基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位系统及方法与流程

1.本发明涉及通信线路诊断技术领域，特别是涉及一种基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位系统及方法。


背景技术：

2.架空输电线路通道走廊受到外力破坏、树木生长、山火以及接地短路故障引起的线路跳闸、停电情况越来越多。如何降低输电线路故障造成的损失，保障输电线路稳定安全运行，需及时给出报警信息，精确定位故障点位，以便及时进行故障消缺和隐患排除。目前对于输电线路故障定位仅单一采用故障监测装置，且故障监测装置安装方式为20～30公里安装一套，不能及时直观的呈现现场故障情况，以制定有效的故障消缺方案。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位系统及方法，本发明解决了无法精准定位故障点位和不能直观呈现现场故障情况的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位系统，包括：
6.后台处理子系统、分布式故障诊断装置、无人机和相互无线连接的无人机机巢、cors基准站以及北斗卫星；无人机分别与所述无人机机巢和所述北斗卫星连接；所述后台处理子系统分别与所述分布式故障诊断装置和所述无人机机巢连接；所述分布式故障诊断装置安装在输电线路的监测点位上；所述各个监测点位相距20-30公里；所述无人机机巢设置在输电铁塔上；所述无人机内置于所述无人机机巢中；
7.所述分布式故障诊断装置用于实时采集线路待测电流，所述线路待测电流设置在目标区域内；对所述线路待测电流的波形数据进行异常检测，得到异常波形数据；对所述异常波形数据进行标注，并将所述标注后的异常波形数据进行压缩，得到压缩后的数据包，并将压缩后的数据包上传到所述后台处理子系统；所述无人机巢用于放置所述无人机并为无人机进行充电；所述无人机用于对目标区域进行拍摄，并将拍摄数据上传到所述无人机机巢；所述目标区域设置在所述输电铁塔上；所述cors基准站用于实时接收北斗卫星定位数据，输出rtk差分修正量，修正所述无人机位置信息；所述后台处理子系统用于根据所述压缩后的数据包识别故障类型和计算故障点位信息并根据所述故障点位信息联动所述无人机飞往故障点处，以使所述无人机拍摄实时图像及视频数据，并将拍摄的实时图像及视频数据回传到所述后台处理子系统。
8.优选地，所述分布式故障诊断装置包括：
9.mcu处理单元、通信单元、取电单元、高精度采样单元、故障研判单元和北斗授时单元；所述mcu处理单元分别与所述通信单元、所述取电单元、所述高精度采样单元、所述故障研判单元和所述北斗授时单元连接；所述通信单元与所述后台处理子系统无线连接；
10.所述取电单元用于获取输电线路上待测电流；所述高精度采样单元用于获取所述待测电流的波形数据；所述故障研判单元用于判断所述待测电流的波形是否异常；所述北斗授时单元用于对异常波形标注高精度时间戳；所述mcu处理单元用于将异常波形进行压缩打包处理，得到压缩数据包；所述通信单元用于将所述压缩数据包上传到所述后台处理子系统。
11.优选地，所述通信单元为2g/4g通信单元和第一北斗3号短报文通信单元中的任一种。
12.优选地，所述第一北斗3号短报文通信单元用于在所述2g/4g通信单元无法传输数据时，对所述压缩数据包进行数据传输。
13.优选地，所述无人机内置有：
14.通过有线网络连接的ai边缘计算单元和第二通信单元；所述第二通信单元与所述无人机机巢连接；
15.所述ai边缘计算单元用于根据所述无人机拍摄的图像及视频数据分析是否有隐患发生，得到报警信息；所述第二通信单元用于将所述报警信息上传到所述无人机机巢。
16.优选地，所述无人机机巢内置有：
17.第三通信单元；所述第三通信单元与所述后台处理子系统连接；
18.所述第三通信单元用于将所述报警信息上传到所述后台处理子系统。
19.优选地，所述第三通信单元为4g/5g和第二北斗3号短报文通信单元中的一种。
20.一种基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位方法，包括：
21.利用分布式故障诊断装置实时采集线路待测电流波形数据，对线路待测电流的波形数据进行异常检测，得到异常数据波形，并对所述异常波形数据进行标注，并将所述标注后的异常波形数据进行压缩，得到压缩后的数据包，并将压缩后的数据包上传到所述后台处理子系统；
22.利用无人机巢放置无人机并为无人机进行充电；
23.利用无人机对目标区域进行拍摄，并将拍摄数据上传到无人机机巢；
24.利用cors基准站实时接收北斗卫星定位数据，输出rtk差分修正量，修正所述无人机位置信息；
25.利用后台处理子系统根据所述压缩后的数据包识别故障类型和计算故障点位信息并根据所述故障点位信息联动所述无人机飞往故障点处，以使所述无人机拍摄实时图像及视频数据，并将拍摄的实时图像及视频数据回传到后台处理子系统。
26.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
27.本发明提供了一种基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位系统及方法，本发明通过检测线路待测电流的异常波形数据，判断故障类型并根据异常波形数据计算出故障点位信息，联动无人机实时拍摄故障点的图像和视频数据，提升了线路故障检测的精确度和实时性，方便后台系统的管理人员制定防灭火的方案。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例提供的基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位系统结构图；
30.图2为本发明实施例提供的基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位方法流程图；
31.图3为本发明实施例提供的防灭火方案流程图；
32.图4为本发明实施例提供的故障诊断原理示意图。
33.附图标记说明：
34.1-分布式故障诊断装置，2-无人机，3-北斗卫星，4-无人机机巢，5-cors基准站。
具体实施方式
35.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。
36.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
37.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
38.本发明的目的是提供一种基于分布式故障与无人机的线路故障诊断定位系统及方法，本发明解决了无法精准定位故障点位和不能直观呈现现场故障情况的问题。
39.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
40.如图1所示，本发明提供了一种基于分布式故障与无人机2的线路故障诊断定位系统，包括：
41.后台处理子系统、分布式故障诊断装置1、无人机2和相互无线连接的无人机机巢4、cors基准站5以及北斗卫星3；无人机2分别与所述无人机机巢4和所述北斗卫星3连接；所述后台处理子系统分别与所述分布式故障诊断装置1和所述无人机机巢4连接；所述分布式故障诊断装置1安装在输电线路的监测点位上；abc相导线每相安装1套装置，所述各个监测点位相距20-30公里，实现线路的全覆盖，分布式故障诊断装置1通过感应取电供电；所述无人机机巢4设置在输电铁塔上；所述无人机2内置于所述无人机机巢4中，机巢通过太阳能板取电；
42.所述分布式故障诊断装置1用于实时采集线路待测电流，所述线路待测电流设置
在目标区域内；对所述线路待测电流的波形数据进行异常检测，得到异常波形数据；对所述异常波形数据进行标注，并将所述标注后的异常波形数据进行压缩，得到压缩后的数据包，并将压缩后的数据包上传到所述后台处理子系统；所述无人机2巢用于放置所述无人机2并为无人机2进行充电；所述无人机2用于对目标区域进行拍摄，并将拍摄数据上传到所述无人机机巢4；所述目标区域设置在所述输电铁塔上；所述cors基准站5用于实时接收北斗卫星3定位数据，输出rtk差分修正量，修正所述无人机2位置信息；所述后台处理子系统用于根据所述压缩后的数据包识别故障类型和计算故障点位信息并根据所述故障点位信息联动所述无人机2飞往故障点处，以使所述无人机2拍摄实时图像及视频数据，分析是否有火灾、外力破坏、树木生长隐患发生，并将拍摄的实时图像及视频数据回传到所述后台处理子系统。通过故障波形特征分析辨识故障的类型。
43.根据阈值触发原理，实时采集线路高频暂态行波电流数据和工频电流数据，当波形数据大于阈值时，认为是异常数据，当有异常波形发生，即启动录波单元，录取一段故障高频暂态波形和工频波形并标注高精度时间戳，高精度时间戳用于计算高精度故障位置信息。
44.基于高精度rtk差分定位技术，输电线杆周围部署北斗cors基准站5，实时接收北斗卫星3定位数据，输出rtk差分修正量。无人机机巢4内置处理单元通过数传电台接收获取北斗cors基准站5rtk差分修正数据，修正自身获取的定位数据，并通过无线射频通信为无人机2提供rtk差分修正数据，修正无人机2位置信息，实现无人机机巢4和无人机2巡检的高精度定位机导航。
45.进一步的，所述分布式故障诊断装置1包括：
46.mcu处理单元、通信单元、取电单元、高精度采样单元、故障研判单元和北斗授时单元；所述mcu处理单元分别与所述通信单元、所述取电单元、所述高精度采样单元、所述故障研判单元和所述北斗授时单元连接；所述通信单元与所述后台处理子系统无线连接；
47.所述取电单元用于获取输电线路上待测电流；所述高精度采样单元用于获取所述待测电流的波形数据；所述故障研判单元用于判断所述待测电流的波形是否异常；所述北斗授时单元用于对异常波形标注高精度时间戳；所述mcu处理单元用于将异常波形进行压缩打包处理，得到压缩数据包；所述通信单元用于将所述压缩数据包上传到所述后台处理子系统。
48.进一步的，所述通信单元为2g/4g通信单元和第一北斗3号短报文通信单元中的任一种。分布式故障诊断装置1具备2g/4g通信与北斗3号短报文通信单元链路自诊断，自动切换和恢复功能，通信通道备份功能。
49.无人机机巢4具备2g/4g通信与北斗3号短报文通信单元链路自诊断，自动切换和恢复功能，通信通道备份功能。
50.本实施例公开了计算故障点位信息和识别波形类型的原理为：
51.后台处理子系统基于同一线路不同监测点位相同相线分布式故障诊断装置1波形数据结合录入后台子系统的线路信息和分布式故障诊断装置1监测点位台账信息，基于双端定位原理，精确计算出故障点位信息，并根据故障波形特征，辨识故障类别。其中，故障诊断原理基于双端定位行波测距原理，结合多台故障诊断装置的波形数据，根据电磁波在导线的传播速度和标注的高精度时间戳，计算得到故障点位信息，具体公式如下：
[0052][0053]
其中，如图4所示，l为距离，lm为故障点到m点的距离，ln为故障点到n点的距离，v为波形传播速度，tm为故障波形从故障点位传播到m点的时间，tn为故障波形从故障点位传播到n点的时间。
[0054]
进一步的，所述第一北斗3号短报文通信单元用于在所述2g/4g通信单元无法传输数据时，对所述压缩数据包进行数据传输。如果现场无移动运营商信号或弱信号，导致传输失败，则启动北斗3号短报文通信单元，通过北斗3号卫星将数据发送到后台北斗3号短报文接收机处，由北斗接收机解压后将数据传给后台处理子系统。
[0055]
进一步的，所述无人机2内置有：
[0056]
通过有线网络连接的ai边缘计算单元和第二通信单元；所述第二通信单元与所述无人机机巢4连接；
[0057]
所述ai边缘计算单元用于根据所述无人机2拍摄的图像及视频数据分析是否有隐患发生，得到报警信息；所述第二通信单元用于将所述报警信息上传到所述无人机机巢4。
[0058]
进一步的，所述无人机机巢4内置有：
[0059]
第三通信单元；所述第三通信单元与所述后台处理子系统连接；
[0060]
所述第三通信单元用于将所述报警信息上传到所述后台处理子系统。
[0061]
进一步的，所述第三通信单元为4g/5g和第二北斗3号短报文通信单元中的一种，通过北斗3号短报文通信时由于带宽限制，只传输高压缩比报警图像，不传输视频。后台处理子系统维护人员结合报警信息和故障点位，故障类别信息，制定故障消缺和去现场灭火的决策。
[0062]
如图2所示，本实施例还提供了一种基于分布式故障与无人机2的线路故障诊断定位方法，包括：
[0063]
步骤100：利用分布式故障诊断装置1实时采集线路待测电流波形数据；
[0064]
步骤200：对线路待测电流的波形数据进行异常检测，得到异常数据波形，并对所述异常波形数据进行标注，并将所述标注后的异常波形数据进行压缩，得到压缩后的数据包，并将压缩后的数据包上传到所述后台处理子系统；
[0065]
步骤300：利用无人机2巢放置无人机2并为无人机2进行充电；
[0066]
步骤400：利用无人机2对目标区域进行拍摄，并将拍摄数据上传到无人机机巢4；
[0067]
步骤500：利用cors基准站5实时接收北斗卫星3定位数据，输出rtk差分修正量，修正所述无人机2位置信息；
[0068]
步骤600：利用后台处理子系统根据所述压缩后的数据包识别故障类型和计算故障点位信息并根据所述故障点位信息联动所述无人机2飞往故障点处，以使所述无人机2拍摄实时图像及视频数据，并将拍摄的实时图像及视频数据回传到后台处理子系统。
[0069]
如图3所示，本实施例还提供了具体的防灭火方案流程：
[0070]
分布式故障诊断装置1实时采样；波形数据触发阈值，开始录波并上传后台分析系统；后台分析系统结合多点位故障诊断装置进行故障定位和故障类型辨识；联动无人机2巡检作业，现场巡视及图像视频ai分析；将现场报警图片及数据通过机巢通信单元回传到后台系统运维人员制定故障消缺和隐患排查方案策略；故障消缺及隐患排查。
[0071]
本发明的有益效果如下：
[0072]
本发明通过检测线路待测电流的异常波形数据，判断故障类型并根据异常波形数据计算出故障点位信息，联动无人机实时拍摄故障点的图像和视频数据，提升了线路故障检测的精确度和实时性，方便后台系统的管理人员制定防灭火的方案。
[0073]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0074]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。