БЕСПИЛОТНОЕ ЛЕТАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области диагностической техники, а именно воздушного мониторинга с применением беспилотного летательного аппарата, и может быть использована для дистанционного контроля состояния высоковольтных линий электропередачи, а также высоковольтного электрооборудования.
Одной из особенностей данных устройств является возможность обнаружения и определения координат мест коронных разрядов, которые сопровождают неисправности на высоковольтных линиях электропередачи (высоковольтном электрооборудовании).
Известно устройство, реализующее способ дистанционного контроля качества изоляции объектов высоковольтных электрических установок переменного тока (патент RU 2402030, МПК G01R 31/12, опублик. 20.10.2010), являющееся ультрафиолетовым (УФ) пеленгатором, содержащий оптическую систему, включающую УФ-объектив, в котором используются линзы, специальные кристаллы с пропусканием УФ-излучения в диапазоне 250-280 нм, и подавлением других длин волн, а также УФ-фильтры, за которыми размещен монофотонный время-координатно-чувствительный детектор, временной канат, электронная система управления.
Недостатком этого устройств является низкая точность определения координат и отсутствие возможности идентификации источника излучения по изображению.
Известен маломерный беспилотный летательный аппарат для диагностики высоковольтных электроустановок (патент RU 149071, В64С 39/02, G01R 31/08, опублик. 20.12.2014), содержащий портативный компьютер, систему автоматического пилотирования беспилотного летательного аппарата, включающую устройство автоматического пилотирования, блок навигации и датчики измерения напряженности электрического поля, измерительную аппаратуру, систему электрических антенн, аккумуляторную батарею и подзаряжающее устройство.
Недостатком этого устройства является отсутствие способности регистрации коронных разрядов и, следовательно, невозможность определения в автоматическом режиме координат мест коронных разрядов, а также отсутствие возможности идентификации источника излучения по изображению.
За прототип заявляемой полезной модели принято решение по патенту RU 2612937, МПК В64С 39/02 от 13.03.2017 «Беспилотный авиационный комплекс для определения координат коронных разрядов». Беспилотный авиационный комплекс включает наземный мобильный пункт контроля и управления и беспилотный летательный аппарат, содержащий несущий каркас с закрепленными на нем шестью или больше электродвигателями с пропеллерами с контролируемой частотой вращения, осуществляемого определенным образом, аккумулятор, компьютер, систему авианаблюдения в виде ультрафиолетового пеленгатора на основе многоанодного фотоумножителя, приемник GPS/ГЛОНАСС, регулятор вращения электродвигателей, приемопередатчик, акселерометр, компас, альтиметр (высотомер), гироскоп.
Недостатком этого комплекса является высокая вероятность ложных срабатываний, обусловленная высокой чувствительностью ультрафиолетового пеленгатора, низкая точность определения координат мест коронных разрядов и отсутствие возможности идентификации источника излучения по изображению.
Задачей настоящей полезной модели является создание беспилотного летательного устройства для мониторинга высоковольтных линий электропередачи, обеспечивающего автоматическое обнаружение и определение координат мест коронных разрядов, а также идентификацию источника излучения по изображению.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности мониторинга высоковольтных линий электропередачи (высоковольтного электрооборудования) за счет повышения точности обнаружения и определения координат мест коронных разрядов и расширения функциональных возможностей устройства.
Достигается технический результат за счет того, что в беспилотное летательное устройство для мониторинга высоковольтных линий электропередачи, содержащее конструктивно связанные беспилотный летательный аппарат, включающий инерциальную навигационную систему, приемник GPS/ГЛОНАСС и источник питания, связанный с бортовым вычислителем, и система авианаблюдения, которая включает ультрафиолетовый пеленгатор, связанный с бортовым вычислителем, согласно полезной модели дополнительно введена в беспилотный летательный аппарат система управления, связанная с источником питания, инерциальной навигационной системой, приемником GPS/ГЛОПЛСС и бортовым вычислителем, в систему авианаблюдения дополнительно введена видеокамера, связанная с бортовым вычислителем, который выполнен с возможностью соединения с съемным носителем информации, а ультрафиолетовый пеленгатор выполнен на основе фотоприемного модуля, включающего электронно-оптический преобразователь и модульную камеру наблюдения на основе матрицы.
Технический результат достигается и тем, что:
устройство включает съемный носитель информации, связанный с бортовым вычислителем;
беспилотный летательный аппарат выполнен по нормальной аэродинамической схеме с возможностью вертикального взлета и посадки;
инерциальная навигационная система включает акселерометр, компас, высотомер и гироскоп;
беспилотный летательный аппарат включает приемо-передающий блок, соединенный с системой управления, бортовым вычислителем и блоком питания, при чем приемо-передающий блок выполнен с возможностью обмена данными с удаленным пунктом управления;
система авианаблюдения включает инфракрасную камеру, связанную с бортовым вычислителем.
Сущность заявляемого беспилотного летательного устройства для мониторинга высоковольтных линий электропередачи поясняется чертежом (фиг.), на котором представлена структурная электрическая схема.
Устройство включает (фиг.) беспилотный летательный аппарат 1, систему 2 авианаблюдения и съемный носитель 3 информации.
Беспилотный летательный аппарат 1 предназначен для выполнения автоматического полета по заданному маршруту с возможностью его корректировки дистанционно по командам, поступающим с удаленного пункта управления. Беспилотный летательный аппарат 1 представляет собой летательный аппарат, выполненный по нормальной аэродинамической схеме с возможностью вертикального взлета и посадки, который включает (фиг.) источник 4 питания, приемник 5 GPS/ГЛОНАСС, инерциальную навигационную систему 6, систему 7 управления, бортовой вычислитель 8 и приемо-передающий блок 9.
Источник 4 питания предназначен для электрического питания напряжением постоянного тока блоков и систем беспилотного летательного аппарата 1 и представляет собой аккумулятор типа Li-Pol.
Приемник 5 GPS/ГЛОНАСС предназначен для определения текущих координат, высоты, скорости беспилотного летательного аппарата 1 и времени по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS и представляет собой устройство Ublox NEO-M8N.
Инерциальная навигационная система 6 обеспечивает формирование и выдачу в автономном режиме данных для решения задачи полета беспилотного летательного аппарата 1 по заданному маршруту. Инерциальная навигационная система 6 включает акселерометр, компас, высотомер и гироскоп.
Система 7 управления предназначена для определения ориентации и пространственного положения беспилотного летательного аппарата 1, решения навигационной задачи, формирования выходов регуляторов по всем каналам управления и выполнения встроенного самоконтроля.
Бортовой вычислитель 8 предназначен для сбора данных системы 2 авианаблюдения, опроса и сбора телеметрии с системы 7 управления и записи полученных данных на съемный носитель 3. Бортовой вычислитель 8 имеет возможность определения географических координат источников УФ излучения методом триангуляции. Бортовой вычислитель 8 предоставляет доступ ко всем этим данным посредством кабельного подключения или по средствам командно-телеметрической радиолинии приемопередающего блока 9. Бортовой вычислитель 8 представляет собой устройство Raspberry Pi3 Model В.
Приемо-передающий блок 9 обеспечивает реализацию радиоканалов между беспилотным летательным аппаратом 1 и удаленным пунктом управления для передачи команд управления и данных мониторинга. Приемо-передающий блок 9 представляет собой устройство 3DR Telemetry Radio Set.
Система 2 авианаблюдения предназначена для фиксирования результатов мониторинга состояния высоковольтных линий электропередачи, которые при последующей обработки позволяют определить координаты и характер неисправности контролируемого объекта, а также оценить возможность ее возникновения. Система 2 авианаблюдения включает ультрафиолетовый пеленгатор 10, видеокамеру 11 и инфракрасную камеру 12.
Ультрафиолетовый пеленгатор 10 предназначен для фиксирования ультрафиолетового излучения коронных разрядов, сопровождающих неисправности высоковольтных линий электропередачи (высоковольтного электрооборудования). Ультрафиолетовый пеленгатор 10 представляет собой фотоприемный модуль, содержащий электронно-оптический преобразователь и модульную камеру наблюдения на основе матрицы, который позволяет уменьшить вероятность ложного срабатывания и повышение точности определения координат коронных разрядов. Ультрафиолетовый пеленгатор 10 выполнен на основе камеры КНВ4-3/18-2UV.
Видеокамера 11 предназначена для фиксирования результатов мониторинга состояния высоковольтных линий электропередачи в видимом диапазоне излучения и представляет собой камеру Sony XCG 510С.
Инфракрасная камера 12 предназначена для фиксирования результатов мониторинга состояния высоковольтных линий электропередачи в инфракрасном диапазоне излучения, которые позволяют не только увидеть тепловые свойства контролируемого объекта, но и определить характер неисправности и/или оценить возможность возникновения проблем. Инфракрасная камера 12 представляет собой камеру VLM640.
Съемный носитель 3 информации предназначен для записи, хранения, переноса и обмена данными параметров маршрута заданного полета беспилотного летательного аппарата 1 и данными мониторинга состояния высоковольтных линий электропередачи, зафиксированных системой 2 авианаблюдения. Съемный носитель 3 информации представляет собой флэш-накопитель типа micro SD.
Устройство работает следующим образом.
При подготовке устройства к работе в систему 7 управления беспилотного летательного аппарата 1 через прямое кабельное соединение или командную радиолинию с помощью приемо-передающего блока 9 записывается полетное задание, включающее маршрут подхода, маршрут отхода и рабочую область мониторинга состояния высоковольтных линий электропередачи.
После запуска беспилотный летательный аппарат 1 в автоматическом режиме осуществляет взлет, полет по заданному маршруту и посадку. Управление полетом беспилотного летательного аппарат 1 выполняется на основе сигналов системы 7 управления, которые обеспечивают приближение текущих параметров полета, поступающих из инерциальной навигационной системы 6 и приемника 5 GPS/ГЛОНАСС, к заданным параметрам полета, соответствующих текущему этапу полетного задания. При достижении заданной точки начала мониторинга объекта контроля система 7 управления дает команду бортовому вычислителю 8 на включение системы 2 авианаблюдения. При включении системы 2 авианаблюдения начинают работу ультрафиолетовый пеленгатор 10. видеокамера 11 и инфракрасная камера 12. При полете в рабочей области маршрута бортовой вычислитель 8 получает поток видеоизображений с системы 2 авианаблюдения, а также координаты и углы ориентации беспилотного летательного аппарата 1 с системы 7 управления. При появлении ультрафиолетового излучения коронного разряда ультрафиолетовый пеленгатор 10 определяет направление источника излучения относительно своей оптической оси. Данная операция повторяется из трех различных точек маршрута: фиксируются углы между оптической осью ультрафиолетового пеленгатора 10 и направлениями на коронный разряд, а также координаты беспилотного летательного аппарата 1. Бортовой вычислитель 8 на основе полученных данных от ультрафиолетового пеленгатора 10 и системы 7 управления определяет уравнения трех прямых, на которых расположен коронный разряд. Совместное попарное решение этих уравнений позволяет найти географические координаты трех точек, в результате усреднения которых определяются географические координаты коронного разряда. Указанная последовательность действий повторяется для всех последующих обнаруженных коронных разрядов. На протяжении полета между заданными начальной и конечной точками маршрута мониторинга видеокамерой 11 и инфракрасной камерой 12 фиксируются данные, которые поступают в бортовой вычислитель 8. Далее эта информация записывается на съемный носитель 3 для возможной последующей обработки на компьютере со специальным программным обеспечением, обеспечивающем отображение данных и их комплексирование. В случае применения наземного пункта управления возможна передача данных в режиме реального времени по командной радио линии с помощью приемо-передающего блока 9.
Комплексирование данных мониторинга, зафиксированных системой 2 авианаблюдения, позволяет по координатам, определенных ультрафиолетовым пеленгатором 10, определить место неисправности, по данным, полученным с видеокамеры 11 и инфракрасной камеры 12, идентифицировать неисправный элемент контролируемого объекта, а также провести детальных анализ характера неисправности (повреждения). Данные мониторинга могут использоваться для построения трехмерных моделей контролируемого объекта.
Таким образом, применение указанной полезной модели позволяет повысить точность обнаружения и определения координат мест коронных разрядов за счет использования ультрафиолетового пеленгатора на базе фотоприемного модуля, содержащего электронно-оптический преобразователь и модульную камеру наблюдения на основе матрицы, и расширить функциональные возможностей устройства за счет комплексирования данных с камер различного спектрального диапазона, что, в целом, обеспечивает повышение эффективности мониторинга высоковольтных линий электропередачи.
Область применения устройства не ограничивается электроэнергетикой. Устройство может быть использовано в любой области, где требуется обнаружение и определение координат мест источников ультрафиолетового излучения.