[0001] 本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种输电线路的自动巡视无人机系统。

[0002] 近年来，随着RTK载波相位差分、高精度激光雷达建模和人工智能图像识别等技术的发展，输电线路无人机巡检正向着自动驾驶智能巡检的方向发展；现有的输电线路自动驾驶无人机主要有以下三种类型，一是基于网络基站的自动驾驶无人机，无人机主要通过实时接收遥控器获取的网络差分数据，实现厘米级的定位精度，但由于遥控器的图像和数据传输链路通信距离限制，无人机的控制距离较短，大多只能在2km以内；二是基于机载RTK技术的自动驾驶无人机，无人机主要通过机载RTK芯片获取的网络差分数据，实现厘米级的定位精度，但其易受信号的影响，通信不稳定造成定位误差较大；三是基于固定基站的自动驾驶无人机，无人机主要通过实时接收基准站提供的差分数据，实现厘米级的定位精度，但基站有效控制距离不足，需架设在比较开阔的地方才能保证作业通信要求，也容易受附近树木或构筑物遮挡；另外，每次户外作业需携带基站，并寻找开阔的地方架设，浪费大量的时间，造成工作效率低下。

[0003] 目前，对于小型巡视无人机，目前主要是采用人工放飞的方式，这难以满足续航的要求，严重限制了无人机自主巡视的持续性。

[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 本发明提供的一种输电线路的自动巡视无人机系统，应用无人机和多个电力杆塔，其中，多个电力杆塔设于巡检区域。请参阅图1，图1示意了本发明提供的一种输电线路的自动巡视无人机系统的结构，每个电力杆塔均设有5G微基站10、储能模块20和无线充电基站30；

[0034] 5G微基站10用于为无人机提供定位坐标和电力杆塔坐标；

[0035] 其中，每个电力杆塔均设有5G微基站10，多个5G微基站10组成通信网。

[0036] 储能模块20用于为5G微基站10和无线充电基站30提供电能；

[0037] 其中，如图2所示，图2示意了储能模块的结构示意图，储能模块包括太阳能板21、电磁感应取能子模块22和蓄电池23；

[0038] 太阳能板21用于基于太阳能对蓄电池23进行充电；

[0039] 电磁感应取能子模块22用于获取电力杆塔的输电线路的电能对蓄电池23进行充电，其中，电磁感应取能子模块22包括带有气隙的磁芯。

[0040] 其中，蓄电池23可以为直流蓄电池，蓄电池23可以由多组低压电池并联组成，在放电时可以动态控制串入得电池个数，以提高放电电流大小，提高无人机充电速率。

[0041] 电磁感应取能子模块22基于电磁感应原理，同一电压等级输电线路电压基本恒定，可以方便实现低电压的转换，经整流、滤波后供给蓄电池23储能。

[0042] 为便于安装，在磁芯设计时，可选用两个C型磁芯，安装在任意一相输电导线上，经整流滤波后供给蓄电池23储能。在母线较大电流情况下，通过在磁芯接口处增加气隙的方法，可以使磁芯工作在非饱和状态下，从而避免了过高尖峰电压的产生，有效地简化和保护后端处理电路。

[0043] 同时，可以通过设计最大负荷电流即可求得气隙间距，即

[0044]

[0045] 式中，Imax为最大负荷电流，BS为饱和时的磁感应强度，a为磁芯内径，μ0为真空磁导率，μeq为相对磁导率，S为截面积，D为气隙间距，d为磁芯外径，δ为磁通量。

[0046] 无线充电基站30包括无线充电停机平台、充电电源和无线充电控制模块；

[0047] 无线充电停机平台用于供无人机进行停机，还用于对无人机的电源进行无线充电；

[0048] 其中，无线充电方式可以通过无人机的电能接收线圈作为充电电源的负载，与充电电源的电能发射线圈组成一对谐振传输能量线圈，实现无人机的高效无线充电。

[0049] 无线充电控制模块用于响应无人机的充电请求指令，对充电电源的剩余电量进行监测，若充电电源的剩余电量大于预设的剩余电量阈值时，则发出充电指令至无人机，使无人机飞行至相应的无线充电停机平台上进行充电，其中，无人机基于当前定位坐标和电力杆塔坐标确定出距离最近的电力杆塔，并向相应的电力杆塔的无线充电控制模块发送充电请求指令。

[0050] 需要说明的是，当无人机需要充电时，会自动生成充电请求指令，同时，基于无人机当前定位坐标和电力杆塔坐标确定出距离最近的电力杆塔，并向相应的电力杆塔的无线充电控制模块发送充电请求指令，电力杆塔上的无线充电控制模块响应无人机的充电请求指令，进行电量自检，对充电电源的剩余电量进行监测，若充电电源的剩余电量大于预设的剩余电量阈值时，则发出充电指令至无人机，无人机飞行至相应的无线充电停机平台上进行充电，若充电电源的剩余电量不大于预设的剩余电量阈值时，则发出告警，通知无人机根据基于当前定位坐标和电力杆塔坐标确定出距离次近的的电力杆塔并发出充电请求指令，随后，电力杆塔上的无线充电控制模块响应无人机的充电请求指令，进行电量自检，依次类推，直至找到满足充电电源的剩余电量大于预设的剩余电量阈值时，发出充电指令至无人机，无人机飞行至相应的无线充电停机平台上进行充电，从而根据续航里程及时调整巡视计划和充电平台。

[0051] 需要说明的是，本发明通过在每个电力杆塔均设有5G微基站，从而为无人机提供定位坐标和电力杆塔坐标，实现了无人机巡视高精度的通信要求，提高了无人机巡检定位精度和工作效率，同时，通过电力杆塔均设有储能模块和无线充电基站，储能模块为无线充电基站提供电能，通过无人机基于当前定位坐标和电力杆塔坐标确定出距离最近的电力杆塔，并向相应的电力杆塔的无线充电控制模块发送充电请求指令，通过无线充电控制模块响应无人机的充电请求指令，对充电电源的剩余电量进行监测，并发出充电指令至无人机，使无人机飞行至相应的无线充电停机平台上进行充电，从而满足无人机的满足续航的要求，保障了无人机自主巡视的持续性。

[0052] 在一个可以实现的方式中，无线充电控制模块还用于监测充电电源的故障情况，还用于若充电电源出现故障或充电电源的剩余电量小于预设的剩余电量阈值时，则生成相应的告警信号进行告警。

[0053] 在一个可以实现的方式中，无线充电控制模块还用于调节无线充电停机平台向无人机的电源的输出功率，从而切换为快充模式或慢充模式。

[0054] 其中，根据所飞机型的充电功率和需求，选择快充模式或慢充模式，无线充电控制模块可以通过输入的指令进行切换，并通过设置一个无线充电停机平台向无人机的电源的输出功率的阈值，当大于相应的输出功率阈值时，则为快充模式，反之，则为慢充模式。

[0055] 在一个具体实施例中，如图3所示，图3示意了充电仓的结构，无线充电基站还包括充电仓34、平台升降控制模块、驱动模块和驱动控制模块；

[0056] 充电仓34为上端开口的中空箱体结构，无线充电停机平台设于充电仓34内，平台升降控制模块用于控制无线充电停机平台进行升降运动，充电仓34的顶沿设有滑板，太阳能板设有滑道，太阳能板通过滑道与滑板滑动连接；

[0057] 其中，太阳能板可以两个，两个太阳板相对设置在充电仓34的顶部。

[0058] 驱动模块设于太阳能板上，用于驱动太阳能板沿滑板运动至第一预设工位或第二预设工位，其中，第一预设工位与充电仓34的开口相对设置，第二预设工位远离充电仓34的开口；

[0059] 可以理解的是，当太阳能板处于第一预设工位时，第一预设工位与充电仓34的开口相对设置，使太阳能板可以密封充电仓34，当太阳能板处于第一预设工位时，第二预设工位远离充电仓34的开口，使太阳能板上端开口，可以将无线充电停机平台升至开口处，便于无人机停机进行充电。

[0060] 驱动控制模块用于基于充电请求指令或用户预先输入的指令控制驱动模块驱动太阳能板运动至第一预设工位或第二预设工位。

[0061] 在一个示例中，太阳能板和无线充电停机平台协调运动，当无线充电停机平台确认为无人机进行无线充电后，太阳能板打开，并驱动无线充电停机平台升起，等待无人机降落进行充电。

[0062] 同时，若无人机巡视过程中遭遇突发的大风、雷雨天气，快速启动避险程序，对最近的无线充电停机平台发送指令，无人机降落在无线充电停机平台后，太阳能板关闭，无线充电停机平台下降，使无人机在一个密闭安全的充电仓34内，以进行避险。

[0063] 在一个具体实施例中，无人机设有图像缺陷识别模块和5G传输模块；

[0064] 图像缺陷识别模块用于基于深度学习识别算法对待巡检部件图像进行缺陷识别，确定出存在缺陷的部件图像并位置坐标标注，将带有标注的部件图像进行部件分类，还用于将带有标注的部件图像通过5G传输模块传至5G微基站；

[0065] 5G微基站还用于将带有标注的部件图像传输至无人机后台服务器。

[0066] 在一个示例中，于深度学习图像识别算法的巡线无人机实时在线对所拍到的图像进行缺陷识别，快速筛选出存在缺陷的图像，并根据所在位置的空间坐标进行标注，再存到相应类别的文件夹，当无人机停到电力杆塔的无线充电停机平台时，通过5G微基站将无人机所储存的图像信息快速传输到无人机后台服务器。

[0067] 在一个具体实施例中，无人机还设有电场监测模块和避障预警模块；

[0068] 电场监测模块用于监测无人机的航线上的电场变化，并确定电场环比变化率；

[0069] 其中，可以进一步设置电场监测模块的电场监测频率，设电场监测模块读取无人机飞行速度v，然后令动态电场数据的采集频率按式子n＝kv，式中，n表示动态电场数据采集频率，即每秒采集的电场数据个数；k为精度系数，表示无人机每飞行1m测量电场数据的次数，根据测量精度要求进行调整。

[0070] 通过电场环比变化率Ki来反映电场变化趋势，其计算公式为：

[0071] Ki＝(Ei+1‑Ei)/max{Ei，Ei+1}×100

[0072] 式中，Ei表示第i个位置的电场，Ei+1表示第i+1个位置的电场，i＝1,2,3…。

[0073] 电场环比变化率Ki的计算结果仅由无人机飞行路线、杆塔结构等位置相关参数决定而不受电压等级的影响，因此，电场环比变化率Ki的计算结果可以有效消除电压等级的影响，直接反映无人机与架空输电线路的位置关系。

[0074] 避障预警模块用于将电场环比变化率与三个不同等级对应的预设的电场环比变化阈值进行比较，生成并发送相应等级的预警提升信号至无人机后台服务器。

[0075] 在本实施例中，采用分级式预警方式，将电场环比变化率与三个不同等级对应的预设的电场环比变化阈值进行比较，从而根据不同的比较结果发出不同程度的提示指令。

[0076] 示例性地，由低到高依次设置电场环比变化阈值K1、K2、K3，当0

[0077] 随着无人机与电力线路的距离缩小，无人机所处位置的Ki值增大。不同电压等级的输电线路Ki值大小与距离的函数关系基本一致。当Ki值为3、4、6时，无人机与边导线的距离分别大致为28m、20m、13m，对应设置为“异常”、“警告”、“危险”3个预警级别。

[0078] 对于500kV线路，在距离边线30m的位置，E值约为500V/m；而对于110kV线路，在距离边线10m的位置，E值约为800V/m。兼顾各种电压等级的输电线路，将是否靠近电力线路的E0值阈值设置为500V/m。

[0079] 在一个具体实施例中，在靠近导线的区域，由于强电场和强磁场的影响，定位元器件可能会受到干扰。输电线路的电流电压信号的主要集中在低频段，以电场为主的高阻抗场是很容易屏蔽；高阻抗场中，距离场源越远，效果越差，但是总的屏蔽效率很高；对高阻抗场的屏蔽效果同一般金属相似，屏蔽效率取决于导体的电导率。电导率越高，屏蔽效果越好。而以磁场为主的低阻抗场在近场范围内，距离场源越远，屏蔽效果越好，但是总的来说，低频段的磁场屏蔽效率较低。可以通过采用高磁导率的导磁材料和增加屏蔽层厚度来提高屏蔽层的吸收损耗。从而提高屏蔽效率。

[0080] 为此，在本实施例中，无人机还设有屏蔽外壳，屏蔽外壳采用钢材料制成，屏蔽外7
壳的相对磁导率为1000，电导率为4×10。

[0081] 其中，钢材料可以为30号钢设计屏蔽壳，厚度为2mm。

[0082] 吸收损耗：

[0083]

[0084] 式中，f为入射电磁波的频率，μa为相对电导率，μb为相对磁导率。

[0085] 同时，为了尽可能使屏蔽外壳微型化，屏蔽外壳的外观形状按照无人机组件的几何形状设计，前端面的两个圆孔供可见光镜头和红外镜头成像。

[0086] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。