RU2821208C1 - Intelligent system for automatic remote monitoring of state and safety of power transmission lines in continuous mode - Google Patents
Intelligent system for automatic remote monitoring of state and safety of power transmission lines in continuous mode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821208C1 RU2821208C1 RU2023132896A RU2023132896A RU2821208C1 RU 2821208 C1 RU2821208 C1 RU 2821208C1 RU 2023132896 A RU2023132896 A RU 2023132896A RU 2023132896 A RU2023132896 A RU 2023132896A RU 2821208 C1 RU2821208 C1 RU 2821208C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uav
- unit
- central server
- power line
- information
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к системам автоматического дистанционного мониторинга протяженных объектов с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано в электроэнергетике для контроля состояния линий электропередачи и электроподстанций, установленных на участках значительной протяженности.The invention relates to systems for automatic remote monitoring of extended objects using unmanned aerial vehicles (UAVs) and can be used in the power industry to monitor the condition of power lines and power substations installed over areas of considerable length.
Известно устройство «Автоматический беспилотный комплекс диагностики состояния протяженных объектов, оснащенных собственной информационной системой» RU 2 464 643 C1.The device “Automatic unmanned complex for diagnosing the condition of extended objects equipped with its own information system” RU 2 464 643 C1 is known.
Автоматический беспилотный комплекс диагностики состояния протяженных объектов, оснащенных собственной информационной системой, содержащий дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА) вертолетного типа, на котором установлены подсоединенные к первой информационной шине (ИШ) система автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, система автоматического дистанционного управления полетом ДПЛА и работой его систем, бортовая система диагностики состояния протяженных объектов (БСДСПО) с комплектом бортовых датчиков и бортовая приемопередающая аппаратура радиотелеметрической системы (БАРТС) с приемной и передающей антеннами, а также содержит мобильный наземный пункт управления (МНПУ) ДПЛА, состоящий из подсоединенных ко второй ИШ пульта управления ДПЛА, пульта управления БСДСПО и наземной приемопередающей аппаратуры радиотелеметрической системы (НАРТС) с приемной и передающей антеннами, при этом МНПУ ДПЛА подключен модемом к многоканальной линии передачи данных (МКЛПД), объединяющей центральный узел эксплуатации протяженного объекта (ЦПЭПО) и N локальных пунктов протяженного объекта (ЛП), а также не менее чем N установленных на ЛП наземных подсистем диагностики состояния протяженных объектов (НПДСПО), каждая из которых состоит из пульта наземной диагностики (ПНД) и комплекта встроенных датчиков, подсоединенных к третьей ИШ, и размещенных вблизи участка протяженного объекта комплекта автономных датчиков, при этом ПНД подключен модемом к МКЛПД и к НАРТС с приемной и передающей антеннами, отличающийся тем, что в БСДСПО и в каждую НПДСПО дополнительно введены преобразователь значений выходных сигналов комплекта бортовых датчиков БСДСПО и комплекта автономных датчиков НПДСПО и преобразователь значений выходных сигналов комплекта встроенных датчиков НПДСПО в количественные значения признаков соответствия фактических значений диагностируемых параметров состояния протяженного объекта допустимым, который выполнен в виде последовательно соединенных блока памяти допустимых значений диагностируемых параметров, четных входов блока элементов «И» и вычислителя, при этом комплект бортовых датчиков БСДСПО и комплект встроенных датчиков НПДСПО подключены к нечетным входам соответствующих блоков элементов «И», выходы вычислителей БСДСПО и НПДСПО подсоединены соответственно к первой и четвертой ИШ, а также в состав пульта управления БСДСПО МНПУ, в состав каждого ПНД НПДСПО и в ЦПЭПО дополнительно введено по одному подсоединенному соответственно ко второй, третьей и четвертой ИШ программному модулю, обеспечивающему формирование цветографических образов (ЦГО) состояния протяженного объекта. Технический результат устройства - расширение функциональных возможностей устройства в части одновременного компактного представления разнородной диагностической информации о состоянии протяженного объекта и его изменениях и повышение за счет этого оперативности и точности диагностики состояния протяженных объектов.An automatic unmanned complex for diagnosing the condition of extended objects, equipped with its own information system, containing a helicopter-type remotely piloted aircraft (RPA), on which an automatic control system with an on-board systems control unit, an automatic remote control system for the flight of the RPV is installed, connected to the first information bus (IS). and the operation of its systems, an on-board system for diagnosing the state of extended objects (BSDSPO) with a set of on-board sensors and on-board transceiver equipment of a radio telemetry system (BARTS) with receiving and transmitting antennas, and also contains a mobile ground control point (MGCU) of the UAV, consisting of connected to the second ISH of the remote control aircraft control panel, the BSDSPO control panel and the ground transceiver equipment of the radio telemetry system (NARTS) with receiving and transmitting antennas, while the remote control unit of the remote control aircraft is connected by a modem to a multi-channel data transmission line (MCDLD), combining the central unit for the operation of an extended object (CPEPO) and N local points of an extended object (LP), as well as at least N ground-based subsystems for diagnosing the state of extended objects (NGDSPO) installed on the LP, each of which consists of a ground-based diagnostic console (GDP) and a set of built-in sensors connected to the third IS, and located nearby section of an extended object of a set of autonomous sensors, while the PND is connected by a modem to the MKLPD and to the NARTS with receiving and transmitting antennas, characterized in that in the BSDSPO and in each NDDSPO a converter of the values of the output signals of the set of on-board sensors BSDSPO and a set of autonomous sensors NPDSPO and a converter are additionally introduced values of the output signals of a set of built-in NPDSPO sensors into quantitative values of signs of compliance of the actual values of the diagnosed parameters of the state of an extended object with the permissible ones, which is made in the form of a series-connected memory block of the permissible values of the diagnosed parameters, even inputs of the block of elements “I” and a computer, while a set of on-board BSDSPO sensors and a set of built-in NPDSPO sensors are connected to the odd inputs of the corresponding blocks of elements “I”, the outputs of the BSDSPO and NPDSPO computers are connected respectively to the first and fourth ISH, as well as to the BSDSPO MNPU control panel, one additionally included in each PND NPDSPO and in the TsPEPO connected, respectively, to the second, third and fourth IS software module, which ensures the formation of color graphic images (CGO) of the state of an extended object. The technical result of the device is the expansion of the functionality of the device in terms of simultaneous compact presentation of heterogeneous diagnostic information about the state of an extended object and its changes and thereby increasing the efficiency and accuracy of diagnosing the state of extended objects.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:
1) Применение одного БПЛА, что оказывает негативное влияние на следующие факторы:1) The use of one UAV, which has a negative impact on the following factors:
- производительность (для выполнения обследования ЛЭП требуется больше времени в сравнении с группой БПЛА);- productivity (it takes more time to perform a power line survey compared to a UAV group);
- точность результата (получение подробной модели ЛЭП, выполненной в крупном масштабе, осложняется как необходимостью подзарядки аккумуляторной батареи, либо дозаправки БПЛА, так и существенными временными затратами, связанными с подробной съемкой каждого элемента ЛЭП);- accuracy of the result (obtaining a detailed model of a power line made on a large scale is complicated by both the need to recharge the battery or refuel the UAV, as well as the significant time costs associated with detailed shooting of each element of the power line);
- ограничение числа одновременно применяемых датчиков (одновременное применение датчиков нескольких типов ограничено грузоподъемностью БПЛА, существенными объемами потребления заряда аккумуляторной батареи, либо топлива).- limiting the number of simultaneously used sensors (the simultaneous use of several types of sensors is limited by the carrying capacity of the UAV, significant amounts of battery charge or fuel consumption).
2) БПЛА не оснащен подсистемой машинного зрения, позволяющей существенно повысить его возможности в плане функционирования в автономном от оператора режиме.2) The UAV is not equipped with a machine vision subsystem, which can significantly increase its capabilities in terms of functioning in an autonomous mode from the operator.
3) Отсутствие функции автоматического выявления проблемных ситуаций (дефекты опор, проводов, изоляторов, упавшие деревья, перегрев элементов ЛЭП, пожары, наводнения в защитной зоне ЛЭП) по вычисленным количественным параметрам, прогнозирования их развития, а также формирования рекомендаций для их устранения.3) Lack of a function for automatically identifying problem situations (defects in supports, wires, insulators, fallen trees, overheating of power line elements, fires, floods in the protective zone of power lines) based on calculated quantitative parameters, predicting their development, as well as generating recommendations for their elimination.
4) Отсутствие функции формирования трехмерной модели ЛЭП и ее защитной полосы с автоматической идентификацией элементов ЛЭП, которая позволит выполнить оценку текущего состояния ЛЭП, сформировать (или уточнить) чертежи и прочую документацию, произвести анализ на предмет ее реконструкции.4) Lack of a function for generating a three-dimensional model of a power line and its protective strip with automatic identification of power line elements, which will allow you to assess the current state of the power line, generate (or clarify) drawings and other documentation, and analyze it for its reconstruction.
Известно устройство RU 174 052 U1 «Программно-аппаратный комплекс мониторинга состояния воздушных линий электропередач», содержащее беспилотный летательный аппарат 1, на борту которого расположены цифровая фотокамера 2, тепловизионный сканер 3, лазерный сканер 4, навигационный GPS_ГЛОНАСС приемник 5 и инерциальная навигационная система 6. Кроме того, устройство содержит информационно-вычислительный блок 7, находящийся на борту беспилотного летательного аппарата 1 и выполненный с возможностью связи с наземной станцией оператора 8. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства мониторинга состояния воздушных линий электропередач, выполненного в виде летательного средства, в части одновременного получения комплексной диагностической информации о состоянии линий электропередач и повышения за счет этого оперативности и точности.A known device is RU 174 052 U1 “Software and hardware complex for monitoring the condition of overhead power lines”, containing an unmanned aerial vehicle 1, on board of which there is a digital camera 2, a thermal imaging scanner 3, a laser scanner 4, a navigation GPS_GLONASS receiver 5 and an inertial navigation system 6. In addition, the device contains an information and computing unit 7 located on board the unmanned aerial vehicle 1 and configured to communicate with the operator's ground station 8. The technical result is an expansion of the functionality of the device for monitoring the condition of overhead power lines, made in the form of an aircraft, in part simultaneously obtaining comprehensive diagnostic information about the condition of power lines and thereby increasing efficiency and accuracy.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:
1) Применение одного БПЛА, что оказывает негативное влияние на следующие факторы:1) The use of one UAV, which has a negative impact on the following factors:
- производительность (для выполнения обследования ЛЭП требуется больше времени в сравнении с группой БПЛА);- productivity (it takes more time to perform a power line survey compared to a UAV group);
- точность результата (получение подробной модели ЛЭП, выполненной в крупном масштабе, осложняется как необходимостью подзарядки аккумуляторной батареи, либо дозаправки БПЛА, так и существенными временными затратами, связанными с подробной съемкой каждого элемента ЛЭП);- accuracy of the result (obtaining a detailed model of a power line made on a large scale is complicated by both the need to recharge the battery or refuel the UAV, as well as the significant time costs associated with detailed shooting of each element of the power line);
- ограничение числа одновременно применяемых датчиков (одновременное применение датчиков нескольких типов ограничено грузоподъемностью БПЛА, существенными объемами потребления заряда аккумуляторной батареи, либо топлива).- limiting the number of simultaneously used sensors (the simultaneous use of several types of sensors is limited by the carrying capacity of the UAV, significant amounts of battery charge or fuel consumption).
2) Отсутствие функции автоматического выявления проблемных ситуаций (дефекты опор, проводов, изоляторов, упавшие деревья, перегрев элементов ЛЭП, пожары, наводнения в защитной зоне ЛЭП) по вычисленным количественным параметрам, прогнозирования их развития, а также формирования рекомендаций для их устранения.2) Lack of a function for automatically identifying problem situations (defects in supports, wires, insulators, fallen trees, overheating of power line elements, fires, floods in the protective zone of power lines) based on calculated quantitative parameters, predicting their development, as well as generating recommendations for their elimination.
3) Большое количество датчиков, установленных на БПЛА, влечет существенные объемы потребления электроэнергии и, как следствие, необходимость частой подзарядки, либо дозаправки БПЛА в процессе работы.3) A large number of sensors installed on a UAV entails significant amounts of electricity consumption and, as a result, the need for frequent recharging or refueling of the UAV during operation.
4) Отсутствие возможности передачи результатов мониторинга ЛЭП на наземную станцию в процессе полета БПЛА, что позволило бы ускорить процедуру обработки этих данных (на наземной станции), а также снизило бы риски утери этих данных в результате крушения или повреждения БПЛА.4) The inability to transmit power line monitoring results to a ground station during the flight of the UAV, which would speed up the procedure for processing this data (at the ground station), and would also reduce the risk of losing this data as a result of a crash or damage to the UAV.
Известно устройство «Роботизированный комплекс контроля линий электропередач и электроподстанций» RU 2 464 643 C1. Заявленное изобретение относится к комплексу, который предназначен для контроля высоковольтных линий и электроподстанций, установленных на участках значительной протяженности. Заявленный комплекс осуществляет патрулирование геликоптером участка в 200 километров до 12 раз в сутки, в любую погоду. При этом осуществляет контроль состояния изоляторов, подвесов, мест соединений и подключений. Контролирует уровень зарастания деревьями и кустарником линей электропередач (далее - ЛЭП), нахождение в районе опор и подстанций посторонних людей. Контролирует противопожарную обстановку на всем протяжении. Формирует отчеты для предоставления ответственным лицам, и взаимодействует с ремонтными бригадами. При запросе зависает над проблемным участком и передает, в режиме реального времени, общую картину происшествия подробное изображение проблемных частей, включая температуру и изображение в ультрафиолете, позволяющее реально оценить происшествие.The device “Robotic complex for monitoring power lines and electrical substations” RU 2 464 643 C1 is known. The claimed invention relates to a complex that is intended for monitoring high-voltage lines and electrical substations installed over areas of considerable length. The declared complex carries out helicopter patrols of an area of 200 kilometers up to 12 times a day, in any weather. At the same time, it monitors the condition of insulators, suspensions, joints and connections. Controls the level of overgrowth of trees and shrubs on power lines (hereinafter referred to as power lines), and the presence of unauthorized people in the area of supports and substations. Monitors the fire situation throughout. Generates reports for submission to responsible persons, and interacts with repair teams. When requested, it hovers over the problem area and transmits, in real time, the overall picture of the incident, a detailed image of the problem parts, including temperature and ultraviolet image, allowing a realistic assessment of the incident.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:
1) Применение одного БПЛА, что оказывает негативное влияние на следующие факторы:1) The use of one UAV, which has a negative impact on the following factors:
- производительность (для выполнения обследования ЛЭП требуется больше времени в сравнении с группой БПЛА);- productivity (it takes more time to perform a power line survey compared to a UAV group);
- точность результата (получение подробной модели ЛЭП, выполненной в крупном масштабе, осложняется как необходимостью подзарядки аккумуляторной батареи БПЛА, так и существенными временными затратами, связанными с подробной съемкой каждого элемента ЛЭП);- accuracy of the result (obtaining a detailed model of a power line made on a large scale is complicated both by the need to recharge the UAV battery and by the significant time costs associated with detailed shooting of each element of the power line);
- ограничение числа одновременно применяемых датчиков (одновременное применение датчиков нескольких типов ограничено грузоподъемностью БПЛА, существенными объемами потребления заряда аккумуляторной батареи).- limiting the number of simultaneously used sensors (simultaneous use of several types of sensors is limited by the UAV’s carrying capacity and significant amounts of battery charge consumption).
2) Отсутствие функции формирования трехмерной модели ЛЭП и ее защитной полосы с автоматической идентификацией элементов ЛЭП, которая позволит выполнить оценку текущего состояния ЛЭП, сформировать (или уточнить) информационную модель ЛЭП, выполнить построение чертежей и прочей документации (отдельных элементов ЛЭП, участков), произвести анализ на предмет необходимости ее реконструкции.2) Lack of a function for generating a three-dimensional model of a power line and its protective strip with automatic identification of power line elements, which will allow you to assess the current state of power lines, generate (or clarify) an information model of power lines, construct drawings and other documentation (individual elements of power lines, sections), produce analysis for the need for its reconstruction.
3) Установка точек доступа через семь километров по маршруту движения БПЛА, а также монтаж связывающей их линии связи (для образования бесшовного поля wi-fi) является трудоемким процессом и требует существенных финансовых затрат.3) Installing access points seven kilometers along the UAV’s route, as well as installing a communication line connecting them (to form a seamless wi-fi field) is a labor-intensive process and requires significant financial costs.
4) Установка автоматического комплекса обслуживания комплекс исключительно в середине маршрута. Понятие «середина маршрута» зависит от протяженности самого маршрута и в определенных случаях БПЛА может не хватить топлива, чтобы до нее добраться.4) Installation of an automatic service complex exclusively in the middle of the route. The concept of “route middle” depends on the length of the route itself and in certain cases the UAV may not have enough fuel to reach it.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство RU 2 789 896 C1 «Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния ЛЭП».The closest to the claimed technical solution in terms of technical essence and achieved technical result is the device RU 2 789 896 C1 “Intelligent system for automatic remote monitoring of power line condition.”
Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния ЛЭП, состоящая из группы всепогодных БПЛА, автоматизированного комплекса обслуживания, центра обработки информации и программного обеспечения, при этом каждый БПЛА оснащен лазерным сканером, ИК-камерой, УФ-камерой, формирующими комплексную модель участка ЛЭП и охранной зоны, включающую трехмерную, ПК и УФ-модели, перечень идентифицированных элементов ЛЭП, а также объектов охранной зоны, перечень идентифицированных угроз и опасных ситуаций, и управляется двумя программами, при этом первая отвечает за непосредственное управление аппаратом, высоту, скорость полета, сканирование окружающего пространства и уклонение от столкновений, контролируя условия полета, формирует адекватную реакцию на изменение погодных условий, поддерживает канал связи и передачу информации, прием команд с центрального сервера, корректирует полетное задание, вторая программа установлена на центральном сервере и осуществляет прием и обработку данных, полученных с БПЛА, осуществляет аналитику видеопотока, формирует отчеты, команды на изменение полетного задания, архивирует информацию и высылает отчеты ответственным лицам, автоматический комплекс обслуживания обеспечивает прием БПЛА, анализ технического состояния, дозаправку, скачивает информацию, накопленную за время полета, на внутренние носители, обеспечивает вылет БПЛА по графику облета, передает информацию на центральный сервер, комплекс работает автономно, представляет собой бокс, в который приземляется БПЛА, в состав комплекса входят заправочная емкость и устройство для автоматической заправки, дополнительно бокс оборудован емкостью с жидкостью, препятствующей обледенению, и устройствами орошения винтов, при этом правление комплексом обслуживания осуществляется программным обеспечением, установленным на центральный сервер, центральный сервер выполнен с возможностью расположения в любом удобном для работы месте, осуществляет функции приема, накопления и хранения информации, обеспечивает постоянную аналитику получаемой информации, осуществляет рассылку, содержащую сведения аналитики, формирует сводную справку о результатах контроля и анализа происшествий и состояния контролируемых объектов, оборудования, осуществляет доступ сотрудников к архивам и базам данных, при этом БПЛА по уровню иерархии делятся на ведущие и вспомогательные, которые находятся в подчинении у ведущих и используются для более детального обследования ЛЭП и охранной зоны, число ведущих БПЛА составляет один на полосу шириной 30 м между правой и левой границами охранной зоны ЛЭП, число вспомогательных БПЛА на один ведущий БПЛА составляет два, если ведущий БПЛА выполняет обследование непосредственно ЛЭП, или один, если ведущий БПЛА выполняет обследование охранной зоны ЛЭП, кроме того, БПЛА вне зависимости от типа включает аппаратно-программный комплекс БПЛА, соответствующий первой программе, систему приводов, топливный бак, приемо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км, обеспечивающую радиомост непосредственно между БПЛА, между БПЛА и центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с, при этом аппаратно-программный комплекс БПЛА состоит из подсистемы машинного зрения, подсистемы управления памятью, подсистемы управления, подсистемы навигации, реализованной на базе навигатора GPS или ГЛОНАСС, при этом подсистема машинного зрения и подсистема управления интегрированы в прошивку отдельных высокопроизводительных микроконтроллеров, при этом подсистема машинного зрения включает комплект бортовых датчиков, включающий лазерное сканирующее устройство с функцией определения цветности точек, ИК-камеру, УФ-камеру, блок 3D-реконструкции, блок анализа данных ПК-съемки, блок анализа данных УФ-съемки, блок комплексирования информации, блок распознавания образов, подсистема управления памятью включает блок памяти допустимых значений диагностируемых параметров, блок хранения весовых коэффициентов сверточной нейронной сети, буфер собранных данных, базу знаний подсистемы управления, подсистема управления включает блок управления, блок прогнозирования траектории полета, блок формирования управляющих воздействий, блок координации, блок самодиагностики, кроме того, центральный сервер включает аппаратно-программный комплекс центрального сервера, соответствующий второй программе, приемо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км, обеспечивающую радиомост непосредственно между БПЛА, между БПЛА и центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с, устройство ввода, устройство вывода, при этом результатом работы центрального сервера является комплексная модель ЛЭП, включающая трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны, ПК-модель ЛЭП и охранной зоны, УФ-модель ЛЭП и охранной зоны, детализованные трехмерные, ПК, УФ-модели отдельных элементов ЛЭП с указанием типов и географических координат этих элементов, стрела провиса проводов, угол наклона опор ЛЭП, смещение опор ЛЭП, прогноз развития идентифицированных угроз и опасных ситуаций, перечень рекомендаций для ЛПР по устранению выявленных на ЛЭП угроз и опасных ситуаций, кроме того автоматический комплекс обслуживания включает приемо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км, обеспечивающую радиомост с центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с.Техническим результатом прототипа является повышение скорости и надежности процесса мониторинга состояния ЛЭП, а также точности получаемого результата, снижение издержек, связанных с монтажом и обслуживанием системы связи и передачи информации.An intelligent system for automatic remote monitoring of the condition of power lines, consisting of a group of all-weather UAVs, an automated maintenance complex, an information processing center and software, with each UAV equipped with a laser scanner, an IR camera, a UV camera, forming a comprehensive model of the power line section and the security zone, including three-dimensional, PC and UV models, a list of identified power line elements, as well as objects of the security zone, a list of identified threats and dangerous situations, and is controlled by two programs, while the first is responsible for direct control of the device, altitude, flight speed, scanning of the surrounding space and collision avoidance, controlling flight conditions, forms an adequate response to changing weather conditions, maintains a communication channel and information transfer, receives commands from the central server, adjusts the flight mission, the second program is installed on the central server and receives and processes data received from the UAV, carries out video stream analytics, generates reports, commands to change the flight task, archives information and sends reports to responsible persons, an automatic service complex provides UAV reception, technical condition analysis, refueling, downloads information accumulated during the flight to internal media, ensures UAV departure flight schedule, transmits information to the central server, the complex operates autonomously, is a box in which the UAV lands, the complex includes a refueling tank and a device for automatic refueling, the box is additionally equipped with a tank with anti-icing liquid and propeller irrigation devices, when In this case, management of the service complex is carried out by software installed on the central server, the central server can be located in any place convenient for work, performs the functions of receiving, accumulating and storing information, provides constant analytics of the received information, carries out mailing containing analytics information, and generates a summary a certificate of the results of monitoring and analysis of incidents and the state of controlled objects, equipment, provides employees with access to archives and databases, while UAVs are divided by hierarchy level into leading and auxiliary, which are subordinate to the leading ones and are used for a more detailed inspection of power lines and security zone, the number of leading UAVs is one per strip 30 m wide between the right and left boundaries of the power line security zone, the number of auxiliary UAVs per one leading UAV is two, if the leading UAV is inspecting the power line itself, or one, if the leading UAV is inspecting the power line security zone In addition, the UAV, regardless of type, includes the UAV hardware and software complex corresponding to the first program, a drive system, a fuel tank, a transceiver antenna with a coverage radius of 240 km, providing a radio bridge directly between the UAV, between the UAV and the central server at a speed not less than 50 Mbit/s, while the UAV hardware and software complex consists of a machine vision subsystem, a memory management subsystem, a control subsystem, a navigation subsystem implemented on the basis of a GPS or GLONASS navigator, while the machine vision subsystem and the control subsystem are integrated into the firmware of individual high-performance microcontrollers, while the machine vision subsystem includes a set of on-board sensors, including a laser scanning device with the function of determining the color of points, an IR camera, a UV camera, a 3D reconstruction unit, a PC data analysis unit, a UV imaging data analysis unit, information integration block, pattern recognition block, memory management subsystem includes a memory block for acceptable values of diagnosed parameters, a storage block for weight coefficients of a convolutional neural network, a buffer of collected data, a knowledge base of the control subsystem, the control subsystem includes a control block, a flight trajectory prediction block, a control generation block influences, a coordination unit, a self-diagnosis unit, in addition, the central server includes a central server hardware and software complex corresponding to the second program, a transceiver antenna with a coverage radius of 240 km, providing a radio bridge directly between the UAV, between the UAV and the central server at a speed not less than 50 Mbit/s, input device, output device, while the result of the work of the central server is a comprehensive model of power lines, including a three-dimensional model of power lines and a security zone, a PC model of power lines and a security zone, a UV model of power lines and a security zone, detailed three-dimensional, PC, UV models of individual power line elements indicating the types and geographical coordinates of these elements, sag of wires, angle of inclination of power line supports, displacement of power line supports, forecast of the development of identified threats and dangerous situations, list of recommendations for decision makers to eliminate threats and dangerous ones identified on power lines situations, in addition, the automatic service complex includes a transceiver antenna with a coverage radius of 240 km, providing a radio bridge with a central server at a speed of at least 50 Mbit/s. The technical result of the prototype is to increase the speed and reliability of the process of monitoring the condition of power lines, as well as the accuracy of the resulting result, reducing costs associated with the installation and maintenance of a communication and information transmission system.
Недостатки прототипа:Prototype disadvantages:
1) Применение БПЛА, основанных на двигателях внутреннего сгорания (ДВС), требующих более сложного обслуживания по сравнению с электродвигателями.1) The use of UAVs based on internal combustion engines (ICE), which require more complex maintenance compared to electric motors.
2) Применение в ДВС бензина в качестве топлива влечет повышенные требования к технике безопасности, особенно вблизи ЛЭП.2) The use of gasoline as fuel in internal combustion engines entails increased safety requirements, especially near power lines.
3) Необходимость в хранении на автоматическом комплексе обслуживания запаса топлива для заправки БПЛА.3) The need to store fuel reserves at the automatic maintenance complex for refueling the UAV.
4) Воздушный лазерный сканер обладает большей массой и энергопотреблением, чем фотограмметрическая камера с аналогичной точностью.4) An airborne laser scanner has greater mass and power consumption than a photogrammetric camera with similar accuracy.
5) Применение группы БПЛА оправдано при формировании трехмерной модели ЛЭП, а также выявлении незначительных повреждений ее элементов (однако способных потенциально оказать негативное влияние на работоспособность ЛЭП). При этом применение группы БПЛА на регулярной основе с целью выявления потенциальных злоумышленников, находящихся в охранной зоне ЛЭП, или оперативного мониторинга состояния ЛЭП и ширины просеки не является целесообразным.5) The use of a group of UAVs is justified when forming a three-dimensional model of power lines, as well as identifying minor damage to its elements (however, they can potentially have a negative impact on the performance of power lines). At the same time, the use of a group of UAVs on a regular basis in order to identify potential intruders located in the security zone of power lines, or to quickly monitor the condition of power lines and the width of the clearing is not advisable.
Технической задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков прототипа, а также повышение скорости и качества мониторинга состояния ЛЭП.The technical objective of the claimed invention is to eliminate the shortcomings of the prototype, as well as to increase the speed and quality of monitoring the condition of power lines.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение непрерывности процесса мониторинга состояния и безопасности ЛЭП за счет сниженияThe technical result of the claimed invention is to ensure the continuity of the process of monitoring the condition and safety of power lines by reducing
- издержек и рисков, связанных с применением и обслуживанием БПЛА, основанных на ДВС (взрывоопасность таких БПЛА, необходимость их дозаправки в процессе работы);- costs and risks associated with the use and maintenance of UAVs based on internal combustion engines (the explosion hazard of such UAVs, the need to refuel them during operation);
- издержек, связанных с применением лазерных сканеров для осуществления съемки ЛЭП и ее охранной зоны (существенная масса и энергопотребление лазерных сканеров).- costs associated with the use of laser scanners for surveying power lines and its security zone (considerable weight and energy consumption of laser scanners).
Технический результат достигается тем, что интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния и безопасности ЛЭП в непрерывном режиме, состоящая из группы всепогодных БПЛА, автоматизированного комплекса обслуживания, центра обработки информации и программного обеспечения, при этом каждый БПЛА оснащен ИК-камерой, и управляется двумя программами, при этом первая отвечает за непосредственное управление аппаратом, высоту, скорость полета, сканирование окружающего пространства и уклонение от столкновений, контролируя условия полета, формирует адекватную реакцию на изменение погодных условий, поддерживает канал связи и передачу информации, прием команд с центрального сервера, корректирует полетное задание, вторая программа установлена на центральном сервере и осуществляет прием и обработку данных, полученных с БПЛА, осуществляет аналитику видеопотока, формирует отчеты, команды на изменение полетного задания, архивирует информацию и высылает отчеты ответственным лицам, автоматический комплекс обслуживания обеспечивает прием БПЛА, анализ технического состояния, скачивает информацию, накопленную за время полета, на внутренние носители, обеспечивает вылет БПЛА по графику облета, передает информацию на центральный сервер, комплекс работает автономно, представляет собой бокс, в который приземляется БПЛА, дополнительно бокс оборудован емкостью с жидкостью, препятствующей обледенению, и устройствами орошения винтов, при этом правление комплексом обслуживания осуществляется программным обеспечением, установленным на центральный сервер, центральный сервер выполнен с возможностью расположения в любом удобном для работы месте, осуществляет функции приема, накопления и хранения информации, обеспечивает постоянную аналитику получаемой информации, осуществляет рассылку, содержащую сведения аналитики, формирует сводную справку о результатах контроля и анализа происшествий и состояния контролируемых объектов, оборудования, осуществляет доступ сотрудников к архивам и базам данных, БПЛА вне зависимости от типа включает аппаратно-программный комплекс БПЛА, соответствующий первой программе, систему приводов, топливный бак, при этом аппаратно-программный комплекс БПЛА состоит из подсистемы машинного зрения, подсистемы управления памятью, подсистемы управления, подсистемы навигации, реализованной на базе навигатора GPS или ГЛОНАСС, при этом подсистема машинного зрения и подсистема управления интегрированы в прошивку отдельных высокопроизводительных микроконтроллеров, при этом подсистема машинного зрения включает комплект бортовых датчиков, включающий ИК-камеру, блок 3D-реконструкции, блок анализа данных ИК-съемки, блок комплексирования информации, блок распознавания образов, подсистема управления памятью включает блок памяти допустимых значений диагностируемых параметров, блок хранения весовых коэффициентов сверточной нейронной сети, буфер собранных данных, базу знаний подсистемы управления, подсистема управления включает блок управления, блок прогнозирования траектории полета, блок формирования управляющих воздействий, блок координации, блок самодиагностики, кроме того, центральный сервер включает аппаратно-программный комплекс центрального сервера, соответствующий второй программе, приемо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км, обеспечивающую радиомост непосредственно между БПЛА, между БПЛА и центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с, устройство ввода, устройство вывода, при этом результатом работы центрального сервера является комплексная модель ЛЭП, включающая трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны, ИК-модель ЛЭП и охранной зоны, детализованные трехмерные, ИК-модели отдельных элементов ЛЭП с указанием типов и географических координат этих элементов, стрела провиса проводов, угол наклона опор ЛЭП, смещение опор ЛЭП, прогноз развития идентифицированных угроз и опасных ситуаций, перечень рекомендаций для ЛПР по устранению выявленных на ЛЭП угроз и опасных ситуаций, отличающаяся тем, что применяемые БПЛА оснащены электродвигателем и аккумуляторной батареей, приемо-передающей антенной, представляющей модуль спутниковой связи, обеспечивающий обмен сообщениями объемом не менее 1 кБайт с частотой не менее одного сообщения в минуту, фотограмметрической камерой, формирующих комплексную модель участка ЛЭП и охранной зоны, включающих трехмерную, ИК-модели, перечень идентифицированных элементов ЛЭП, а также объектов охранной зоны, перечень идентифицированных угроз и опасных ситуаций, при этом БПЛА делятся на основные и резервные, находящиеся в подчинении у основных и используются для более детального обследования ЛЭП и охранной зоны, автоматический комплекс обслуживания объединен со станцией базирования БПЛА, которая устанавливается на трансформаторных подстанциях, обеспечивает одновременную зарядку аккумуляторной батареи двух БПЛА.The technical result is achieved by the fact that an intelligent system for automatic remote monitoring of the condition and safety of power lines in a continuous mode, consisting of a group of all-weather UAVs, an automated maintenance complex, an information processing center and software, with each UAV equipped with an IR camera and controlled by two programs, in this case, the first is responsible for direct control of the device, altitude, flight speed, scanning the surrounding space and avoiding collisions, controlling flight conditions, forms an adequate response to changing weather conditions, maintains a communication channel and information transfer, receives commands from the central server, adjusts the flight mission , the second program is installed on the central server and receives and processes data received from the UAV, performs video stream analytics, generates reports, commands to change the flight task, archives information and sends reports to responsible persons, an automatic service complex provides UAV reception, technical condition analysis, downloads information accumulated during the flight onto internal media, ensures the UAV takes off according to the flight schedule, transmits information to the central server, the complex operates autonomously, is a box in which the UAV lands, additionally the box is equipped with a container with anti-icing liquid and devices irrigation of screws, while the management of the service complex is carried out by software installed on the central server, the central server is designed to be located in any place convenient for work, performs the functions of receiving, accumulating and storing information, provides constant analytics of the received information, and carries out mailing containing information analysts, generates a summary report on the results of monitoring and analysis of incidents and the state of monitored objects, equipment, provides employees with access to archives and databases, the UAV, regardless of the type, includes the UAV hardware and software complex corresponding to the first program, a drive system, a fuel tank, In this case, the UAV hardware and software complex consists of a machine vision subsystem, a memory management subsystem, a control subsystem, a navigation subsystem implemented on the basis of a GPS or GLONASS navigator, while the machine vision subsystem and the control subsystem are integrated into the firmware of individual high-performance microcontrollers, while the machine vision subsystem includes a set of onboard sensors, including an IR camera, a 3D reconstruction unit, an IR data analysis unit, an information integration unit, a pattern recognition unit, a memory management subsystem includes a memory unit for acceptable values of diagnosed parameters, a unit for storing weight coefficients of a convolutional neural network, a buffer collected data, the knowledge base of the control subsystem, the control subsystem includes a control unit, a flight trajectory prediction unit, a control action generation unit, a coordination unit, a self-diagnosis unit, in addition, the central server includes a central server hardware and software complex corresponding to the second program, transceiver an antenna with a coverage radius of 240 km, providing a radio bridge directly between the UAV, between the UAV and the central server with a speed of at least 50 Mbit/s, an input device, an output device, and the result of the work of the central server is a comprehensive model of power lines, including a three-dimensional model of power lines and security zone, IR model of power lines and security zones, detailed three-dimensional, IR models of individual power line elements indicating the types and geographic coordinates of these elements, wire sag, angle of inclination of power line supports, displacement of power line supports, forecast of the development of identified threats and dangerous situations, a list of recommendations for decision makers to eliminate threats and dangerous situations identified on power lines, characterized in that the UAVs used are equipped with an electric motor and battery, a transceiver antenna representing a satellite communication module that ensures the exchange of messages with a volume of at least 1 kByte with a frequency of at least one message per minute, with a photogrammetric camera, forming a comprehensive model of the power line section and the security zone, including three-dimensional, IR models, a list of identified elements of the power line, as well as objects of the security zone, a list of identified threats and dangerous situations, while UAVs are divided into main and backup, located subordinate to the main ones and used for a more detailed inspection of power lines and security zones, the automatic service complex is combined with a UAV base station, which is installed at transformer substations and ensures simultaneous charging of the battery of two UAVs.
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.The invention is illustrated by the following illustrations.
На фиг.1 изображена общая схема системы.Figure 1 shows a general diagram of the system.
На фиг.1 изображены:Figure 1 shows:
1 - линия электропередачи (ЛЭП);1 - power transmission line (PTL);
2 - опоры ЛЭП;2 - power line supports;
3 - трансформаторные подстанции;3 - transformer substations;
4-6 - БПЛА (геликоптеры), оснащенные электрическим двигателем и аккумуляторной батареей, фотограмметрической камерой, ИК-камерой, приемо-передающей антенной (должна обеспечивать связь с базовыми станциями в формате текстовых сообщений, может представлять GSM-модуль или модуль спутниковой связи), микропроцессором и постоянным запоминающим устройством, полностью автономны от оператора, ориентацию в пространстве осуществляют на основании подсистем машинного зрения и навигации. При этом БПЛА 4-5 - являются основными, 6 - резервным (включается в работу в следующих случаях: при необходимости съемки отдельных элементов ЛЭП, угроз, опасных ситуаций с высокой степенью детализации; при необходимости обеспечения облета участка ЛЭП с высокой степенью интенсивности);4-6 - UAVs (helicopters) equipped with an electric motor and a battery, a photogrammetric camera, an IR camera, a transceiver antenna (must provide communication with base stations in the format of text messages, can be a GSM module or a satellite communication module), microprocessor and read-only memory, completely autonomous from the operator, orientation in space is carried out on the basis of machine vision and navigation subsystems. In this case, UAVs 4-5 are the main ones, 6 are the backup ones (they are included in the work in the following cases: if it is necessary to photograph individual elements of power lines, threats, dangerous situations with a high degree of detail; if it is necessary to provide overflight of a power line section with a high degree of intensity);
7 - центральный сервер (высокопроизводительная ЭВМ);7 - central server (high-performance computer);
8, 9 - станции базирования и автоматического обслуживания БПЛА (далее базовые станции). Устанавливаются на трансформаторных подстанциях, представляет собой бокс, в который приземляется БПЛА, обеспечивающий анализ технического состояния БПЛА, зарядку аккумуляторной батареи. Скачивают информацию, накопленную за время полета на внутренние носители, обеспечивает вылет геликоптера по графику облета, передает информацию, собранную геликоптерами, на центральный сервер. Включают приемо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км., обеспечивающую радиомост с центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с (может быть заменена на эквивалентную приемо-передающую антенну, используемую для нужд трансформаторной подстанции). Базовые станции должны обеспечивать одновременную подзарядку двух БПЛА. Расстояние между базовыми станциями 8-9 должно подбираться с таким расчетом, чтобы у БПЛА хватило заряда аккумуляторной батареи для его пролета (например, для ВЛ 35 кВ среднее расстояние между трансформаторными подстанциями примерно 35 км.);8, 9 - UAV basing and automatic maintenance stations (hereinafter referred to as base stations). Installed at transformer substations, it is a box in which the UAV lands, providing analysis of the technical condition of the UAV and charging the battery. They download the information accumulated during the flight onto internal media, ensure the helicopter takes off according to the flight schedule, and transmit the information collected by the helicopters to the central server. Includes a transceiver antenna with a coverage radius of 240 km, providing a radio bridge with a central server at a speed of at least 50 Mbit/s (can be replaced with an equivalent transceiver antenna used for the needs of a transformer substation). Base stations must provide simultaneous charging of two UAVs. The distance between base stations 8-9 should be selected in such a way that the UAV has enough battery charge to fly it (for example, for a 35 kV overhead line, the average distance between transformer substations is approximately 35 km);
10 - лицо, принимающее решение (ЛПР).10 - decision maker (DM).
В сравнении с устройством RU 2 789 896 C1 «Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния ЛЭП» также внесены изменения в следующие элементы:In comparison with the device RU 2 789 896 C1 “Intelligent system for automatic remote monitoring of power line condition”, changes have also been made to the following elements:
1) Объединены элементы автоматический комплекс обслуживания и базовая станция в элемент «станция базирования и автоматического обслуживания БПЛА», который располагается на трансформаторных подстанциях, служит для временного хранения информации, собранной БПЛА, для связи с центральным сервером, базирования БПЛА и зарядки аккумуляторной батареи.1) The elements of the automatic maintenance complex and the base station are combined into the element “UAV basing and automatic maintenance station”, which is located at transformer substations and serves for temporary storage of information collected by the UAV, for communication with the central server, basing the UAV and charging the battery.
2) Центральный сервер: подсистема обработки данных, полученных от БПЛА: исключен блок формирования УФ-модели ЛЭП, а также окружающего пространства.2) Central server: subsystem for processing data received from the UAV: the block for generating a UV model of power lines, as well as the surrounding space, is excluded.
3) БПЛА:3) UAV:
- топливный бак заменен на аккумуляторную батарею;- the fuel tank was replaced with a battery;
- приемо-передающая антенна (масса - не более 0,3 кг, ширина полосы - 80/40/20/10/5 МГц, скорость передачи данных - 50 - 300 Мбит/с в радиусе не менее 240 км) заменена на приемо-передающую антенну (GSM-модуль или модуль спутниковой связи, обеспечивающий обмен сообщениями объемом не менее 1 кБайт с частотой не менее одного сообщения в минуту).- the transmitting and receiving antenna (weight - no more than 0.3 kg, bandwidth - 80/40/20/10/5 MHz, data transmission speed - 50 - 300 Mbit/s within a radius of at least 240 km) was replaced with a receiving antenna transmitting antenna (GSM module or satellite communication module that ensures the exchange of messages with a volume of at least 1 kByte with a frequency of at least one message per minute).
4) Подсистемы машинного зрения БПЛА:4) UAV machine vision subsystems:
- лазерное сканирующее устройство с функцией определения цветности точек заменено на фотограмметрическую камеру;- the laser scanning device with the function of determining the color of dots has been replaced with a photogrammetric camera;
- исключены УФ-камера, блок анализа данных УФ-съемки.- UV camera and UV data analysis unit are excluded.
Далее приводится описание работы системы.The following is a description of how the system works.
1) Центральный сервер 7 на основании координат ЛЭП, введенных ЛПР 10, формирует полетное задание и передает его на БПЛА 4-5.1) The central server 7, based on the power line coordinates entered by the decision maker 10, generates a flight mission and transmits it to the UAV 4-5.
Полетное задание имеет следующий формат:The flight mission has the following format:
{<ptE>, sb, reg, int},{<ptE>, sb, reg, int},
где ptE - координаты конечной точки траектории, формируемой БПЛА (в качестве начальной точки берется базовая станция, на которой находится БПЛА в данный момент, например 9, конечной точкой может быть только другая базовая станция, например 8), sb - параметры полосы сканирования (координаты левой нижней точки, ширина полосы), reg - режим работы БПЛА (за исключением аварийного режима, который может быть активирован только в процессе работы), в частности:where ptE are the coordinates of the end point of the trajectory formed by the UAV (the base station at which the UAV is currently located is taken as the starting point, for example 9, the end point can only be another base station, for example 8), sb are the scanning strip parameters (coordinates lower left point, bandwidth), reg - UAV operating mode (with the exception of emergency mode, which can only be activated during operation), in particular:
а) мониторинг угроз и опасных ситуаций;a) monitoring threats and dangerous situations;
б) мониторинг угроз и опасных ситуаций и формирование комплексной модели ЛЭП и охранной зоны;b) monitoring of threats and dangerous situations and the formation of a comprehensive model of power lines and security zones;
int - степень интенсивности полетов БПЛА:int - degree of intensity of UAV flights:
- высокая - облет ЛЭП выполняют все три БПЛА (4-6), после выполнения зарядки аккумуляторной батареи БПЛА сразу возвращается к работе;- high - all three UAVs (4-6) fly over the power lines; after charging the battery, the UAV immediately returns to work;
- средняя - облет участка ЛЭП выполняется с временным интервалом менее 3-х часов, к облету привлекаются БПЛА 4-5, БПЛА 6 включается в работу в случаях: при необходимости съемки отдельных элементов ЛЭП, угроз, опасных ситуаций с высокой степенью детализации; при необходимости обеспечения облета участка ЛЭП с высокой степенью интенсивности;- medium - flight over a power line section is carried out with a time interval of less than 3 hours, UAVs 4-5 are involved in the flight, UAV 6 is included in the work in the following cases: if it is necessary to photograph individual elements of power lines, threats, dangerous situations with a high degree of detail; if it is necessary to ensure flight over a power line section with a high degree of intensity;
- низкая - облет участка ЛЭП выполняется с временным интервалом 3 часа и более к облету привлекаются БПЛА 4-5, БПЛА 6 включается в работу в случаях: при необходимости съемки отдельных элементов ЛЭП, угроз, опасных ситуаций с высокой степенью детализации; при необходимости обеспечения облета участка ЛЭП с высокой степенью интенсивности.- low - flyover of a power line section is carried out with a time interval of 3 hours or more, UAVs 4-5 are involved in the flyover, UAV 6 is included in the work in the following cases: if it is necessary to photograph individual elements of power lines, threats, dangerous situations with a high degree of detail; if necessary, ensure flight over a power line section with a high degree of intensity.
Актуальность комплексной модели ЛЭП и охранной зоны (включает трехмерную модель и термограмму) может сохраняться на протяжении длительного времени. Следовательно, нет необходимости в формировании комплексной модели при каждом вылете группы БПЛА. Выделение режимов работы («мониторинг угроз и опасных ситуаций», «мониторинг угроз и опасных ситуаций и формирование комплексной модели ЛЭП и охранной зоны») позволит снизить нагрузку на вычислительные системы и системы связи БПЛА.The relevance of a comprehensive model of power lines and a security zone (includes a three-dimensional model and a thermogram) can be maintained for a long time. Therefore, there is no need to form a complex model for each departure of a group of UAVs. Selection of operating modes (“monitoring threats and dangerous situations”, “monitoring threats and dangerous situations and forming an integrated model of power lines and security zones”) will reduce the load on the UAV’s computing systems and communication systems.
При этом под элементом ЛЭП (идентифицируются по результатам лазерного сканирования) понимаются провода, опоры, изоляторы, трансформаторы, под объектом охранной зоны (идентифицируются по результатам лазерного сканирования) - деревья, кустарники, объекты антропогенного характера (автомобили), люди.In this case, a power line element (identified by laser scanning results) means wires, supports, insulators, transformers; a security zone object (identified by laser scanning results) means trees, shrubs, anthropogenic objects (cars), people.
Под опасной ситуацией (идентифицируются по результатам лазерного сканирования, ИК и УФ-съемки) понимаются ситуации следующих видов:A dangerous situation (identified by the results of laser scanning, IR and UV photography) refers to the following types of situations:
- пожар;- fire;
- перегрев элементов ЛЭП;- overheating of power transmission line elements;
- коронные разряды на дефектных изоляторах;- corona discharges on defective insulators;
- падение деревьев на провода или опоры ЛЭП;- trees falling on power line wires or supports;
- обледенение проводов.- icing of wires.
При этом под угрозой (идентифицируются по результатам лазерного сканирования и ИК-съемки) понимаются ситуации следующих видов:In this case, a threat (identified by the results of laser scanning and IR photography) refers to the following types of situations:
- нависание дерева с риском падения на ЛЭП;- overhanging tree with risk of falling on power lines;
- сужение ширины просеки ЛЭП за счет роста деревьев и кустарников;- narrowing the width of the clearing for power lines due to the growth of trees and shrubs;
- видимые повреждения опор, проводов, изоляторов, трансформаторов;- visible damage to supports, wires, insulators, transformers;
- присутствие в охранной зоне группы ЛЭП неустановленных лиц.- presence of unidentified persons in the security zone of the power line group.
2) БПЛА 4-5 выполняют крупномасштабную съемку ЛЭП 1 и ее охранной зоны с помощью следующих бортовых датчиков: фотограмметрическая камера, ИК-камера. БПЛА 4-5 (при высокой степени интенсивности полетов - БПЛА 4-6) летят друг за другом на расстоянии, преодолеваемом ими за время не менее 2-х минут с максимальной скоростью. БПЛА с временным интервалом в 1 минуту обмениваются друг с другом и с базовой станцией сообщениями с текущими координатами в следующем формате:2) UAVs 4-5 perform a large-scale survey of power line 1 and its security zone using the following on-board sensors: photogrammetric camera, IR camera. UAVs 4-5 (at a high degree of flight intensity - UAVs 4-6) fly one after another at a distance covered by them in at least 2 minutes at maximum speed. UAVs exchange messages with current coordinates with each other and with the base station in the following format with a time interval of 1 minute:
<id,gc>,<id,gc>,
где id - уникальный идентификатор БПЛА, отправившего сообщение; coord - географические координаты БПЛА в момент отправки сообщения.where id is the unique identifier of the UAV that sent the message; coord - geographic coordinates of the UAV at the time the message was sent.
Высота полета БПЛА должна допускать ширину съемки, полностью включающую ЛЭП и охранную зону. При этом должна обеспечиваться возможность различать объекты размером в 1 см.The flight altitude of the UAV must allow for a survey width that fully includes power lines and the security zone. In this case, it should be possible to distinguish objects 1 cm in size.
Недостатком фотограмметрической камеры в сравнении с лазерным сканером, является невозможность съемки в темное время суток. Однако для ориентации БПЛА в темное время суток (вместо фотограмметрической камеры) может быть использована ИК-камера, которая также позволит оперативное идентифицировать такие угрозы, как присутствие в охранной зоне группы ЛЭП неустановленных лиц (вероятность противоправных действий со стороны таких лиц в темное время суток, как правило, выше), и опасные ситуации, как перегрев элементов ЛЭП.The disadvantage of a photogrammetric camera compared to a laser scanner is the inability to shoot in the dark. However, to orient a UAV in the dark (instead of a photogrammetric camera), an IR camera can be used, which will also make it possible to quickly identify threats such as the presence of unidentified persons in the security zone of a power line group (the likelihood of illegal actions on the part of such persons in the dark, usually higher), and dangerous situations such as overheating of power line elements.
В случае если сообщение с текущими координатами от одного БПЛА (далее - аварийный БПЛА) не было получено другими БПЛА и базовой станцией, БПЛА переходят в аварийный режим работы и выполняют следующие действия:If a message with current coordinates from one UAV (hereinafter referred to as the emergency UAV) was not received by other UAVs and the base station, the UAVs switch to emergency operation mode and perform the following actions:
- исправный БПЛА облетает территорию с центром в последней точке, координаты которой были переданы аварийным БПЛА, с радиусом, равным расстоянию, преодолеваемому БПЛА за время не менее 2-х минут с максимальной скоростью);- a serviceable UAV flies around the territory with its center at the last point, the coordinates of which were transmitted by the emergency UAV, with a radius equal to the distance covered by the UAV in at least 2 minutes at maximum speed);
- при обнаружении аварийного БПЛА посылается сигнал на центральный сервер 7;- when an emergency UAV is detected, a signal is sent to the central server 7;
- если в воздухе находились три БПЛА, то оставшийся БПЛА продолжает выполнять облет ЛЭП.- if there were three UAVs in the air, then the remaining UAV continues to fly over the power lines.
В режиме работы «мониторинг угроз и опасных ситуаций» (может быть активирован как в светлое, так и в темное время суток) БПЛА 4-5 (4-6 при высокой степени интенсивности работ) выполняют облет ЛЭП, выполняют идентификацию угроз и опасных ситуаций на ЛЭП и в охранной зоне. В случае обнаружения угрозы или опасной ситуации, БПЛА выполняет ее съемку и сохраняет в постоянной памяти (в светлое время суток для съемки используется фотограмметрическая камера, в темное время суток - ИК-камера). Текстовые сообщения об обнаруженных угрозах и опасных ситуациях в режиме реального времени передаются на центральный сервер 7 и ближайшую базовую станцию 8-9 (в случае отсутствия связи с центральным сервером). Базовая станция 8-9, обладающая более мощной приемо-передающей антенной, чем БПЛА, передает полученную информацию на центральный сервер 7. Для более детальной съемки угрозы или опасной ситуации центральный сервер может направить резервный БПЛА 6.In the operating mode “monitoring threats and dangerous situations” (can be activated both during daylight and dark hours), UAVs 4-5 (4-6 at a high level of work intensity) fly over power lines, identify threats and dangerous situations on Power lines and in the security zone. If a threat or dangerous situation is detected, the UAV takes pictures of it and stores it in permanent memory (in daylight, a photogrammetric camera is used for filming; in the dark, an IR camera is used). Text messages about detected threats and dangerous situations are transmitted in real time to the central server 7 and the nearest base station 8-9 (if there is no connection with the central server). Base station 8-9, which has a more powerful transceiver antenna than the UAV, transmits the received information to the central server 7. For more detailed shooting of a threat or dangerous situation, the central server can send a backup UAV 6.
Формат текстовых сообщений об обнаружении угроз или опасных ситуаций:Format of text messages about detection of threats or dangerous situations:
<ids,ts, gc>, где ids - идентификатор угрозы или опасной ситуации, ts - тип (класс) угрозы или опасной ситуации, gc - географические координаты опасной ситуации.<ids,ts, gc>, where ids is the identifier of the threat or dangerous situation, ts is the type (class) of the threat or dangerous situation, gc is the geographic coordinates of the dangerous situation.
Режим работы «мониторинг угроз и опасных ситуаций и формирование комплексной модели ЛЭП и охранной зоны», помимо действий, выполняемых в рамках режима работы «мониторинг угроз и опасных ситуаций», также предполагает формирование на БПЛА данных в следующих форматах:The operating mode “monitoring threats and dangerous situations and forming a comprehensive model of power lines and security zones”, in addition to the actions performed within the framework of the operating mode “monitoring threats and dangerous situations”, also involves the generation of data on the UAV in the following formats:
- Перечень идентифицированных элементов ЛЭП, а также объектов охранной зоны, состоящий из элементов следующего вида:- A list of identified elements of power lines, as well as objects of the security zone, consisting of elements of the following type:
<id,to, gc>, где id - идентификатор объекта, to - тип (класс) объекта, gc - географические координаты объекта.<id,to, gc>, where id is the object identifier, to is the type (class) of the object, gc is the geographic coordinates of the object.
- Комплексная модель участка ЛЭП и охранной зоны на основе облака точек, в котором каждая точка имеет следующее описание: - A comprehensive model of a power line section and a security zone based on a point cloud, in which each point has the following description:
<x,y,z,c,t,u,id, ids><x,y,z,c,t,u,id, ids>
где x,y,z - пространственные координаты точки; c - цветность; t - пиксель термограммы, соответствующий точке x,y,z; id - идентификатор объекта, которому принадлежит данная точка (если точка не принадлежит объекту, то id=null); ids - идентификатор опасной ситуации (различаемой БПЛА самолетного типа), которой принадлежит данная точка (если точка не принадлежит опасной ситуации, то ids=null).where x,y,z are the spatial coordinates of the point; c - chromaticity; t - thermogram pixel corresponding to point x,y,z; id - identifier of the object to which this point belongs (if the point does not belong to the object, then id=null); ids - identifier of a dangerous situation (distinguished by an aircraft-type UAV) to which this point belongs (if the point does not belong to a dangerous situation, then ids=null).
3) БПЛА 4-5 периодически выполняет самодиагностику. При этом контролируются следующие параметры: текущий уровень топлива, состояние микропроцессоров, памяти, приводов, датчиков, навигационной подсистемы.3) UAV 4-5 periodically performs self-diagnosis. In this case, the following parameters are monitored: current fuel level, state of microprocessors, memory, drives, sensors, navigation subsystem.
3.1) Если обнаружены критические неполадки микропроцессоров, памяти, приводов, датчиков (фотограмметрической камеры в светлое время суток, ИК-камеры в темное время суток), навигационной подсистемы принимается решение о срочном возвращении на ближайшую базовую станцию 8-9.3.1) If critical problems are detected with microprocessors, memory, drives, sensors (photogrammetric camera during daylight hours, IR camera during dark times), and the navigation subsystem, a decision is made to urgently return to the nearest base station 8-9.
3.2) В случае, если у БПЛА обнаружен низкий уровень заряда аккумуляторной батареи, то принимается решение о его немедленном перемещении к ближайшей базовой станции 8-9. Если текущего уровня заряда аккумуляторной батареи недостаточно для базовой станции 8-9, то БПЛА совершает посадку в пределах охранной зоны ЛЭП и активирует аварийный режим работы.3.2) If the UAV has a low battery charge level, a decision is made to immediately move it to the nearest base station 8-9. If the current battery charge level is not enough for the base station 8-9, then the UAV lands within the security zone of the power line and activates the emergency operation mode.
4) БПЛА 4-6 выгружают собранную визуальную информацию.4) UAVs 4-6 upload the collected visual information.
БПЛА 4-6 после выполнения облета участка ЛЭП и посадки выгружают всю собранную визуальную информацию (а именно, фото и видео угроз и опасных ситуаций, перечень идентифицированных элементов ЛЭП, а также объектов охранной зоны, комплексная модель участка ЛЭП и охранной зоны) на постоянные запоминающие устройства, расположенные на базовых станциях 8-9. Базовые станции 8-9 через приемо-передающие антенны передают загруженную визуальную информацию на центральный сервер 7.UAVs 4-6, after flying over the power line section and landing, upload all collected visual information (namely, photos and videos of threats and dangerous situations, a list of identified power line elements, as well as objects of the security zone, a comprehensive model of the power line section and the security zone) to permanent storage devices located at base stations 8-9. Base stations 8-9 through transceiver antennas transmit the downloaded visual information to the central server 7.
5) В зависимости от полученных от БПЛА 4-6 (через базовые станции 8-9) данных центральный сервер 7 выполняет следующие действия:5) Depending on the data received from the UAV 4-6 (via base stations 8-9) the central server 7 performs the following actions:
5.1) В режиме работы «мониторинг угроз и опасных ситуаций» (п.1, а) центральный сервер 7 выполняет анализ информации, полученной от БПЛА 4-6, на основании которой могут быть выполнены следующие действия: 5.1) In the operating mode “monitoring threats and dangerous situations” (clause 1, a), the central server 7 analyzes the information received from the UAV 4-6, on the basis of which the following actions can be performed:
а) Центральный сервер 7 незамедлительно сигнализирует об опасной ситуации ЛПР 10. В случае обнаружения угрозы достаточно оповещения ЛПР 10 в текстовом виде. В обоих случаях центральный сервер 7 предоставляет ЛПР 10 перечень рекомендаций по устранению обнаруженной угрозы или опасной ситуации.a) The central server 7 immediately signals the decision maker 10 about a dangerous situation. If a threat is detected, a notification to the decision maker 10 in text form is sufficient. In both cases, the central server 7 provides the decision maker 10 with a list of recommendations for eliminating the detected threat or dangerous situation.
б) Центральный сервер 7 записывает в постоянную память информацию об угрозе или опасной ситуации.b) The central server 7 records information about a threat or dangerous situation into permanent memory.
в) На основании сохраненных в постоянной памяти описаний угроз опасных ситуаций, происходивших ранее, сервер 7 выполняет прогноз развития текущей угрозы или опасной ситуации, а также оценивает вероятность потенциального возникновения угроз и опасных ситуаций на различных участках ЛЭП.c) Based on the descriptions of the threats of dangerous situations that occurred previously, stored in permanent memory, server 7 performs a forecast of the development of the current threat or dangerous situation, and also assesses the likelihood of the potential occurrence of threats and dangerous situations in various sections of the power line.
5.2) В режиме работы «мониторинг угроз и опасных ситуаций и формирование комплексной модели ЛЭП и охранной зоны» помимо действий, выполняемых в рамках режима «мониторинг угроз и опасных ситуаций» по полученным от БПЛА 4-6 данным (комплексная модель участка ЛЭП и охранной зоны; комплексные модели элементов ЛЭП, объектов охранной зоны, угроз, опасных ситуаций; перечень идентифицированных элементов ЛЭП, а также объектов охранной зоны; перечень идентифицированных угроз и опасных ситуаций) формирует комплексную модель ЛЭП 1, которая включает:5.2) In the operating mode “monitoring threats and dangerous situations and forming a comprehensive model of power lines and a security zone”, in addition to the actions performed within the framework of the mode “monitoring threats and dangerous situations” based on data received from UAVs 4-6 (comprehensive model of a power line section and a security zone ; complex models of power line elements, security zone objects, threats, dangerous situations; a list of identified power line elements, as well as a list of identified threats and dangerous situations) forms a comprehensive model of power line 1, which includes:
- трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны;- three-dimensional model of power lines and security zones;
- ИК-модель ЛЭП и охранной зоны;- IR model of power lines and security zone;
- трехмерные, ИК-модели отдельных элементов ЛЭП с указанием типов и географических координат этих элементов.- three-dimensional, IR models of individual power transmission line elements indicating the types and geographic coordinates of these elements.
Центральный сервер выполняет анализ трехмерной модели ЛЭП и охранной зоны с целью определения следующих параметров:The central server analyzes the three-dimensional model of power lines and the security zone in order to determine the following parameters:
- стрела провиса проводов;- wire sag;
- угол наклона опор ЛЭП;- angle of inclination of power transmission line supports;
- смещение опор ЛЭП.- displacement of power transmission line supports.
На основании трехмерной модели ЛЭП и охранной зоны центральный сервер выполняет выявление новых опасных ситуаций («пляска проводов»).Based on a three-dimensional model of the power line and the security zone, the central server identifies new dangerous situations (“dance of wires”).
На основании ретроспективных комплексных моделей ЛЭП выполняет прогнозирование развития идентифицированных угроз и опасных ситуаций.Based on retrospective integrated models, power lines predict the development of identified threats and dangerous situations.
Формируется перечень рекомендаций для ЛПР по устранению выявленных на ЛЭП угроз и опасных ситуаций.A list of recommendations is being compiled for decision makers to eliminate threats and dangerous situations identified on power lines.
Таким образом, из приведенных иллюстраций видно, что достигается поставленная техническая задача, а именно устранение недостатков прототипа, а также повышение скорости и качества мониторинга состояния ЛЭП.Thus, from the above illustrations it is clear that the stated technical task is being achieved, namely eliminating the shortcomings of the prototype, as well as increasing the speed and quality of monitoring the condition of power lines.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2821208C1 true RU2821208C1 (en) | 2024-06-18 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119067327A (en) * | 2024-11-05 | 2024-12-03 | 国网山西省电力公司朔州供电公司 | An optimization control method for power transmission line blocking operations in complex environments |
| CN119313930A (en) * | 2024-12-17 | 2025-01-14 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | A method for assessing the collapse of power facilities based on remote sensing image SAR data |
| CN120544077A (en) * | 2025-05-15 | 2025-08-26 | 广东南方电力通信有限公司 | A three-dimensional point cloud multimodal intelligent analysis system for power transmission lines |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4049803B2 (en) * | 2007-02-20 | 2008-02-20 | 好久 島田 | Garbage collection vehicle |
| US20180357788A1 (en) * | 2016-08-11 | 2018-12-13 | Changzhou Campus of Hohai University | UAV Inspection Method for Power Line Based on Human Visual System |
| RU2694016C1 (en) * | 2015-08-06 | 2019-07-08 | Эксенчер Глобал Сервисез Лимитед | Detecting the state of objects using an image processing system, a corresponding method and a persistent machine-readable medium |
| US20210173414A1 (en) * | 2019-11-22 | 2021-06-10 | JAR Scientific LLC | Cooperative unmanned autonomous aerial vehicles for power grid inspection and management |
| US11038384B2 (en) * | 2019-06-10 | 2021-06-15 | Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. | Monitoring of power systems using unmanned vehicle |
| RU2789896C1 (en) * | 2022-09-16 | 2023-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Intelligent system for automatic remote monitoring of the state of power transmission lines |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4049803B2 (en) * | 2007-02-20 | 2008-02-20 | 好久 島田 | Garbage collection vehicle |
| RU2694016C1 (en) * | 2015-08-06 | 2019-07-08 | Эксенчер Глобал Сервисез Лимитед | Detecting the state of objects using an image processing system, a corresponding method and a persistent machine-readable medium |
| US20180357788A1 (en) * | 2016-08-11 | 2018-12-13 | Changzhou Campus of Hohai University | UAV Inspection Method for Power Line Based on Human Visual System |
| US11038384B2 (en) * | 2019-06-10 | 2021-06-15 | Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. | Monitoring of power systems using unmanned vehicle |
| US20210173414A1 (en) * | 2019-11-22 | 2021-06-10 | JAR Scientific LLC | Cooperative unmanned autonomous aerial vehicles for power grid inspection and management |
| RU2789896C1 (en) * | 2022-09-16 | 2023-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Intelligent system for automatic remote monitoring of the state of power transmission lines |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119067327A (en) * | 2024-11-05 | 2024-12-03 | 国网山西省电力公司朔州供电公司 | An optimization control method for power transmission line blocking operations in complex environments |
| CN119313930A (en) * | 2024-12-17 | 2025-01-14 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | A method for assessing the collapse of power facilities based on remote sensing image SAR data |
| CN120544077A (en) * | 2025-05-15 | 2025-08-26 | 广东南方电力通信有限公司 | A three-dimensional point cloud multimodal intelligent analysis system for power transmission lines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12353222B2 (en) | Cooperative unmanned autonomous aerial vehicles for power grid inspection and management | |
| US11693402B2 (en) | Flight management system for UAVs | |
| US20230359227A1 (en) | Method and System for Providing Route of Unmanned Air Vehicle | |
| KR102658343B1 (en) | Unmanned aerial vehicle system to inspect railway assets | |
| US9678507B1 (en) | Autonomous infrastructure element survey systems and methods using UAV fleet deployment | |
| AU2012201025B2 (en) | Fire management system | |
| CN118195274B (en) | Unmanned aerial vehicle cooperative network communication method and system for urban high-voltage transmission line | |
| US20060187026A1 (en) | Tracking system and associated method | |
| CN105511495A (en) | Power line UAV intelligent inspection control method and system | |
| CN110888453A (en) | Unmanned aerial vehicle autonomous flight method for constructing three-dimensional real scene based on LiDAR data | |
| CN208873047U (en) | A kind of inspection device based on multi-rotor unmanned aerial vehicle | |
| CN113077561A (en) | Intelligent inspection system for unmanned aerial vehicle | |
| US20200380873A1 (en) | Method and system for preventing collisions between aircraft and other flying objects | |
| CN110647170B (en) | Unmanned aerial vehicle-based navigation mark inspection device and method | |
| CN108377034A (en) | Polling transmission line based on multi-rotor unmanned aerial vehicle and line map drawing system | |
| CN114675662A (en) | Unmanned aerial vehicle intelligent inspection system for wind power plant line | |
| CN114637328A (en) | A system and method for line inspection of UAV wind farm based on vehicle nest | |
| Jin et al. | Unmanned aerial vehicle (uav) based traffic monitoring and management | |
| CN112750303A (en) | Highway patrol is alert with unmanned aerial vehicle system | |
| RU2821208C1 (en) | Intelligent system for automatic remote monitoring of state and safety of power transmission lines in continuous mode | |
| CN116593660A (en) | Water quality monitoring method and system for sewage discharge of railway engineering construction site | |
| RU2829914C1 (en) | Intelligent system for automatic remote monitoring of state and safety of high-voltage power transmission lines using unmanned aerial vehicles | |
| CN119597006A (en) | Unmanned aerial vehicle inspection task automatic planning system in limited space | |
| CN112217559A (en) | Branch unmanned aerial vehicle logistics operation and maintenance system | |
| US20100102992A1 (en) | Systems and methods for remote monitoring of weather |