基于无人机的电力巡视技术研究
发布时间：2021-04-13 03:23
近年来,针对人工电力系统巡视方式具有巡视可靠性差、经济性差以及安全性差等问题,文中提出一种利用飞行器进行电力系统巡视的方式,而对于利用飞行器进行电力系统巡视所要解决的主要问题是,飞行器控制以及飞行器摄取图像处理问题,文中以这些问题为研究对象,对基于飞行器的电力巡视技术展开了详细的研究。首先针对飞行器控制策略问题,文中从电力巡视飞行器设计方案入手对整体框架进行搭建,采用气压计实现定高巡视飞行,通过微波雷达与激光传感器相结合实现避障系统设计,使用CCD摄像头模块对沿线电线、绝缘子等系统进行拍摄采集。飞行器由于长期工作在高空,对抗风能力要求严格,为了增强飞控的稳定性以及抗干扰能力,采用了PID、Backstepping、Integral Backstepping三种控制律对四旋翼飞行器的旋翼模态进行控制,采用姿态控制回路实现对姿态的跟踪控制,然后通过仿真验证对其控制效果进行了对比分析,将最优算法进行姿态融合应用于无人机的电力巡视系统中。然后针对飞行器摄取图像处理问题,文中给出了飞行器摄取电力系统一般设备的图像处理过程。为了便于对图像的后续处理,首先对飞行器摄取的图像利用能够针对不同设备颜色进...
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四旋翼飞行器示意图
辽宁工程技术大学硕士学位论文13表2.1微波传感器和红外传感器测距的区别Table2.1Differencesbetweenmicrowavesensorsandinfraredsensorsinranging微波传感器红外传感器感应机制通过移动通过红外温度影响没有影响超过40℃影响其功能穿透能力能够穿过任何非金属物体没有穿透能力对使用环境要求任何环境下都能工作烟尘环境不能工作寿命大于100000小时约1000小时稳定性非常可靠和稳定使用时间的延长，感应距离缩短图2.8微波雷达实物图Figure2.8Microwaveradarphysicaldiagram2.4.2激光雷达传感器系统飞行器巡视系统属于高不确定性系统，所以需要对四周出现的物体进行及时收集信息，本次选用的激光雷达传感器测距频率高达6000次/秒，可轻松探测出测距范围中不易被察觉的物品，顺、逆时针360°旋转全方位激光扫描周边环境，可扫E描出周边环境轮廓，采用了5-12Hz自适应扫描频率，可以根据需求自主调节扫描频率，测距范围半径可达12米，测距范围广，本系统采用的是激光相位法测距。在激光相位测距中，把连续的激光进行幅度调制，调制光的光强随时间做周期性变化，测定调制光往返过程中所经过的相位变化即可求出时间和距离[27]。2xx2N提升容器发射处反射处图2.9相位式激光测距原理示意图Figure2.9Schematicdiagramofphaselaserrangingprinciple
辽宁工程技术大学硕士学位论文14如图2.9所示，设发射处与反射处（提升容器）的距离为x，激光的速度为c，激光往返它们之间的时间为t则有[28]：2xtc(2.14)设调制波频率为f，从发射到接收间的相位差为，则有：=2ft=2N+(2.15)其中，N为完整周期波的个数，为不足周期波的余相位。将激光雷达测距系统放置在飞行器的上端，就可以实时采集到物体的距离了，从而对最近的物体进行避障，如图2.10所示为激光雷达效果图图2.10激光雷达效果图Figure2.10Lidareffectchart2.5本章小结本章通过分析电力巡视飞行器飞行环境，对四旋翼系统的数学描述和相关结构进行了简单的推导和设计，对电力巡视飞行器自主避障技术的整体方案进行了简要的说明，绘制了各类型的传感器在飞行器上的分布示意图。另外，文中给出了飞行器飞行的两种避障方式，一是飞行器在航行前对所要飞行的区域中的障碍物已知的情况下，采用对飞行路径进行规划来实现飞行器的避障飞行，另一种是在对所飞行区域情况未知时，此时，采用各种相关传感器对电力线路周边的障碍物进行探知，来实现实时的避障飞行，最后文中还对进行电力线路巡视的飞行器为获取电力线路周边环境信息的各种传感器进行了选择以及相关性能介绍，并对飞行器的整体进行框架设计。
【参考文献】：
期刊论文
[1]结合边界约束和引导滤波的航空图像去雾算法[J]. 李飞达,唐诗华,蓝岚,王江波,王凯. 桂林理工大学学报. 2017(04)
[2]基于遥感的电力线路安全巡检技术现状及展望[J]. 刘朝晖. 电子制作. 2017(18)
[3]从电力发展“十三五”规划看新能源发展[J]. 李琼慧,王彩霞. 中国电力. 2017(01)
[4]矿用电机车开关磁阻电机传动系统控制策略研究[J]. 张小平,周艳红,张铸. 系统仿真学报. 2016(11)
[5]面向未知环境的无人机障碍规避制导律设计[J]. 魏瑞轩,周凯,王树磊,祁晓明,罗鹏. 系统工程与电子技术. 2015(09)
[6]基于Dubins路径的无人机避障规划算法[J]. 关震宇,杨东晓,李杰,尚雅玲,江志清. 北京理工大学学报. 2014(06)
[7]GPS定时及其应用[J]. 刘基余. 数字通信世界. 2012(08)
[8]航拍图像噪声分析及滤除方法研究[J]. 庞璐璐,李从利. 现代电子技术. 2011(10)
[9]基于无限光源模式的数字图像盲鉴别技术[J]. 陈海鹏,申铉京,吕颖达,金玉善. 吉林大学学报(工学版). 2010(01)
[10]基于混合遗传算法的泵站优化运行[J]. 孟祥萍,张红,王晖. 电气应用. 2008(20)
博士论文
[1]涵道式飞行车辆综合鲁棒控制技术研究[D]. 汪洋.北京理工大学 2016
[2]基于模式识别的双目立体视觉匹配研究[D]. 彭祺.武汉大学 2013
[3]基于航拍图像的输电线路识别与状态检测方法研究[D]. 仝卫国.华北电力大学 2011
硕士论文
[1]四旋翼无人机控制器的设计及其稳定性研究[D]. 程素平.江西理工大学 2018
[2]一拖多感应电机矢量控制系统低速性能研究[D]. 高婕.哈尔滨工业大学 2017
[3]室内移动机器人路径规划及轨迹跟踪控制研究[D]. 任昶.哈尔滨工业大学 2017
[4]无人机图像去雾算法研究[D]. 周慧娟.北京工业大学 2017
[5]四旋翼飞行器控制系统关键技术研究[D]. 张浩.哈尔滨工程大学 2017
[6]电力巡线四旋翼飞行器控制系统的设计与实现[D]. 谭熠峰.浙江大学 2017
[7]一种多旋翼无人飞行器的总体设计与实现[D]. 范智伟.华中科技大学 2016
[8]基于微惯性组合的旋翼飞行器姿态检测及控制算法研究[D]. 高洪涛.电子科技大学 2016
[9]面向群目标搜索的无人机航迹规划与跟踪控制研究[D]. 薛楷嘉.南京航空航天大学 2016
[10]考虑可变寿命特征的电力系统用电池储能容量优化配置[D]. 易林.华中科技大学 2015
本文编号：3134521
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四旋翼飞行器示意图
辽宁工程技术大学硕士学位论文13表2.1微波传感器和红外传感器测距的区别Table2.1Differencesbetweenmicrowavesensorsandinfraredsensorsinranging微波传感器红外传感器感应机制通过移动通过红外温度影响没有影响超过40℃影响其功能穿透能力能够穿过任何非金属物体没有穿透能力对使用环境要求任何环境下都能工作烟尘环境不能工作寿命大于100000小时约1000小时稳定性非常可靠和稳定使用时间的延长，感应距离缩短图2.8微波雷达实物图Figure2.8Microwaveradarphysicaldiagram2.4.2激光雷达传感器系统飞行器巡视系统属于高不确定性系统，所以需要对四周出现的物体进行及时收集信息，本次选用的激光雷达传感器测距频率高达6000次/秒，可轻松探测出测距范围中不易被察觉的物品，顺、逆时针360°旋转全方位激光扫描周边环境，可扫E描出周边环境轮廓，采用了5-12Hz自适应扫描频率，可以根据需求自主调节扫描频率，测距范围半径可达12米，测距范围广，本系统采用的是激光相位法测距。在激光相位测距中，把连续的激光进行幅度调制，调制光的光强随时间做周期性变化，测定调制光往返过程中所经过的相位变化即可求出时间和距离[27]。2xx2N提升容器发射处反射处图2.9相位式激光测距原理示意图Figure2.9Schematicdiagramofphaselaserrangingprinciple
辽宁工程技术大学硕士学位论文14如图2.9所示，设发射处与反射处（提升容器）的距离为x，激光的速度为c，激光往返它们之间的时间为t则有[28]：2xtc(2.14)设调制波频率为f，从发射到接收间的相位差为，则有：=2ft=2N+(2.15)其中，N为完整周期波的个数，为不足周期波的余相位。将激光雷达测距系统放置在飞行器的上端，就可以实时采集到物体的距离了，从而对最近的物体进行避障，如图2.10所示为激光雷达效果图图2.10激光雷达效果图Figure2.10Lidareffectchart2.5本章小结本章通过分析电力巡视飞行器飞行环境，对四旋翼系统的数学描述和相关结构进行了简单的推导和设计，对电力巡视飞行器自主避障技术的整体方案进行了简要的说明，绘制了各类型的传感器在飞行器上的分布示意图。另外，文中给出了飞行器飞行的两种避障方式，一是飞行器在航行前对所要飞行的区域中的障碍物已知的情况下，采用对飞行路径进行规划来实现飞行器的避障飞行，另一种是在对所飞行区域情况未知时，此时，采用各种相关传感器对电力线路周边的障碍物进行探知，来实现实时的避障飞行，最后文中还对进行电力线路巡视的飞行器为获取电力线路周边环境信息的各种传感器进行了选择以及相关性能介绍，并对飞行器的整体进行框架设计。
【参考文献】：
期刊论文
[1]结合边界约束和引导滤波的航空图像去雾算法[J]. 李飞达,唐诗华,蓝岚,王江波,王凯. 桂林理工大学学报. 2017(04)
[2]基于遥感的电力线路安全巡检技术现状及展望[J]. 刘朝晖. 电子制作. 2017(18)
[3]从电力发展“十三五”规划看新能源发展[J]. 李琼慧,王彩霞. 中国电力. 2017(01)
[4]矿用电机车开关磁阻电机传动系统控制策略研究[J]. 张小平,周艳红,张铸. 系统仿真学报. 2016(11)
[5]面向未知环境的无人机障碍规避制导律设计[J]. 魏瑞轩,周凯,王树磊,祁晓明,罗鹏. 系统工程与电子技术. 2015(09)
[6]基于Dubins路径的无人机避障规划算法[J]. 关震宇,杨东晓,李杰,尚雅玲,江志清. 北京理工大学学报. 2014(06)
[7]GPS定时及其应用[J]. 刘基余. 数字通信世界. 2012(08)
[8]航拍图像噪声分析及滤除方法研究[J]. 庞璐璐,李从利. 现代电子技术. 2011(10)
[9]基于无限光源模式的数字图像盲鉴别技术[J]. 陈海鹏,申铉京,吕颖达,金玉善. 吉林大学学报(工学版). 2010(01)
[10]基于混合遗传算法的泵站优化运行[J]. 孟祥萍,张红,王晖. 电气应用. 2008(20)
博士论文
[1]涵道式飞行车辆综合鲁棒控制技术研究[D]. 汪洋.北京理工大学 2016
[2]基于模式识别的双目立体视觉匹配研究[D]. 彭祺.武汉大学 2013
[3]基于航拍图像的输电线路识别与状态检测方法研究[D]. 仝卫国.华北电力大学 2011
硕士论文
[1]四旋翼无人机控制器的设计及其稳定性研究[D]. 程素平.江西理工大学 2018
[2]一拖多感应电机矢量控制系统低速性能研究[D]. 高婕.哈尔滨工业大学 2017
[3]室内移动机器人路径规划及轨迹跟踪控制研究[D]. 任昶.哈尔滨工业大学 2017
[4]无人机图像去雾算法研究[D]. 周慧娟.北京工业大学 2017
[5]四旋翼飞行器控制系统关键技术研究[D]. 张浩.哈尔滨工程大学 2017
[6]电力巡线四旋翼飞行器控制系统的设计与实现[D]. 谭熠峰.浙江大学 2017
[7]一种多旋翼无人飞行器的总体设计与实现[D]. 范智伟.华中科技大学 2016
[8]基于微惯性组合的旋翼飞行器姿态检测及控制算法研究[D]. 高洪涛.电子科技大学 2016
[9]面向群目标搜索的无人机航迹规划与跟踪控制研究[D]. 薛楷嘉.南京航空航天大学 2016
[10]考虑可变寿命特征的电力系统用电池储能容量优化配置[D]. 易林.华中科技大学 2015
本文编号：3134521
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3134521.html
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