本发明涉及变电站巡检，特别是指一种基于无人机的变电站巡检预警系统及其巡检预警方法。
背景技术：
1、变电站是电网的枢纽，定期巡检对于保证变电站电气设备正常运行至关重要，传统的变电站巡检需要工作人员通过人工巡视的方式，检查变电站的各个部位，这种巡检方式不仅效率低下，而且还存在着一定的危险。随着电力科技进步和体制改革的不断深入，变电站巡检技术正由无人机巡检逐步取代人工巡检，对于巡检无人机的研发已进入快速发展阶段。采用无人机进行巡检，则能够在很大程度上提高巡检效率，降低巡检成本，并且还能够保障巡检人员的安全。
2、无人机变电站巡检的主要优势在于：首先，无人机的巡检速度非常快，能够在短时间内覆盖大面积的变电站，并且还能够对变电站的各个部位进行全方位的监测。其次，采用无人机技术进行巡检可以减少人工巡检的时间和成本，同时还能够提高巡检的准确性和全面性。最后，采用无人机进行巡检可以有效地保障巡检人员的安全，避免了人员在高空作业和危险环境下的风险。无人机具有灵活性高、机动性强、操作简便等特点，使得其在复杂、危险或难以到达的区域进行巡检成为可能。
3、公开号为cn206871367u的专利公开了一种变电站巡检机器人，包括带有行走装置的底座和可以停靠在所述底座上的旋翼无人机，所述底座上设有可升降的无线充电装置，所述旋翼无人机包括十字型机架、设置在机架端部的旋翼和设置在机架中心的球形摄像机，所述机架中心的底部设有与所述无线充电装置相配合的凹陷部，所述底座四周设有超声波传感器。通过可升降的无线充电装置对旋翼无人机进行支撑和供电，当无需采集高处画面时，无人机可在底座上跟随底座运动和工作；当需要采集高处画面时，无人机起飞并将视频信号传递至底座上，经过处理传输到远端服务器；使用方式灵活，对环境的适应能力强。
4、底座的设置能够为无人机进行充电，提高无人机巡检时的续航能力，进而扩大无人机的巡检范围，但是底座上携带的电池的电量是有限的，在小型变电站巡检中，小型变电站占地面积较小，底座和无人机配合能够完成小型变电站的巡检工作，但是在进行中型变电站和大型变电站巡检时，中型变电站占地面积大约为500-2000平方米，大型变电站占地面积则在2000平方米以上，特高压变电站的占地面积更大，仅依靠底座上携带电池的电量无法完成变电站的整体巡检工作，并且在巡检过程中，底座的移动和无人机的飞行均需要消耗电池的电量，会造成电量不必要的消耗；另外在无人机进行充电时，无人机无法进行巡检，此时巡检过程暂停，降低巡检效率。因此，开发一种能耗低、能够快速对占地面积较大的变电站进行巡检的巡检系统成为当前研究的迫切需求。
技术实现思路
1、本发明提出一种基于无人机的变电站巡检预警系统及其巡检预警方法，解决了现有技术中巡检系统能耗高、巡检速度慢的问题。
2、本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种基于无人机的变电站巡检预警系统，包括控制平台和多个机巢，机巢内设有巡检无人机，所述控制平台包括输入单元、与输入单元连接的信号传输单元以及与所述信号传输单元连接的数据分析单元；
4、巡检无人机与信号传输单元通讯连接，巡检无人机用于接收所述信号传输单元发送的指令进行巡检任务并发送巡检数据至所述信号传输单元，所述数据分析单元根据所述巡检无人机发送的巡检数据进行缺陷分析；
5、机巢与信号传输单元和通讯连接，机巢用于接收所述信号传输单元发送的指令进行打开或关闭；机巢内设有储电组件，储电组件用于对停放在机巢内的巡检无人机充电；
6、所述输入单元用于输入变电站的三维模型以及整个变电站需要无人机进行巡检的巡检路线，所述三维模型为待巡检变电站的等比例三维建模；将巡检路线分为多个巡检路段，每段巡检路段的长度不大于巡检无人机的续航里程，机巢设置在每段巡检路段的两端。本发明采用分段巡检的方式对整个变电站进行巡检预警，有效提高无人机的巡检效率，适用于占地面积较大的变电站巡检，并且在无人机进行巡检时，机巢不移动，减少机巢的能源消耗，降低巡检预警系统的能耗。
7、各个巡检路段首尾相连组成环形的巡检路线，巡检路段起始端的机巢作为上一段巡检路段中巡检无人机的降落点，巡检路段终点端的机巢作为下一段巡检路段中巡检无人机的起飞点。巡检无人机在巡检一个巡检路段后可直接降落至终点端的机巢内，即巡检无人机在巡检过程后无需返程，增加巡检无人机单次飞行时的巡检距离，提高巡检效率。
8、控制平台还包括显示单元，所述显示单元与数据分析单元连接，用于显示所述巡检无人机在三维模型中的行进路线以及机巢的位置；所述显示单元还用于根据所述数据分析单元的分析结果，对变电站中存在缺陷的部件在所述三维模型中进行显示。通过将三维模型以及巡检无人机和机巢在三维模型内的实时位置进行显示的方式，使得工作人员可以仅通过控制平台即可对巡检无人机的状态和位置进行确定，便于实时掌握巡检的进度；当数据分析单元检测到具有存在缺陷的设备时，即在三维模型中将对应的模块进行突出显示，例如显示为红色闪烁，从而使得工作人员可以清晰地看到模块对应的位置以及相应的缺陷。
9、所述机巢包括机巢壳体，机巢壳体内滑动设有升降平台，升降平台上设有归中组件，巡检无人机停放在升降平台上，归中组件与巡检无人机的支腿配合；当升降平台下降时，归中组件合拢，当升降平台上升时，归中组件散开。在升降平台下降过程中，归中组件能够推动巡检无人机的支腿使巡检无人机移动，调整巡检无人机在升降平台上的位置，保证巡检无人机能够顺利进入机巢壳体内，同时保证巡检无人机在升降平台上的位置准确性，进而便于后续对巡检无人机进行自动充电。
10、所述机巢壳体的顶部活动设有太阳能板，升降平台与太阳能板活动连接，当升降平台下降时，太阳能板关闭，当升降平台上升时，太阳能板打开。巡检无人机进入机巢壳体后，太阳能板关闭，此时太阳能板能够对无人机进行遮挡，避免巡检无人机受到阳光暴晒或受到风吹雨淋，在巡检无人机不工作时，太阳能板对巡检无人机提供保护，提高无人机的使用寿命。
11、所述机巢壳体内设有储电组件，储电组件位于升降平台的下方，储电组件与太阳能板连接。太阳能板关闭时，太阳能板工作，太阳能板产生的电能在储电组件内存储，并且储电组件可对机巢内的巡检无人机进行充电。
12、所述储电组件上设有伸缩杆，伸缩杆上设有充电接头，充电接头与储电组件连接，当升降平台下降后，充电接头穿过升降平台与巡检无人机的充电孔插接。储电组件通过充电接头与巡检无人机连接，实现对巡检无人机的充电。
13、所述归中组件包括两个平行布置的推杆ⅰ和两个平行布置的推杆ⅱ，推杆ⅰ与推杆ⅱ相互垂直，两个推杆的端部通过连杆ⅱ与推杆ⅱ的中部连接，推杆ⅰ的中部与驱动机构连接；驱动机构带动两个推杆ⅰ相互靠近时，推杆ⅰ通过连杆ⅱ带动两个推杆ⅱ相互靠近。推杆ⅰ和推杆ⅱ在移动时能够推动巡检无人机的支腿移动，进而实现巡检无人机在升降平台上的找正。
14、所述驱动机构包括设置在升降平台下侧的双向丝杠，双向丝杠上连接有连接螺母，连接螺母向上穿过升降平台与推杆ⅰ的中部连接，双向丝杠的端部连接有齿轮，机巢壳体的内壁上设有竖向布置的齿条，齿轮与齿条啮合。利用齿轮和齿条的啮合实现升降平台升降动作与归中组件动作的联动，即使升降平台在下降过程中齿轮带动归中组件对巡检无人机进行归中动作，进而使升降动作和归中动作同时进行，提高机巢整体动作的连贯性，即归中组件无需独立设置驱动组件，减小机巢的体积。
15、一种所述基于无人机的变电站巡检预警系统的巡检预警方法，包括以下步骤：
16、s1，获取变电站的等比三维模型、巡检路线，将巡检路线分为多个巡检路段，将机巢设置在巡检路段的首尾两端；三维模型为待巡检变电站的等比例三维建模，具体的通过人工利用三维制图软件进行绘制；巡检路段起始端的机巢作为上一段巡检路段中巡检无人机的降落点，巡检路段终点端的机巢作为下一段巡检路段中巡检无人机的起飞点。
17、s2，发送巡检准备指令至机巢，机巢打开，机巢内的升降平台上升，将巡检无人机顶出机巢；升降平台的上升能够带动太阳能板打开，实现升降平台与太阳能板动作的联动，减少驱动组件的设置，有效减小机巢体积。
18、s3，发送巡检指令至巡检无人机，巡检无人机从巡检路段起始端的机巢起飞沿巡检路段飞行；各个巡检路段的巡检无人机进行独立巡检，并且各个巡检无人机可同时进行巡检，提高巡检效率。
19、s4，信号传输单元接收各个巡检无人机的巡检数据；所述巡检数据包括巡检无人机通过相机和/或红外摄像机拍摄的图片。
20、s5，数据分析单元分析巡检数据中存在的缺陷并实时监测各个巡检路段上巡检无人机的位置；数据分析单元对巡检无人机拍摄的照片利用视觉识别算法进行缺陷的自动识别，具体可以是通过深度学习的方式对算法模型进行训练，然后再对传输的照片信息进行识别。
21、s6，当巡检无人机飞行至巡检路段的终点端时，巡检无人机降落到巡检路段终点端机巢的升降平台上；巡检无人机在巡检完成后，无需返航，可直接降落至另一机巢内，有效增加巡检无人机的巡检范围。
22、s7，发送巡检结束指令至机巢，机巢的升降平台下降，带动巡检无人机进入机巢内，机巢关闭；机巢关闭后，太阳能板能够对巡检无人机起到保护作用，避免巡检无人机收到暴晒或风吹雨淋。
23、s8，机巢上的太阳能板工作，太阳能板对机巢内的储电组件充电，储电组件对机巢内的巡检无人机充电。太阳能板将太阳能转化为电能存储在储电组件内，使用可再生的太阳能能够有效降低能源消耗，达到节能的效果。
24、本发明产生的有益效果是：本发明采用分段巡检的方式对整个变电站进行巡检预警，有效提高无人机的巡检效率，适用于占地面积较大的变电站巡检，并且在无人机进行巡检时，机巢不移动，减少机巢的能源消耗，降低巡检预警系统的能耗。巡检无人机在巡检一个巡检路段后可直接降落至终点端的机巢内，即巡检无人机在巡检过程后无需返程，增加巡检无人机单次飞行时的巡检距离，扩大巡检无人机的巡检范围，提高巡检效率。
25、机巢关闭时，太阳能板工作，太阳能板吸收太阳能产生电能，并将电能存储在储电组件内，并且储电组件可对机巢内的巡检无人机进行充电，使用可再生的太阳能可以有效降低能源消耗，达到节能的效果。另外太阳能板的动作和归中组件的动作均与升降平台的升降动作进行联动，减少驱动组件的设置，有效减小机巢的体积，并且减少驱动组件能够有效减少驱动能源的消耗，起到节约能源的效果。
1.一种基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，包括控制平台和多个机巢（2），机巢（2）内设有巡检无人机（3），所述控制平台包括输入单元、与输入单元连接的信号传输单元以及与所述信号传输单元连接的数据分析单元；
2.根据权利要求1所述的基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，各个巡检路段首尾相连组成环形的巡检路线（4），巡检路段起始端的机巢（2）作为上一段巡检路段中巡检无人机（3）的降落点，巡检路段终点端的机巢（2）作为下一段巡检路段中巡检无人机（3）的起飞点。
3.根据权利要求2所述的基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元与数据分析单元连接，用于显示所述巡检无人机（3）在三维模型中的行进路线以及机巢（2）的位置；所述显示单元还用于根据所述数据分析单元的分析结果，对变电站中存在缺陷的部件在所述三维模型中进行显示。
4.根据权利要求1~3任一项所述的基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，所述机巢（2）包括机巢壳体（21），机巢壳体（21）内滑动设有升降平台（26），升降平台（26）上设有归中组件（27），巡检无人机（3）停放在升降平台（26）上，归中组件（27）与巡检无人机（3）的支腿（32）配合；当升降平台（26）下降时，归中组件（27）合拢，当升降平台（26）上升时，归中组件（27）散开。
5.根据权利要求4所述的基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，机巢壳体（21）的顶部活动设有太阳能板（22），升降平台（26）与太阳能板（22）活动连接，当升降平台（26）下降时，太阳能板（22）关闭，当升降平台（26）上升时，太阳能板（26）打开。
6.根据权利要求5所述的基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，机巢壳体（21）内设有储电组件（25），储电组件（25）位于升降平台（26）的下方，储电组件（25）与太阳能板（22）连接。
7.根据权利要求6所述的基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，储电组件（25）上设有伸缩杆（251），伸缩杆（251）上设有充电接头，充电接头与储电组件（25）连接，当升降平台（26）下降后，充电接头穿过升降平台（26）与巡检无人机（3）的充电孔（33）插接。
8.根据权利要求5~7任一项所述的基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，归中组件（27）包括两个平行布置的推杆ⅰ（271）和两个平行布置的推杆ⅱ（272），推杆ⅰ（271）与推杆ⅱ（272）相互垂直，两个推杆（271）的端部通过连杆ⅱ（276）与推杆ⅱ（272）的中部连接，推杆ⅰ（271）的中部与驱动机构连接；驱动机构带动两个推杆ⅰ（271）相互靠近时，推杆ⅰ（271）通过连杆ⅱ（276）带动两个推杆ⅱ（272）相互靠近。
9.根据权利要求8所述的基于无人机的变电站巡检预警系统，其特征在于，驱动机构包括设置在升降平台（26）下侧的双向丝杠（273），双向丝杠（273）上连接有连接螺母（274），连接螺母（274）向上穿过升降平台（26）与推杆ⅰ（271）的中部连接，双向丝杠（273）的端部连接有齿轮（275），机巢壳体（21）的内壁上设有竖向布置的齿条（212），齿轮（275）与齿条（212）啮合。
10.一种如权利要求1~9任一项所述基于无人机的变电站巡检预警系统的巡检预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
