一種智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人，特別是一種用可以在電力走廊下的野外各 種環(huán)境下長(zhǎng)期無(wú)障礙工作的火災(zāi)、冰災(zāi)監(jiān)測(cè)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了確保高壓電網(wǎng)的安全，通常需要對(duì)電力走廊下的環(huán)境進(jìn)行災(zāi)害的檢測(cè)，包括 山火監(jiān)測(cè)和冰災(zāi)監(jiān)測(cè)等。目前對(duì)山火監(jiān)測(cè)主要是采取可見(jiàn)光視頻監(jiān)測(cè)或者紅外視頻監(jiān)測(cè)等 方式。實(shí)際上就是簡(jiǎn)單地將普通街頭監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用在野外環(huán)境下。此外國(guó)家電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi) 中心也曾經(jīng)大力發(fā)展利用極地軌道氣象衛(wèi)星(Ν0ΑΑ)進(jìn)行熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)的方式來(lái)進(jìn)行山火監(jiān)測(cè)。 對(duì)冰災(zāi)監(jiān)測(cè)，主要是使用拉力傳感器測(cè)量絕緣子串受到的拉力、通過(guò)拉力值以及風(fēng)偏角等 經(jīng)過(guò)換算得到覆冰厚度。
[0003] 現(xiàn)有山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，一種是簡(jiǎn)單地將市區(qū)街頭監(jiān)控技術(shù)移植，應(yīng)用到野外。這種 方案的好處是造價(jià)低廉，但是由于野外環(huán)境與市區(qū)環(huán)境差異極大，因此導(dǎo)致監(jiān)測(cè)設(shè)備可靠 性低，實(shí)際效果不佳。普通可見(jiàn)光視頻，包括主動(dòng)式紅外視頻，只能在白天氣象條件較好的 情況下拍攝到圖像，夜晚的拍攝距離有限。另一種是利用極地軌道氣象衛(wèi)星(Ν0ΑΑ)進(jìn)行熱 點(diǎn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)精度、時(shí)效性差，誤報(bào)率高。這些技術(shù)方案實(shí)施后帶來(lái)大量的負(fù)面影響，導(dǎo)致國(guó) 家電網(wǎng)的下屬地方公司為了確保消除隱患，不得不采取砍伐山林的反綠化措施，不惜水土 流失，也要鐵塔周圍無(wú)柴可燒。根據(jù)南方電網(wǎng)調(diào)查，安裝在高壓線路上的監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)障礙工 作時(shí)間難以保證。還有的設(shè)備安裝復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸方式呆板單一，沒(méi)有任何自身狀態(tài)數(shù)據(jù)， 出現(xiàn)故障時(shí)難以及時(shí)發(fā)覺(jué)，更遑論遠(yuǎn)程修復(fù)，這也導(dǎo)致大量投資建設(shè)的設(shè)備成為僵尸設(shè)備。 而利用拉力傳感器對(duì)絕緣子串拉力的進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法因?yàn)橐ｋ姴鹦督^緣子串，導(dǎo)致安 裝、維護(hù)相當(dāng)麻煩。用于換算的數(shù)學(xué)模型存在較大誤差，實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)真實(shí)結(jié)冰與測(cè)算結(jié) 冰厚度值誤差可以差一個(gè)數(shù)量級(jí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人。它可以在電力走廊下的野外 各種環(huán)境下進(jìn)行火災(zāi)和冰災(zāi)的監(jiān)測(cè)，而且可以進(jìn)行的無(wú)障礙工作時(shí)間更長(zhǎng)，可靠度和精度 更尚。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人，其特點(diǎn)是:基本硬件構(gòu)架包括安裝 支架，安裝支架上設(shè)有主機(jī)箱，主機(jī)箱上設(shè)有安裝了雙光譜監(jiān)控儀的云臺(tái)；安裝支架上還設(shè) 有覆冰監(jiān)測(cè)儀和氣象儀;主機(jī)箱上連接有電池箱，電池箱與固定在所述安裝支架上的太陽(yáng) 能電池板相連。
[0006] 上述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，所述雙光譜監(jiān)控儀用于采集紅外圖片、可見(jiàn)光圖 片、云臺(tái)方位角和云臺(tái)俯仰角數(shù)據(jù);所述覆冰監(jiān)測(cè)儀用于采集單位長(zhǎng)度模擬導(dǎo)線的覆冰重 量和傾角數(shù)據(jù);所述氣象儀采集溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、大氣壓數(shù)據(jù)。
[0007] 前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，所述雙光譜監(jiān)控儀內(nèi)的核心部件包覆在雙層金屬 殼體內(nèi)，且兩層金屬殼體間充氮?dú)饷芊?，從而可以防水防塵防電磁干擾。
[0008] 前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，所述覆冰監(jiān)測(cè)儀包括兩個(gè)稱重傳感器，兩個(gè)稱重 傳感器之間連接有固定長(zhǎng)度和固定橫截面的金屬導(dǎo)線，如固定lm長(zhǎng)的截面積為400_ 2鋁絞 線，同時(shí)在稱重傳感器內(nèi)置傾角傳感器用于監(jiān)測(cè)桿塔的傾斜角。
[0009] 前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，所述主機(jī)箱采用雙層金屬殼體，其中位于內(nèi)側(cè)的 金屬殼體為全封閉式，位于外層的金屬殼體上分布有多個(gè)通風(fēng)孔。在保證夏季高溫散熱的 同時(shí)，還能保證良好的電磁屏蔽與防塵防水功能。
[0010] 前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，所述安裝支架包括兩個(gè)平行的長(zhǎng)槽鋁，兩個(gè)長(zhǎng)槽 鋁之間連接有多個(gè)平行的短槽鋁，短槽鋁通過(guò)角碼與長(zhǎng)槽鋁固定;所述長(zhǎng)槽鋁的兩端均連 接有L型碼，L型碼通過(guò)方形卡箍與電力鐵塔的角鋼卡固；所述太陽(yáng)能電池板放置在安裝支 架上后，設(shè)有平碼將太陽(yáng)能電池板壓固在長(zhǎng)槽鋁上。這樣的安裝結(jié)構(gòu)十分有利于安裝于電 力鐵塔上，安裝十分穩(wěn)固，而且十分的方便。
[0011] 前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，所述智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的不同氣 象信息，啟動(dòng)不同的工作模式，其中覆冰監(jiān)測(cè)儀和雙光譜監(jiān)控儀的工作模式分別為表1和表 2,根據(jù)不同氣象參數(shù)自動(dòng)啟動(dòng)不同的工作模式，可以起到降低功耗的作用，從而保證蓄電 池的供電時(shí)間，避免從高壓線取電，而且還可提高在很大程度上提高設(shè)備的壽命。
[0016] 前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，通過(guò)覆冰監(jiān)測(cè)儀獲取近似覆冰厚度的方法是，通 過(guò)獲取單位模擬導(dǎo)線覆冰重量，和多個(gè)不同溫度、濕度及風(fēng)速條件下的覆冰時(shí)間后，利用以 下公式得出，
[0017] Ar=(r2+ff/(10〇3ip))1/2-r
[0018] p = (0.75*hi+0.4h2+0.06h3) /ho+0.14
[0019] ho = hi+h2+h3
[0020] 其中，Ar為覆冰近似厚度，單位cm; W為單位模擬導(dǎo)線覆冰重量，單位g; r為模擬導(dǎo) 線半徑，單位cm;
[0021] P為覆冰密度，單位g/cm3; hi為覆冰開(kāi)始之時(shí)起，即覆冰重量>0g至某一監(jiān)測(cè)時(shí)刻， 滿足濕度>90%，風(fēng)速>lm/s，0°C 2溫度2 _5°C的累計(jì)小時(shí)數(shù);h2為覆冰開(kāi)始之時(shí)起，即覆 冰重量>〇g至某一監(jiān)測(cè)時(shí)刻，滿足濕度>90 %，風(fēng)速>lm/s，-5°C >溫度>-10°C的累計(jì)小時(shí) 數(shù);h3為覆冰開(kāi)始之時(shí)起，即覆冰重量> 0g至某一監(jiān)測(cè)時(shí)刻，滿足濕度> 90 %，風(fēng)速>lm/s， 溫度<-l〇°C的累計(jì)小時(shí)數(shù)。該方法的監(jiān)測(cè)精度相對(duì)于現(xiàn)有監(jiān)測(cè)方法可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí) 以上。
[0022] 前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，通過(guò)雙光譜監(jiān)控儀定位火點(diǎn)位置的方法包括以下 步驟：
[0023]①通過(guò)云臺(tái)的移動(dòng)搜索，雙光譜監(jiān)控儀拍攝的圖片中出現(xiàn)火點(diǎn)點(diǎn)i ;
[0024] ②將雙光譜監(jiān)控儀的鏡頭光軸對(duì)準(zhǔn)火點(diǎn)i，然后俯仰云臺(tái)，在搜索半徑L內(nèi)，找到火 點(diǎn)方位角上的第一個(gè)相對(duì)最高點(diǎn)點(diǎn)c;
[0025] ③找到點(diǎn)c至地面的垂直線與鏡頭光軸相交的點(diǎn)〇;然后以點(diǎn)〇處向火點(diǎn)方位角反 方向?qū)ふ业降牡谝粋€(gè)與點(diǎn)〇同等高程的點(diǎn)d，同時(shí)求得點(diǎn)d處的山體坡度角γ ;
[0026]④利用點(diǎn)〇和(1高程的Ld、Lo,鏡頭光軸的俯仰角α和水平方位角β，山體坡度角γ， 根據(jù)公式1^=]^(1+(1^〇-1^1)8；[11€[*(308丫/8；[11(|€[| + 丫）和]^=]^1+1^襯8€[，求得火點(diǎn)點(diǎn)；[至設(shè)備 安裝點(diǎn)點(diǎn)a的水平距離Li和火點(diǎn)點(diǎn)i的高程Hi ;
[0027] ?根據(jù)點(diǎn)3的坐標(biāo)(乂3，￥&，]^1)，和公式乂丨=乂3+1^*&380，￥丨=￥3+1^*3；[110，求得火 點(diǎn)的坐標(biāo)(Xi，Yi，Hi)。
[0028]前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，所述步驟②中的搜索半徑L根據(jù)L= I (Ha-Hb)*ctg α|得到。
[0029] 前述的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人中，當(dāng)以L為半徑在方位角方向?qū)ふ易罱南鄬?duì)最高 點(diǎn)的點(diǎn)c的高程無(wú)法滿足|Ha_Hc| < |Lc*tga|，則繼續(xù)尋找下一個(gè)相對(duì)最高點(diǎn)，若該L半徑內(nèi) 無(wú)滿足條件的點(diǎn)c，則依次在更大的半徑區(qū)內(nèi)沿方位角方向繼續(xù)尋找，直到找到為止。
[0030] 該火點(diǎn)定位方法，不僅速度快，而且精度高，有利于后續(xù)的防災(zāi)工作的及時(shí)進(jìn)行。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用以安裝支架為支撐結(jié)構(gòu)，模塊化地集成了雙光譜監(jiān) 控儀、覆冰監(jiān)測(cè)儀和氣象儀，并以太陽(yáng)能電池板作為供電電源，整個(gè)設(shè)備可以根據(jù)氣象儀采 集的氣象參數(shù)，使雙光譜監(jiān)控儀、覆冰監(jiān)測(cè)儀實(shí)施不同的工作模式，從而可大幅度提高了平 均無(wú)障礙工作時(shí)間，經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明的智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人的平均無(wú)障礙工作時(shí)間(MTBF) > 50000h；
[0032] 另外，本發(fā)明大幅度提高了設(shè)備的智能化和多功能化水平，使其可以具備自我狀 態(tài)診斷與不同工作模式(休眠、工作、加密監(jiān)測(cè)）切換，從而可以完全取代人工，為用戶節(jié)約 了成本，提高了效益。
[0033] 本發(fā)明還將目前電網(wǎng)系統(tǒng)所采用的視頻、覆冰、微氣象、桿塔傾斜幾套獨(dú)立的監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)進(jìn)行智能整合和功能提升，具備明顯的經(jīng)濟(jì)效益。并且本發(fā)明的設(shè)備在運(yùn)行時(shí)無(wú)需對(duì) 環(huán)境造成負(fù)面影響的情況下即可對(duì)災(zāi)情進(jìn)行精確實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)以避免災(zāi)害造成不良影響。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是本發(fā)明的主機(jī)箱與安裝支架的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖3是本發(fā)明的太陽(yáng)能電池板與安裝支架的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖4是L型碼和方型卡箍與鐵塔角鋼固定示意圖；
[0038]圖5是火點(diǎn)定位示意圖。
[0039]附圖中的標(biāo)記為：2-主機(jī)箱，3-雙光譜監(jiān)控儀，4-云臺(tái)，5-覆冰監(jiān)測(cè)儀，6-氣象儀， 7-電池箱，8-太陽(yáng)能電池板，101-長(zhǎng)槽鋁，102-短槽鋁，103-角碼，104-L型碼，105-方形卡 雜，106-角鋼，107-平碼。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明限制的依 據(jù)。
[0041 ]實(shí)施例。一種智能冰火監(jiān)測(cè)機(jī)器人，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:包括安裝支架，安裝支架 上設(shè)有主機(jī)箱2,主機(jī)箱2上設(shè)有安裝了雙光譜監(jiān)控儀3的云臺(tái)4;安裝支架上還設(shè)有覆冰監(jiān) 測(cè)儀5和氣象儀6;主機(jī)箱2上連接有電池箱7,電池箱7與固定在所述安裝支架上的太陽(yáng)能電 池板8相連。所述雙光譜監(jiān)控儀3用于采集紅外圖片、可見(jiàn)光圖片、云臺(tái)方位角和云臺(tái)俯仰角 數(shù)據(jù);所述覆冰監(jiān)測(cè)儀5用于采集單位長(zhǎng)度模擬導(dǎo)線的覆冰重量和傾角數(shù)據(jù);所述氣象儀采 集溫濕度、風(fēng)速方向、大氣壓數(shù)據(jù)。所述覆冰監(jiān)測(cè)儀5內(nèi)的核心部件包覆在雙層金屬殼體內(nèi)， 且兩層金屬殼體間充氮?dú)饷芊?。所述覆冰監(jiān)測(cè)儀5包括兩個(gè)稱重傳感器，兩個(gè)稱重傳感器之 間連接有固定長(zhǎng)度和固定橫截面的金屬導(dǎo)線，同時(shí)在稱重傳感器內(nèi)置傾角傳感器用于監(jiān)測(cè) 整個(gè)安裝支架的傾斜角。所述主機(jī)箱2采用雙層金屬殼體，其中位于內(nèi)側(cè)的金屬殼體為全封 閉式，位于外層的金屬殼體上分布有多個(gè)通風(fēng)孔。
[0042] 所述安裝支架如圖2、3和4所示，包括兩個(gè)平行的長(zhǎng)槽鋁101，兩個(gè)長(zhǎng)槽鋁101 (4040 槽鋁）之間連接有多個(gè)平行的短槽鋁102(4040槽鋁），短槽鋁102通過(guò)角碼103與長(zhǎng)槽鋁101 固定;所述長(zhǎng)槽鋁101的兩端均連接有L型碼104，L型碼104通過(guò)方形卡箍105與電力鐵塔的 角鋼106卡固；所述太陽(yáng)能電池板8放置在安裝支架上后，設(shè)有平碼107將太陽(yáng)能電池板8壓 固在長(zhǎng)槽鋁101上。
[0043]覆冰監(jiān)測(cè)儀和雙光譜監(jiān)控儀的工作模式分別為表1和表2:

[0048] 通過(guò)覆冰監(jiān)測(cè)儀(5)獲取近似覆冰厚度