術的缺陷，本發(fā)明提供一種基于無人機的絕緣子憎水性檢測裝置和方法，提供了一種可應用于電力行業(yè)，對已投用的復合絕緣子進行憎水性檢測的帶電作業(yè)方案。

為了解決上述技術問題本發(fā)明的所采用的技術方案為：

一種基于無人機的絕緣子憎水性檢測裝置：包括無人機，無人機設有高壓水箱，高壓水箱通過輸水管路連接有霧化噴嘴，輸水管路上設有電磁閥，電磁閥的控制端連接無人機的控制器的信號輸出端；還包括在無人機上靠近霧化噴嘴設置的光纖鏡頭，光纖鏡頭的信號輸出端通過光電轉換器連接控制器的信號輸入端；控制器還連接有紅外測距儀和無線通訊器，紅外測距儀和無線通訊器。

較佳地，輸水管路設置于桿狀的絕緣空心管內。

較佳地，光纖鏡頭和光電轉換器之間通過光纖連接，光纖連接于光纖鏡頭的一段設置于絕緣空心管內。

較佳地，光纖鏡頭設置在絕緣空心管內，位于霧化噴嘴的上方。

較佳地，還包括補光燈，補光燈設置于光纖鏡頭上方，補光燈的控制端連接控制器的信號輸出端。

較佳地，紅外測距儀和無線通訊器均設置于無人機的機身，無線通訊器設置于機身頂部，設置于數(shù)個旋翼之間的中心位置。

較佳地，控制器包括憎水性檢測模塊，用于依據(jù)絕緣子片噴水前和噴水后圖像對絕緣子串的憎水性進行評級，并通過無線通訊器將評價結果發(fā)送出去。

本發(fā)明還提供一種利用上述裝置進行的基于無人機的絕緣子憎水性檢測方法：

控制器控制無人機向待測絕緣子行進，并控制無人機懸停于靠近待測絕緣子的安全區(qū)域內；

控制器通過光電傳感器接收從光纖鏡頭發(fā)送過來的絕緣子片圖像，判斷絕緣子片被遮擋部分面積是否大于等于絕緣子片總面積的40％，若是，則調整無人機位置或光纖鏡頭的拍攝角度，若否，則從絕緣子片圖像中提取并保存為未噴水圖像；

控制器控制電磁閥開啟，通過霧化噴嘴向絕緣子片噴射水霧，然后關閉電磁閥；

控制器再次通過光纖鏡頭獲取同一位置的絕緣子片圖像，提取并保存為噴水后圖像；

控制器對比噴水后圖像和為噴水圖像，依據(jù)預存的憎水性分級標準得到絕緣子的憎水性評級，并將憎水性評級結果通過無線通訊器發(fā)送出去。

較佳地，控制器控制無人機懸停于靠近待測絕緣子的安全區(qū)域內的方法包括：

紅外測距儀實時獲取無人機與待測絕緣子之間的實時距離，當實時距離小于預設安全距離時，控制無人機向遠離待測絕緣子的方向進行預設微小距離的行進，直到實際距離大于或等于預設安全距離；預設安全距離和預設微小距離均為人工設定的經驗值。

較佳地，憎水性風機標準采用hc分級判別標準。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明中高壓水箱自帶合適的水壓，無需加裝水泵；通過控制器控制電磁閥，掌握噴霧時機。無線通信系統(tǒng)安在機頂?shù)纳隙?，在幾個旋翼的中間位置。地面工作人員可通過向無人機上的無線通訊器發(fā)送命令，控制調整無人機的飛行姿態(tài)，待無人機近鄰復合絕緣子時，通過無人機搭載的補光燈進行照明，并通過光纖鏡頭、光電轉換器采集符合絕緣子的圖像，然后由控制器開啟電磁閥，由霧化噴嘴向復合絕緣子噴水，然后再一次采集含水珠的復合絕緣子圖像，噴水前后的光纖鏡頭位置應保持一致。紅外測距儀實時反饋無人機距離信息，保證無人機在噴水或拍照時的懸停位置正確，并且處于安全區(qū)域以內，不會對絕緣子串造成傷害。通過本發(fā)明在無人機上就可以在控制模塊中把復合絕緣子的盤面提取出來，最后把取得的復合絕緣子憎水性等級發(fā)送給地面工作人員，從而提供了一種新的復合絕緣子憎水性智能檢測方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一的整體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一的控制器與無線通訊器、紅外測距儀、電磁閥、光電轉換器、光纖鏡頭的連接結構示意圖；

圖中：1-旋翼，2-無線通訊器，3-紅外測距儀，4-高壓水箱，5-電磁閥，6-輸水管路，7-霧化噴嘴，8-光纖鏡頭，9-絕緣空心管，10-補光燈，11-光纖，12-光電轉換器，13-控制器。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。

實施例一

一種基于無人機的絕緣子憎水性檢測裝置：包括無人機，無人機設有高壓水箱4，高壓水箱4通過輸水管路6連接有霧化噴嘴7，輸水管路6上設有電磁閥5，電磁閥5的控制端連接無人機的控制器13的信號輸出端；還包括在無人機上靠近霧化噴嘴7設置的光纖鏡頭8，光纖鏡頭8的信號輸出端通過光電轉換器12連接控制器13的信號輸入端；控制器13還連接有紅外測距儀3和無線通訊器2，紅外測距儀3和無線通訊器2。

輸水管路6設置于桿狀的絕緣空心管9內。

光纖鏡頭8和光電轉換器12之間通過光纖11連接，光纖11連接于光纖鏡頭8的一段設置于絕緣空心管9內。

光纖鏡頭8設置在絕緣空心管9內，位于霧化噴嘴7的上方。

還包括補光燈10，補光燈10設置于光纖鏡頭8上方，補光燈10的控制端連接控制器13的信號輸出端。

紅外測距儀3和無線通訊器2均設置于無人機的機身，無線通訊器2設置于機身頂部，設置于數(shù)個旋翼1之間的中心位置。本實施例的輸水管路6為塑料水管。

控制器13包括憎水性檢測模塊，用于依據(jù)絕緣子片噴水前和噴水后圖像對絕緣子串的憎水性進行評級，并通過無線通訊器2將評價結果發(fā)送出去。

本實施例所述的裝置中，控制器13用于控制無人機內各種操作，無線通訊器2用于實時傳輸?shù)孛婧蜔o人機的信號，憎水性檢測模塊可以分析出被測復合絕緣子的憎水性等級，紅外測距儀3用于測量無人機與運行中的復合絕緣子之間的距離。通過本裝置，可以在無人機上得到被測復合絕緣子的憎水性等級，并由無線通訊器2把結果傳遞給地面工作人員。

高壓水箱4用于向復合絕緣子噴水提供水源，電磁閥5與控制器13相連接，控制器13可以控制電磁閥5的開啟和關閉，控制噴水量。輸水管路6用于連接電磁閥5后到霧化噴嘴7的部分，保證靠近運行中的復合絕緣子時的絕緣安全，輸水管路6套在絕緣空心管9里面。霧化噴嘴7可以360°旋轉，確保噴出來的水霧是均勻的。

無人機飛到一定的區(qū)域后，由紅外測距儀3可以檢測無人機和運行中的復合絕緣子是否在安全距離范圍內，然后考慮是否拍照。拍照前，先用光纖鏡頭8找到需要拍攝絕緣子的角度，然后鎖定鏡頭后，由光纖鏡頭8將圖片信息由光纖11傳遞到光電轉換器12中，將圖片的光信號轉換為圖片的電信號，然后將電信號傳遞給控制器13，控制器13采集圖片電信號后，由無線通訊器2及時將絕緣子憎水性圖片發(fā)送給地面的工作人員。

補光燈10其主要作用是在缺乏光線條件情況下拍攝時提供輔助光線，消除陰影，同時增強了水珠和背景的對比度，以得到易于識別的復合絕緣子憎水性圖片。補光燈10具有調節(jié)亮度、顏色的作用，可以按照工作人員的想法合理的選擇特定的顏色光照射復合絕緣子。

控制器13用于控制無人機內各種操作，如在噴霧控制器13內可以控制電磁閥5的開啟和關閉，控制噴水量，也可以控制霧化噴嘴7的360°自由旋轉；如在數(shù)字圖像采集模塊內可以控制光電轉換器12的開關，補光燈10的亮度和顏色；同時也可以控制無人機的飛、降、轉、停，并把所有的信息輸入到無線通訊器2中，使地面工作人員可以實時的操控無人機的行為。

無線通訊器2是聯(lián)系地面人員和無人機的橋梁，它應該具備以下特點：①體積小巧：發(fā)射機體積小巧，重量輕，能夠減少無人機承載壓力，有易于無人機空中任務完成。②可靠性高：系統(tǒng)采用先進的cofdm調制技術，抗干擾能力非常強，同時采用256位aes加密技術，能夠有效的防止干擾和竊聽。③易用性強：采用高科技手段，進行智能化設計，盡量減少系統(tǒng)操作的復雜性，并作到系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，維護簡單。④傳輸距離遠：系統(tǒng)功率控制在1w以內，利用無人機飛行高度，能夠保障傳輸距離在3公里以上，同時系統(tǒng)有較強的繞射能力和穿透能力，能夠應對建筑物阻擋問題。⑤傳輸圖像清晰：系統(tǒng)采用最新h.264/mpeg-2/4壓縮方式，所傳視頻能夠達到d1效果，使無人機所拍的圖像清晰展現(xiàn)至用戶面前。

紅外測距設備安裝在無人機內部，位于機頂，它的紅外測距儀3可以采集到整個無人機到運行中的復合絕緣子的距離信息，讓地面工作人員判斷無人機是否處于安全工作位置，這是保證能順利采集到復合絕緣子憎水性圖片的前提條件。

憎水性檢測模塊可以分析出被測復合絕緣子的憎水性等級，直接把復合絕緣子的hc等級由無線通訊器2把結果傳遞給地面工作人員。

無人機采用多旋翼1結構，沒有復雜的傳動裝置，可垂直起降，能精確懸停，并且拍攝角度多變，保證拍攝圖像的效果和質量，操作簡便，適合于輸電線路復合絕緣子憎水性檢測。具體操作是通過地面人員的操控指令，把指示信號發(fā)射到無人機無線通訊器2，命令無人機執(zhí)行各種操作。同時，將復合絕緣子憎水性結果通過無線通訊器2傳送給地面工作人員。

實施例二

一種實施例一所述裝置進行的基于無人機的絕緣子憎水性檢測方法：

控制器13控制無人機向待測絕緣子行進，并控制無人機懸停于靠近待測絕緣子的安全區(qū)域內；

控制器13通過光電傳感器接收從光纖鏡頭8發(fā)送過來的絕緣子片圖像，判斷絕緣子片被遮擋部分面積是否大于等于絕緣子片總面積的40％，若是，則調整無人機位置或光纖鏡頭8的拍攝角度，若否，則從絕緣子片圖像中提取并保存為未噴水圖像；

控制器13控制電磁閥5開啟，通過霧化噴嘴7向絕緣子片噴射水霧，然后關閉電磁閥5；

控制器13再次通過光纖鏡頭8獲取同一位置的絕緣子片圖像，提取并保存為噴水后圖像；

控制器13對比噴水后圖像和為噴水圖像，依據(jù)預存的憎水性分級標準得到絕緣子的憎水性評級，并將憎水性評級結果通過無線通訊器2發(fā)送出去。

控制器13控制無人機懸停于靠近待測絕緣子的安全區(qū)域內的方法包括：

紅外測距儀3實時獲取無人機與待測絕緣子之間的實時距離，當實時距離小于預設安全距離時，控制無人機向遠離待測絕緣子的方向進行預設微小距離的行進，直到實際距離大于或等于預設安全距離；預設安全距離和預設微小距離均為人工設定的經驗值。憎水性分級標準采用hc分級判別標準。

無人機為本發(fā)明主要的動力部分，其他部件安裝在無人機內部，依托無人機飛行進入復合絕緣子串附近。控制器13實現(xiàn)對各個外圍設備的供電和控制，并對無人機的飛行進行控制。機內無線通訊器2實現(xiàn)無人機和地面工作人員的通訊，接收噴水指令，并發(fā)送距離等數(shù)據(jù)。

工作人員通過發(fā)射信號控制無人機的控制器13，實現(xiàn)噴霧控制器13對復合絕緣子進行噴霧。然后，采集噴水前后的復合絕緣子圖像，并在控制器13中提取出復合絕緣子的盤面，將復合絕緣子憎水性等級信息由無線通訊器2發(fā)送至地面端。

霧化噴嘴7和電磁閥5通過輸水管路6連接，輸水管路6將高壓水箱4中的水向霧化噴嘴7輸送。高壓水箱4固定掛在無人機內頂部，電磁閥5和輸水管路6位于飛機內的支架上，無人機的控制器13設置在無人機內頂部。電磁閥5與無人機的控制器13相連接，無人機的控制器13可以控制電磁閥5的開關，實現(xiàn)噴水的啟停。高壓水箱4攜帶一定的水量，用于向復合絕緣子噴霧提供水源。通過向無人機的控制器13中發(fā)送指令，實現(xiàn)電磁閥5控制噴水通路，實現(xiàn)噴水時機的控制。

光纖鏡頭8設置在絕緣空心管9上，且位于噴嘴附近，用于拍攝其前方復合絕緣子的圖像。無人機飛到一定的區(qū)域后，由紅外測距儀3可以檢測無人機和運行中的復合絕緣子是否在安全距離范圍內，然后考慮是否拍照。拍照前，先用光纖鏡頭8找到需要拍攝絕緣子的角度，然后鎖定鏡頭后，由光纖鏡頭8將圖片信息由光纖11傳遞到光電轉換器12中，將圖片的光信號轉換為圖片的電信號，然后將電信號傳遞給控制器13，控制器13采集圖片電信號后，由無線通訊器2及時將絕緣子憎水性等級發(fā)送給地面的工作人員。

但是，由于運行中的復合絕緣子背景復雜多變，在使用無人機拍攝復合絕緣子憎水性圖片時需要根據(jù)外圍環(huán)境和復合絕緣子的具體情況，選擇合適的拍攝方法。在拍攝參數(shù)方面，需要根據(jù)現(xiàn)場的光照強度、氣候、可飛行高度等條件，選擇合適的補光燈10的亮度和顏色，使得目標物圖像清晰、亮度均勻、顏色正常，從而獲得最佳圖像效果。在拍攝方法方面，應該保證整個飛機絕緣安全和不影響電網正常運行的前提下，盡量縮短無人機與復合絕緣子的距離，以便得到更多圖像的細節(jié)信息，同時噴霧前后的拍攝應保持光纖鏡頭8位置完全一致，通過裁剪的方法使得兩次圖像剛好被裁剪到鏡頭里。

紅外測距儀3是激光紅外測距儀3，選擇精度為最高的類型。激光紅外測距儀3在工作時向復合絕緣子射出一束很細的激光，由光電元件接收復合絕緣子反射的激光束，測距儀內部的計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時差，計算出無人機到復合絕緣子的距離。實時采集的距離數(shù)據(jù)由導線傳輸?shù)娇刂破?3內，然后通過機內無線通訊器2傳送至地面端的信號接收器，然后輔助工作人員判斷無人機飛行情況。把光信號轉換成電信號的復合絕緣子憎水性圖像在控制器13中提取出復合絕緣子盤面圖像，傳輸?shù)綑C內無線通訊器2，然后把復合絕緣子盤面信息發(fā)射給地面工作人員。

現(xiàn)在來介紹控制器13中提取復合絕緣子盤面的算法。

復合絕緣子串盤面是一個個橢圓形狀連接而成的，而且從圖中可以看出橢圓之間連接非常緊密，幾乎所有的橢圓邊都有不同程度地被遮擋。由于噴水前后拍照需要鏡頭位置完全一致，所以從最開始無人機進入復合絕緣子串附近時，就應該給鏡頭選擇一個合適的視野，并通過觀察需要被測試的復合絕緣子片，并估計其復合絕緣子片的邊緣被遮擋比例不超過40％，然后鏡頭鎖定并對其進行拍攝，最后裁剪出復合絕緣子片的部分圖像，然后選擇合適的水量進行噴霧，拍攝噴霧后的復合絕緣子片圖像方法和噴水前一樣，只是要保證兩次鏡頭位置完全一致，并最后裁剪出了復合絕緣子片。因此，考慮到復合絕緣子串的實際形狀，這里采用基于hough變換的三點橢圓檢測算法從圖像中提取出復合絕緣子盤面。

最后在憎水性圖像分析程序中，通過水珠(水跡)形狀特征量進行憎水性分級判斷。

水珠(水跡)的特征量包括水珠(水跡)的面積大小、個數(shù)、形狀等，由數(shù)字圖像分析程序獲得。參照復合絕緣子憎水性hc分級法，由這些水珠(水跡)的特征量將憎水性分成hc1-hc7共7個等級，其中hc1-hc3為憎水性狀態(tài)，hc4為中間過渡狀態(tài)，hc5-hc7為親水狀態(tài)，下表給出了憎水性分級判據(jù)。

噴水分級法憎水性分級判據(jù)

而本發(fā)明專利中高壓水箱4、電磁閥5、塑料水管、空心絕緣桿及霧化噴嘴7組成噴霧控制模塊。高壓水箱4自帶合適的水壓，無需加裝水泵；噴霧控制模塊是把高壓水箱4固定在機內頂部，然后連出一條塑料水管，通過電磁閥5控制噴霧時機。

本發(fā)明專利還考慮了復合絕緣子盤面的形狀，可以由基于hough變換的三點橢圓檢測算法提取，以及hc分級判別法。復合絕緣子憎水性等級判別工作設在無人機中進行，把復合絕緣子盤憎水性等級由通信系統(tǒng)發(fā)射給地面工作人員。

數(shù)字圖像采集模塊由光纖鏡頭8、光纖11、光電轉換器12、補光燈10組成。光纖鏡頭8設置在空心絕緣桿里，且位于噴嘴附近，用于拍攝其前方復合絕緣子的圖像，由光纖鏡頭8將圖片信息由光纖11傳遞到光電轉換器12中，將圖片的光信號轉換為圖片的電信號。

而本發(fā)明專利的無線通信系統(tǒng)安在機頂?shù)纳隙?，在幾個旋翼1的中間位置。本發(fā)明的輔助裝置就是紅外測距儀3，沒有測量溫濕度與高度的裝置。紅外測距儀3在工作時向復合絕緣子射出一束很細的激光，由光電元件接收復合絕緣子反射的激光束，測距儀內部的計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時差，計算出無人機到復合絕緣子的距離。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。