Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния и безопасности высоковольтных ЛЭП с применением беспилотных летательных аппаратов Российский патент 2024 года по МПК B64U101/26 G08G5/00 G01R31/08 

Изобретение относится к системам автоматического дистанционного мониторинга протяженных объектов с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использовано в электроэнергетике для контроля состояния линий электропередачи и электроподстанций, установленных на участках значительной протяженности.

Известно устройство «Автоматический беспилотный комплекс диагностики состояния протяженных объектов, оснащенных собственной информационной системой» RU 2464643 C1.

Автоматический беспилотный комплекс диагностики состояния протяженных объектов, оснащенных собственной информационной системой, содержащий дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА) вертолетного типа, на котором установлены подсоединенные к первой информационной шине (ИШ) система автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, система автоматического дистанционного управления полетом ДПЛА и работой его систем, бортовая система диагностики состояния протяженных объектов (БСДСПО) с комплектом бортовых датчиков и бортовая приемопередающая аппаратура радиотелеметрической системы (БАРТС) с приемной и передающей антеннами, а также содержит мобильный наземный пункт управления (МНПУ) ДПЛА, состоящий из подсоединенных ко второй ИШ пульта управления ДПЛА, пульта управления БСДСПО и наземной приемопередающей аппаратуры радиотелеметрической системы (НАРТС) с приемной и передающей антеннами, при этом МНПУ ДПЛА подключен модемом к многоканальной линии передачи данных (МКЛПД), объединяющей центральный узел эксплуатации протяженного объекта (ЦПЭПО) и N локальных пунктов протяженного объекта (ЛП), а также не менее чем N установленных на ЛП наземных подсистем диагностики состояния протяженных объектов (НПДСПО), каждая из которых состоит из пульта наземной диагностики (ПНД) и комплекта встроенных датчиков, подсоединенных к третьей ИШ, и размещенных вблизи участка протяженного объекта комплекта автономных датчиков, при этом ПНД подключен модемом к МКЛПД и к НАРТС с приемной и передающей антеннами, отличающийся тем, что в БСДСПО и в каждую НПДСПО дополнительно введены преобразователь значений выходных сигналов комплекта бортовых датчиков БСДСПО и комплекта автономных датчиков НПДСПО и преобразователь значений выходных сигналов комплекта встроенных датчиков НПДСПО в количественные значения признаков соответствия фактических значений диагностируемых параметров состояния протяженного объекта допустимым, который выполнен в виде последовательно соединенных блока памяти допустимых значений диагностируемых параметров, четных входов блока элементов «И» и вычислителя, при этом комплект бортовых датчиков БСДСПО и комплект встроенных датчиков НПДСПО подключены к нечетным входам соответствующих блоков элементов «И», выходы вычислителей БСДСПО и НПДСПО подсоединены соответственно к первой и четвертой ИШ, а также в состав пульта управления БСДСПО МНПУ, в состав каждого ПНД НПДСПО и в ЦПЭПО дополнительно введено по одному подсоединенному соответственно ко второй, третьей и четвертой ИШ программному модулю, обеспечивающему формирование цветографических образов (ЦГО) состояния протяженного объекта. Технический результат устройства - расширение функциональных возможностей устройства в части одновременного компактного представления разнородной диагностической информации о состоянии протяженного объекта и его изменениях и повышение за счет этого оперативности и точности диагностики состояния протяженных объектов.

Недостатками известного устройства являются:

1) Применение одного БПЛА, что оказывает негативное влияние на следующие факторы:

- производительность (для выполнения обследования ЛЭП требуется больше времени в сравнении с группой БПЛА);

- точность результата (получение подробной модели ЛЭП, выполненной в крупном масштабе, осложняется как необходимостью подзарядки аккумуляторной батареи, либо дозаправки БПЛА, так и существенными временными затратами, связанными с подробной съемкой каждого элемента ЛЭП);

- ограничение числа одновременно применяемых датчиков (одновременное применение датчиков нескольких типов ограничено грузоподъемностью БПЛА, существенными объемами потребления заряда аккумуляторной батареи, либо топлива).

2) БПЛА не оснащен подсистемой машинного зрения, позволяющей существенно повысить его возможности в плане функционирования в автономном от оператора режиме.

3) Отсутствие функции автоматического выявления проблемных ситуаций (дефекты опор, проводов, изоляторов, упавшие деревья, перегрев элементов ЛЭП, пожары, наводнения в защитной зоне ЛЭП) по вычисленным количественным параметрам, прогнозирования их развития, а также формирования рекомендаций для их устранения.

4) Отсутствие функции формирования трехмерной модели ЛЭП и ее защитной полосы с автоматической идентификацией элементов ЛЭП, которая позволит выполнить оценку текущего состояния ЛЭП, сформировать (или уточнить) чертежи и прочую документацию, произвести анализ на предмет ее реконструкции.

Известно устройство RU 174052 U1 «Программно-аппаратный комплекс мониторинга состояния воздушных линий электропередач», содержащее беспилотный летательный аппарат 1, на борту которого расположены цифровая фотокамера 2, тепловизионный сканер 3, лазерный сканер 4, навигационный GPS_ГЛОНАСС приемник 5 и инерциальная навигационная система 6. Кроме того, устройство содержит информационно-вычислительный блок 7, находящийся на борту беспилотного летательного аппарата 1 и выполненный с возможностью связи с наземной станцией оператора 8. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства мониторинга состояния воздушных линий электропередач, выполненного в виде летательного средства, в части одновременного получения комплексной диагностической информации о состоянии линий электропередач и повышения за счет этого оперативности и точности.

Недостатками известного устройства являются:

1) Применение одного БПЛА, что оказывает негативное влияние на следующие факторы:

- производительность (для выполнения обследования ЛЭП требуется больше времени в сравнении с группой БПЛА);

- точность результата (получение подробной модели ЛЭП, выполненной в крупном масштабе, осложняется как необходимостью подзарядки аккумуляторной батареи, либо дозаправки БПЛА, так и существенными временными затратами, связанными с подробной съемкой каждого элемента ЛЭП);

- ограничение числа одновременно применяемых датчиков (одновременное применение датчиков нескольких типов ограничено грузоподъемностью БПЛА, существенными объемами потребления заряда аккумуляторной батареи, либо топлива).

2) Отсутствие функции автоматического выявления проблемных ситуаций (дефекты опор, проводов, изоляторов, упавшие деревья, перегрев элементов ЛЭП, пожары, наводнения в защитной зоне ЛЭП) по вычисленным количественным параметрам, прогнозирования их развития, а также формирования рекомендаций для их устранения.

3) Большое количество датчиков, установленных на БПЛА, влечет существенные объемы потребления электроэнергии и, как следствие, необходимость частой подзарядки, либо дозаправки БПЛА в процессе работы.

4) Отсутствие возможности передачи результатов мониторинга ЛЭП на наземную станцию в процессе полета БПЛА, что позволило бы ускорить процедуру обработки этих данных (на наземной станции), а также снизило бы риски утери этих данных в результате крушения или повреждения БПЛА.

Известно устройство «Роботизированный комплекс контроля линий электропередач и электроподстанций» RU 2464643 C1. Заявленное изобретение относится к комплексу, который предназначен для контроля высоковольтных линий и электроподстанций, установленных на участках значительной протяженности. Заявленный комплекс осуществляет патрулирование геликоптером участка в 200 километров до 12 раз в сутки, в любую погоду. При этом осуществляет контроль состояния изоляторов, подвесов, мест соединений и подключений. Контролирует уровень зарастания деревьями и кустарником линей электропередач (далее - ЛЭП), нахождение в районе опор и подстанций посторонних людей. Контролирует противопожарную обстановку на всем протяжении. Формирует отчеты для предоставления ответственным лицам, и взаимодействует с ремонтными бригадами. При запросе зависает над проблемным участком и передает, в режиме реального времени, общую картину происшествия подробное изображение проблемных частей, включая температуру и изображение в ультрафиолете, позволяющее реально оценить происшествие.

Недостатками известного устройства являются:

1) Применение одного БПЛА, что оказывает негативное влияние на следующие факторы:

- производительность (для выполнения обследования ЛЭП требуется больше времени в сравнении с группой БПЛА);

- точность результата (получение подробной модели ЛЭП, выполненной в крупном масштабе, осложняется как необходимостью подзарядки аккумуляторной батареи БПЛА, так и существенными временными затратами, связанными с подробной съемкой каждого элемента ЛЭП);

- ограничение числа одновременно применяемых датчиков (одновременное применение датчиков нескольких типов ограничено грузоподъемностью БПЛА, существенными объемами потребления заряда аккумуляторной батареи).

2) Отсутствие функции формирования трехмерной модели ЛЭП и ее защитной полосы с автоматической идентификацией элементов ЛЭП, которая позволит выполнить оценку текущего состояния ЛЭП, сформировать (или уточнить) информационную модель ЛЭП, выполнить построение чертежей и прочей документации (отдельных элементов ЛЭП, участков), произвести анализ на предмет необходимости ее реконструкции.

3) Установка точек доступа через семь километров по маршруту движения БПЛА, а также монтаж связывающей их линии связи (для образования бесшовного поля wi-fi) является трудоемким процессом и требует существенных финансовых затрат.

4) Установка автоматического комплекса обслуживания комплекс исключительно в середине маршрута. Понятие «середина маршрута» зависит от протяженности самого маршрута и в определенных случаях БПЛА может не хватить топлива, чтобы до нее добраться.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство RU 2 789 896 C1 «Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния ЛЭП».

Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния ЛЭП, состоящая из группы всепогодных БПЛА, автоматизированного комплекса обслуживания, центра обработки информации и программного обеспечения, при этом каждый БПЛА оснащен лазерным сканером, ИК-камерой, УФ-камерой, формирующими комплексную модель участка ЛЭП и охранной зоны, включающую трехмерную, ПК и УФ-модели, перечень идентифицированных элементов ЛЭП, а также объектов охранной зоны, перечень идентифицированных угроз и опасных ситуаций, и управляется двумя программами, при этом первая отвечает за непосредственное управление аппаратом, высоту, скорость полета, сканирование окружающего пространства и уклонение от столкновений, контролируя условия полета, формирует адекватную реакцию на изменение погодных условий, поддерживает канал связи и передачу информации, прием команд с центрального сервера, корректирует полетное задание, вторая программа установлена на центральном сервере и осуществляет прием и обработку данных, полученных с БПЛА, осуществляет аналитику видеопотока, формирует отчеты, команды на изменение полетного задания, архивирует информацию и высылает отчеты ответственным лицам, автоматический комплекс обслуживания обеспечивает прием БПЛА, анализ технического состояния, дозаправку, скачивает информацию, накопленную за время полета, на внутренние носители, обеспечивает вылет БПЛА по графику облета, передает информацию на центральный сервер, комплекс работает автономно, представляет собой бокс, в который приземляется БПЛА, в состав комплекса входят заправочная емкость и устройство для автоматической заправки, дополнительно бокс оборудован емкостью с жидкостью, препятствующей обледенению, и устройствами орошения винтов, при этом правление комплексом обслуживания осуществляется программным обеспечением, установленным на центральный сервер, центральный сервер выполнен с возможностью расположения в любом удобном для работы месте, осуществляет функции приема, накопления и хранения информации, обеспечивает постоянную аналитику получаемой информации, осуществляет рассылку, содержащую сведения аналитики, формирует сводную справку о результатах контроля и анализа происшествий и состояния контролируемых объектов, оборудования, осуществляет доступ сотрудников к архивам и базам данных, при этом БПЛА по уровню иерархии делятся на ведущие и вспомогательные, которые находятся в подчинении у ведущих и используются для более детального обследования ЛЭП и охранной зоны, число ведущих БПЛА составляет один на полосу шириной 30 м между правой и левой границами охранной зоны ЛЭП, число вспомогательных БПЛА на один ведущий БПЛА составляет два, если ведущий БПЛА выполняет обследование непосредственно ЛЭП, или один, если ведущий БПЛА выполняет обследование охранной зоны ЛЭП, кроме того, БПЛА вне зависимости от типа включает аппаратно-программный комплекс БПЛА, соответствующий первой программе, систему приводов, топливный бак, приемо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км, обеспечивающую радиомост непосредственно между БПЛА, между БПЛА и центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с, при этом аппаратно-программный комплекс БПЛА состоит из подсистемы машинного зрения, подсистемы управления памятью, подсистемы управления, подсистемы навигации, реализованной на базе навигатора GPS или ГЛОНАСС, при этом подсистема машинного зрения и подсистема управления интегрированы в прошивку отдельных высокопроизводительных микроконтроллеров, при этом подсистема машинного зрения включает комплект бортовых датчиков, включающий лазерное сканирующее устройство с функцией определения цветности точек, ИК-камеру, УФ-камеру, блок 3D-реконструкции, блок анализа данных ПК-съемки, блок анализа данных УФ-съемки, блок комплексирования информации, блок распознавания образов, подсистема управления памятью включает блок памяти допустимых значений диагностируемых параметров, блок хранения весовых коэффициентов сверточной нейронной сети, буфер собранных данных, базу знаний подсистемы управления, подсистема управления включает блок управления, блок прогнозирования траектории полета, блок формирования управляющих воздействий, блок координации, блок самодиагностики, кроме того, центральный сервер включает аппаратно-программный комплекс центрального сервера, соответствующий второй программе, приемо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км, обеспечивающую радиомост непосредственно между БПЛА, между БПЛА и центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с, устройство ввода, устройство вывода, при этом результатом работы центрального сервера является комплексная модель ЛЭП, включающая трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны, ПК-модель ЛЭП и охранной зоны, УФ-модель ЛЭП и охранной зоны, детализованные трехмерные, ПК, УФ-модели отдельных элементов ЛЭП с указанием типов и географических координат этих элементов, стрела провиса проводов, угол наклона опор ЛЭП, смещение опор ЛЭП, прогноз развития идентифицированных угроз и опасных ситуаций, перечень рекомендаций для лица, принимающего решения (ЛПР) по устранению выявленных на ЛЭП угроз и опасных ситуаций, кроме того автоматический комплекс обслуживания включает приемо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км, обеспечивающую радиомост с центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с.

Недостатки прототипа:

1) Применение БПЛА, основанных на двигателях внутреннего сгорания (ДВС), требующих более сложного обслуживания по сравнению с электродвигателями.

2) Применение в ДВС бензина в качестве топлива влечет повышенные требования к технике безопасности, особенно вблизи ЛЭП.

3) Необходимость в хранении на автоматическом комплексе обслуживания запаса топлива для заправки БПЛА.

4) Воздушный лазерный сканер обладает большей массой и энергопотреблением, чем фотограмметрическая камера с аналогичной точностью.

5) Одновременное выполнение одним БПЛА съемки и обработки информации влечет повышенный уровень потребления энергетических ресурсов и, как следствие, снижение продолжительности полета.

Технической задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков прототипа, а также повышение скорости и качества мониторинга состояния ЛЭП.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение непрерывности процесса мониторинга состояния и безопасности ЛЭП за счет снижения

- издержек и рисков, связанных с применением и обслуживанием БПЛА, основанных на ДВС (взрывоопасность таких БПЛА, необходимость их дозаправки в процессе работы);

- издержек, связанных с применением лазерных сканеров для осуществления съемки ЛЭП и ее охранной зоны (существенная масса и энергопотребление лазерных сканеров), а также одновременным выполнением одним БПЛА съемки и обработки информации, что влечет повышенный уровень потребления энергетических ресурсов и, как следствие, снижение продолжительности полета.

Технический результат достигается тем, что интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния и безопасности высоковольтных ЛЭП с применением беспилотных летательных аппаратов, состоящая из группы всепогодных БПЛА, автоматизированного комплекса обслуживания, станции базирования БПЛА, центра обработки информации и программного обеспечения,

БПЛА управляется двумя программами, при этом первая отвечает за непосредственное управление аппаратом, высоту, скорость полета, сканирование окружающего пространства и уклонение от столкновений, контролируя условия полета, формирует адекватную реакцию на изменение погодных условий, поддерживает канал связи и передачу информации, прием команд с центрального сервера, корректирует полетное задание,

вторая программа установлена на центральном сервере и осуществляет прием и обработку данных, полученных с БПЛА, осуществляет аналитику видеопотока, формирует отчеты, архивирует информацию и высылает отчеты ответственным лицам,

автоматический комплекс обслуживания обеспечивает прием БПЛА, анализ технического состояния, скачивает информацию, накопленную за время полета, на внутренние носители, обеспечивает вылет БПЛА по графику облета, передает информацию на центральный сервер,

комплекс работает автономно, представляет собой бокс, в который приземляется БПЛА, дополнительно бокс оборудован емкостью с жидкостью, препятствующей обледенению, и устройствами орошения винтов, при этом управление комплексом обслуживания осуществляется программным обеспечением, установленным на центральный сервер,

центральный сервер выполнен с возможностью расположения в любом удобном для работы месте, осуществляет функции приема, накопления и хранения информации, обеспечивает постоянную аналитику получаемой информации, осуществляет рассылку, содержащую сведения аналитики, формирует сводную справку о результатах контроля и анализа происшествий и состояния контролируемых объектов, оборудования, осуществляет доступ сотрудников к архивам и базам данных,

БПЛА вне зависимости от типа включает аппаратно-программный комплекс БПЛА, соответствующий первой программе, систему приводов,

при этом аппаратно-программный комплекс БПЛА состоит из подсистемы машинного зрения, подсистемы управления памятью, подсистемы управления, подсистемы навигации, реализованной на базе навигатора GPS или ГЛОНАСС,

при этом подсистема машинного зрения и подсистема управления интегрированы в прошивку отдельных высокопроизводительных микроконтроллеров,

при этом подсистема машинного зрения включает комплект бортовых датчиков, включающий ИК-камеру, блок 3D-реконструкции, блок анализа данных ИК-съемки, блок комплексирования информации, блок распознавания образов,

подсистема управления памятью включает блок памяти допустимых значений диагностируемых параметров, блок хранения весовых коэффициентов сверточной нейронной сети, буфер собранных данных, базу знаний подсистемы управления,

подсистема управления включает блок управления, блок прогнозирования траектории полета, блок формирования управляющих воздействий, блок координации, блок самодиагностики,

кроме того, центральный сервер включает аппаратно-программный комплекс центрального сервера, соответствующий второй программе, приемо-передающую антенну, устройство ввода, устройство вывода,

при этом результатом работы центрального сервера является комплексная модель ЛЭП, включающая трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны, ИК-модель ЛЭП и охранной зоны, детализованные трехмерные, ИК-модели отдельных элементов ЛЭП с указанием типов и географических координат этих элементов, стрела провиса проводов, угол наклона опор ЛЭП, смещение опор ЛЭП, прогноз развития идентифицированных угроз и опасных ситуаций, перечень рекомендаций для ЛПР по устранению выявленных на ЛЭП угроз и опасных ситуаций,

кроме того автоматический комплекс обслуживания включает приёмо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км., обеспечивающую радиомост с центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с.,

отличающаяся тем, что

применяемые БПЛА оснащены электродвигателем и аккумуляторной батареей, приемо-передающей антенной, позволяющей осуществлять передачу данных со скоростью не менее 300 Мбит/сек в радиусе 100 м, фотограмметрической камерой, GPS/ГЛОНАСС маяком,

при этом в группе БПЛА выделяют БПЛА-сенсоры, осуществляющие съемку ЛЭП, результаты которой в виде фото и видеоматериалов через приемо-передающую антенну высылаются на БПЛА-вычислители, формирующие комплексную модель ЛЭП, включающую трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны, ИК-модель ЛЭП и охранной зоны, которая через приемо-передающую антенну высылается на БПЛА-накопители, осуществляющие ее хранение,

БПЛА-вычислители также выполняют идентификацию угроз и опасных ситуаций,

БПЛА-сенсоры формируют траектории полета для БПЛА-вычислителей и БПЛА-накопителей, у которых подсистема машинного зрения неактивна,

БПЛА объединены в отдельные группы, состоящие из одного БПЛА-сенсора, двух БПЛА-вычислителей, четырех БПЛА-накопителей,

автоматический комплекс обслуживания объединен со станцией базирования БПЛА и называется базовой станцией, которая устанавливается на трансформаторных подстанциях и обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи БПЛА.

При этом под элементом ЛЭП (идентифицируются по результатам лазерного сканирования) понимаются провода, опоры, изоляторы, трансформаторы, под объектом охранной зоны (идентифицируются по результатам лазерного сканирования) - деревья, кустарники, объекты антропогенного характера (автомобили), люди.

Под опасной ситуацией (идентифицируются по результатам лазерного сканирования, ИК и УФ-съемки) понимаются ситуации следующих видов:

- пожар;

- перегрев элементов ЛЭП;

- коронные разряды на дефектных изоляторах;

- падение деревьев на провода или опоры ЛЭП;

- обледенение проводов.

При этом под угрозой (идентифицируются по результатам лазерного сканирования и ИК-съемки) понимаются ситуации следующих видов:

- нависание дерева с риском падения на ЛЭП;

- сужение ширины просеки ЛЭП за счет роста деревьев и кустарников;

- видимые повреждения опор, проводов, изоляторов, трансформаторов;

- присутствие в охранной зоне группы ЛЭП неустановленных лиц.

Система предназначена для работы на ВЛ 35 кВ и выше.

Высота полета БПЛА должна допускать ширину съемки, полностью включающую ЛЭП и охранную зону. При этом должна обеспечиваться возможность различать объекты размером в 1,5 см.

Недостатком фотограмметрической камеры в сравнении с лазерным сканером, является невозможность съемки в темное время суток. Однако для ориентации БПЛА в темное время суток (вместо фотограмметрической камеры) может быть использована ИК-камера, которая также позволит оперативное идентифицировать такие угрозы, как присутствие в охранной зоне группы ЛЭП неустановленных лиц (вероятность противоправных действий со стороны таких лиц в темное время суток, как правило, выше), и опасные ситуации, такие как перегрев элементов ЛЭП.

Ниже представлены описания форматов, используемых БПЛА для хранения информации различного рода:

а) Информация об обнаруженных угрозах или опасных ситуациях:

<ids,ts, gc>, где ids - идентификатор угрозы или опасной ситуации, ts - тип (класс) угрозы или опасной ситуации, gc - географические координаты опасной ситуации.

б) Перечень идентифицированных элементов ЛЭП, а также объектов охранной зоны, состоящий из элементов следующего вида:

<id,to, gc>, где id - идентификатор объекта, to - тип (класс) объекта, gc - географические координаты объекта.

в) Комплексная модель участка ЛЭП и охранной зоны на основе облака точек, в котором каждая точка имеет следующее описание:

<x,y,z,c,t,u,id, ids>

где x,y,z - пространственные координаты точки; c - цветность; t - пиксель термограммы, соответствующий точке x,y,z; id - идентификатор объекта, которому принадлежит данная точка (если точка не принадлежит объекту, то id=null); ids - идентификатор опасной ситуации (различаемой БПЛА самолетного типа), которой принадлежит данная точка (если точка не принадлежит опасной ситуации, то ids=null).

Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг. 1 изображена общая схема системы.

На фиг. 1 изображены:

1 - линия электропередачи (ЛЭП);

2 - опоры ЛЭП;

3, 4 - трансформаторные подстанции;

5, 6 - станции базирования и автоматического обслуживания БПЛА (далее базовые станции). Они устанавливаются на трансформаторных подстанциях, представляют собой бокс (в который приземляется БПЛА), обеспечивающий анализ технического состояния БПЛА и зарядку аккумуляторной батареи. Скачивают информацию, накопленную за время полета на внутренние носители, обеспечивают вылет БПЛА по графику облета, передают информацию, собранную БПЛА, на центральный сервер. Включают приёмо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км., обеспечивающую радиомост с центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с (может быть заменена на эквивалентную приёмо-передающую антенну, используемую для нужд трансформаторной подстанции). Расстояние между базовыми станциями 5-6 должно подбираться с расчетом, чтобы у БПЛА хватило заряда аккумуляторной батареи для его пролета (например, для ВЛ 35 кВ среднее расстояние между трансформаторными подстанциями примерно 35 км.);

7 - 13 - группа БПЛА (геликоптеров), каждый из которых оснащен электрическим двигателем и аккумуляторной батареей, GPS/ГЛОНАСС маяком, фотограмметрической камерой, ИК-камерой, приёмо-передающей антенной (позволяет осуществлять передачу данных со скоростью не менее 300 Мбит/сек в радиусе 100 м), микропроцессором и постоянным запоминающим устройством, полностью автономны от оператора. Из них: 7 - БПЛА-сенсор (далее БПЛА-С), осуществляющий сбор визуальной информации (в виде фото и видеоматериалов), ее обработку с целью идентификации ЛЭП и ее элементов, а также объектов, расположенных в охранной зоне (собранная информация передается через приёмо-передающую антенну на БПЛА-вычислители). Осуществляет координацию траекторий движения других БПЛА, входящих в группу, путем передачи координирующих воздействий через приёмо-передающую антенну. 8, 9 - БПЛА-вычислители (далее БПЛА-В), осуществляющие обработку визуальной информации, собранной БПЛА-сенсором, с целью формирования комплексной модели ЛЭП и охранной зоны, идентификации угроз и опасных ситуаций. Сформированная комплексная модель ЛЭП и охранной зоны передается для хранения через приёмо-передающую антенну на БПЛА-накопители. 10-13 - БПЛА-накопители, осуществляющие хранение на ПЗУ комплексной модели ЛЭП, полученной через приёмо-передающую антенну от БПЛА-вычислителей;

14 - центральный сервер (высокопроизводительная ЭВМ).

15 - ЛПР.

16, 17 - другие группы БПЛА, состав которых аналогичен составу группы, включающей БПЛА 7-13;

18, 19 - БПЛА-сенсоры групп 16, 17.

В сравнении с устройством RU 2 789 896 C1 «Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния ЛЭП» также внесены изменения в следующие элементы:

1) Объединены элементы автоматический комплекс обслуживания и станция базирования БПЛА в элемент «базовая станция», который располагается на трансформаторных подстанциях, служит для временного хранения информации, собранной БПЛА, для связи с центральным сервером, базирования БПЛА и зарядки аккумуляторной батареи.

2) Центральный сервер: подсистема обработки данных, полученных от БПЛА: исключен блок формирования УФ-модели ЛЭП, а также окружающего пространства.

3) БПЛА:

- топливный бак заменен на аккумуляторную батарею;

- приемо-передающая антенна (масса - не более 0,3 кг, ширина полосы - 80/40/20/10/5 МГц, скорость передачи данных - 50 - 300 Мбит/с в радиусе не менее 240 км) заменена на приемо-передающую антенну (обеспечивает скорость не менее 300 Мбит/сек в радиусе 100 м);

- БПЛА могут быть назначены следующие роли: БПЛА-сенсор, БПЛА-вычислитель, БПЛА-накопитель.

4) Подсистемы машинного зрения БПЛА:

- лазерное сканирующее устройство с функцией определения цветности точек заменено на фотограмметрическую камеру;

- исключены УФ-камера, блок анализа данных УФ-съемки.

Далее приводится описание работы системы.

1) Центральный сервер 14 на основании координат ЛЭП, введенных ЛПР 15, формирует полетное задание и передает его на БПЛА 7.

Полетное задание имеет следующий формат:

{<ptE>, sb},

где ptE - координаты конечной точки траектории, формируемой БПЛА (в качестве начальной точки берется базовая станция, на которой находится БПЛА в данный момент, например 6, конечной точкой может быть только другая базовая станция, например 5), sb - параметры полосы сканирования (координаты левой нижней точки, ширина полосы).

2) БПЛА-С (7) осуществляет координацию траекторий движения других БПЛА (8-13), входящих в группу, путем передачи координирующих воздействий через приёмо-передающую антенну. При этом под координирующим воздействием понимается множество <P, D, S>, где P - координаты целевой точки, D - требуемое направление движения БПЛА, S - требуемая скорость движения БПЛА. При этом БПЛА (8-13) группы должны располагаться в окрестности, ограниченной зоной действия приемо-передающей антенны БПЛА-С (7), при условии, что она была обследована ранее БПЛА-С (7) и все расположенные в ней статические объекты идентифицированы.

3) При достижении БПЛА (8-13) целевых точек P они информируют об этом БПЛА-С (7) путем отправки сообщения через приемо-передающую антенну, БПЛА-С (7) в ответ на это сообщение высылает новое координирующее воздействие.

4) БПЛА-В, БПЛА-Н (8-13) с интервалом в 1 с. высылают на БПЛА-С (7) сообщения в следующем формате:

<id,gc, ab, hv>,

где id - уникальный идентификатор БПЛА, отправившего сообщение; coord - географические координаты БПЛА в момент отправки сообщения; ab - текущий уровень заряда аккумуляторной батареи; hv - текущий незанятый объем ПЗУ.

5) В случае отклонения БПЛА-В (8, 9) или БПЛА-Н (10-13) от заданного курса, БПЛА-С (7) формирует и высылает на БПЛА (8-13) через приемо-передающую антенну координирующее воздействие с целью корректировки их траекторий.

6) БПЛА-С (7) выполняют съемку ЛЭП 1 и ее охранной зоны с помощью следующих бортовых датчиков: фотограмметрическая камера, ИК-камера. Подсистема машинного зрения БПЛА-С (7) идентифицирует ЛЭП, элементы ЛЭП, объекты охранной зоны, определяет их габариты и координаты. Результаты съемки в виде фото и видеоматериалов передаются через приемо-передающую антенну на БПЛА-В (8, 9).

7) БПЛА-В (8, 9) осуществляют обработку визуальной информации, собранной БПЛА-сенсором, с целью формирования комплексной модели ЛЭП и охранной зоны, идентификации угроз и опасных ситуаций, сегментации отдельных элементов ЛЭП. Сформированная комплексная модель ЛЭП и охранной зоны передается для хранения через приёмо-передающую антенну на БПЛА-Н (10-13).

8) Изменение роли БПЛА (7-13) в процессе функционирования инициируется БПЛА-С (7) (контролирует в режиме реального времени собственное состояние и состояние других БПЛА (8-13)) и допускается в следующих случаях:

а) При сохранении текущих объемов энергопотребления, оставшегося уровня заряда аккумуляторной батареи БПЛА (7-13) будет недостаточно для возвращения на пункт базирования. В этом случае БПЛА (7-13) назначается роль, предполагающая меньшие объемы энергопотребления, например:

- БПЛА-Н вместо БПЛА-С;

- БПЛА-С вместо БПЛА-В;

- БПЛА-Н вместо БПЛА-В.

б) БПЛА-Н (8, 9) израсходовал объем памяти, доступный для хранения комплексной модели ЛЭП, ее элементов, объектов охранной зоны, в этом случае БПЛА-С (7) выполняет следующие действия:

- анализирует уровень заряда аккумуляторной батареи, а также объем доступной памяти ПЗУ у других БПЛА (7,10-13), имеющих роли БПЛА-сенсор, БПЛА-вычислитель;

- определяет БПЛА, имеющий наименьший заряд аккумуляторной батареи (при этом он должен быть меньше, чем у рассматриваемого БПЛА-накопителя) при максимальном объеме незанятой памяти ПЗУ (при этом он должен быть больше, чем у рассматриваемого БПЛА-накопителя). Этому БПЛА назначается роль БПЛА-Н, а его роль (БПЛА-В или БПЛА-С) назначается рассматриваемому БПЛА-Н.

При этом на ПЗУ каждого БПЛА 7-13 (вне зависимости от роли) резервируется объем памяти, применяемый исключительно для временного хранения необработанной визуальной информации (не менее 100 Гб). Оставшийся объем памяти может быть использован исключительно для долговременного хранения (в зависимости от режима работы) комплексной модели ЛЭП, ее элементов, объектов охранной зоны, а также необработанной визуальной информации.

В группе всегда должен присутствовать хотя бы один БПЛА, имеющий роль БПЛА-С.

9) В том случае, если все БПЛА (7-13) исчерпали объем памяти, предназначенный для долговременного хранения (в зависимости от режима работы) комплексной модели ЛЭП, ее элементов, объектов охранной зоны, а также необработанной визуальной информации, группа БПЛА прекращает работу и незамедлительно переходит к выполнению перелета на ближайшую базовую станцию (5 или 6).

10) В том случае, если заряд аккумуляторной батареи одного БПЛА достиг критически низкого уровня (достаточного только для перелета на базовую станцию), он незамедлительно переходит к выполнению перелета на ближайшую базовую станцию (5 или 6).

11) В случае, если текущего уровня заряда аккумуляторной батареи недостаточно для перелета на базовую станцию (5 или 6), БПЛА (7-13) осуществляет посадку и активирует GPS/ГЛОНАСС маяк.

12) Если БПЛА (8-13) потерял связь с БПЛА-С (7), то он осуществляет посадку и активирует GPS/ГЛОНАСС маяк.

13) Система может включать несколько групп БПЛА (например, группа, включающая БПЛА 7-13, группы 16, 17). В этом случае БПЛА-С данных групп (7, 18, 19) при достижении зоны действия приемо-передающих антенн друг друга осуществляют обмен информационными сообщениями с данными о текущих координатах все БПЛА группы. Эти данные используются БПЛА-С (7, 18, 19) при выработке координирующих воздействий к другим БПЛА, входящим в соответствующую группу, с целью недопущения их столкновения в процессе работы (БПЛА нескольких групп запрещено приближаться друг к другу на расстояние менее 25 м.).

14) БПЛА 7-13 при после посадки на базовые станции (5, 6) выгружают собранную визуальную информацию, которая через приемо-передающую антенну базовой станции передается на центральный сервер 14 для дальнейшей обработки.

15) На основании полученных через базовые станции 5, 6 данных центральный сервер 14 формирует единую комплексную модель ЛЭП 1, которая включает:

- трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны;

- ИК-модель ЛЭП и охранной зоны;

- трехмерные, ИК-модели отдельных элементов ЛЭП с указанием типов и географических координат этих элементов.

Центральный сервер выполняет анализ трехмерной модели ЛЭП и охранной зоны с целью определения следующих параметров:

- стрела провиса проводов;

- угол наклона опор ЛЭП;

- смещение опор ЛЭП.

На основании трехмерной модели ЛЭП и охранной зоны центральный сервер выполняет выявление новых опасных ситуаций («пляска проводов»).

На основании ретроспективных комплексных моделей ЛЭП выполняет прогнозирование развития идентифицированных угроз и опасных ситуаций.

Формируется перечень рекомендаций для ЛПР по устранению выявленных на ЛЭП угроз и опасных ситуаций.

Центральный сервер 14 незамедлительно сигнализирует об опасной ситуации ЛПР 15. В случае обнаружения угрозы достаточно оповещения ЛПР 15 в текстовом виде. В обоих случаях центральный сервер 14 предоставляет ЛПР 15 перечень рекомендаций по устранению обнаруженной угрозы или опасной ситуации.

Таким образом, из приведенных иллюстраций видно, что достигается поставленная техническая задача, а именно устранение недостатков прототипа, а также повышение скорости и качества мониторинга состояния ЛЭП.

Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния и безопасности высоковольтных ЛЭП содержит группу всепогодных БПЛА, разделенных определенным образом на группы БПЛА-сенсоров, БПЛА-вычислителей и БПЛА-накопителей, а также содержит автоматизированный комплекс обслуживания, объединенный со станцией базирования БПЛА, центр обработки информации. Каждый БПЛА содержит подсистему управления памятью, подсистему управления, подсистему навигации, реализованную на базе навигатора GPS или ГЛОНАСС, подсистему машинного зрения, активную для БПЛА группы БПЛА-сенсоры, электродвигатели, аккумуляторную батарею, приемопередающую антенну, фотограмметрическую камеру, GPS/ГЛОНАСС маяки. Станции базирования размещены на трансформаторных подстанциях и выполнены с возможностью зарядки аккумуляторной батареи БПЛА. Обеспечивается повышение скорости и качества мониторинга состояния ЛЭП. 1 ил.

Интеллектуальная система автоматического дистанционного мониторинга состояния и безопасности высоковольтных ЛЭП с применением беспилотных летательных аппаратов, состоящая из группы всепогодных БПЛА, автоматизированного комплекса обслуживания, станции базирования БПЛА, центра обработки информации и программного обеспечения, БПЛА управляется двумя программами, при этом первая отвечает за непосредственное управление аппаратом, высоту, скорость полета, сканирование окружающего пространства и уклонение от столкновений, контролируя условия полета, формирует адекватную реакцию на изменение погодных условий, поддерживает канал связи и передачу информации, прием команд с центрального сервера, корректирует полетное задание, вторая программа установлена на центральном сервере и осуществляет прием и обработку данных, полученных с БПЛА, осуществляет аналитику видеопотока, формирует отчеты, архивирует информацию и высылает отчеты ответственным лицам, автоматический комплекс обслуживания обеспечивает прием БПЛА, анализ технического состояния, скачивает информацию, накопленную за время полета, на внутренние носители, обеспечивает вылет БПЛА по графику облета, передает информацию на центральный сервер, комплекс работает автономно, представляет собой бокс, в который приземляется БПЛА, дополнительно бокс оборудован емкостью с жидкостью, препятствующей обледенению, и устройствами орошения винтов, при этом управление комплексом обслуживания осуществляется программным обеспечением, установленным на центральный сервер, центральный сервер выполнен с возможностью расположения в любом удобном для работы месте, осуществляет функции приема, накопления и хранения информации, обеспечивает постоянную аналитику получаемой информации, осуществляет рассылку, содержащую сведения аналитики, формирует сводную справку о результатах контроля и анализа происшествий и состояния контролируемых объектов, оборудования, осуществляет доступ сотрудников к архивам и базам данных, БПЛА вне зависимости от типа включает аппаратно-программный комплекс БПЛА, соответствующий первой программе, систему приводов, при этом аппаратно-программный комплекс БПЛА состоит из подсистемы машинного зрения, подсистемы управления памятью, подсистемы управления, подсистемы навигации, реализованной на базе навигатора GPS или ГЛОНАСС, при этом подсистема машинного зрения и подсистема управления интегрированы в прошивку отдельных высокопроизводительных микроконтроллеров, при этом подсистема машинного зрения включает комплект бортовых датчиков, включающий ИК-камеру, блок 3D-реконструкции, блок анализа данных ИК-съемки, блок комплексирования информации, блок распознавания образов, подсистема управления памятью включает блок памяти допустимых значений диагностируемых параметров, блок хранения весовых коэффициентов сверточной нейронной сети, буфер собранных данных, базу знаний подсистемы управления, подсистема управления включает блок управления, блок прогнозирования траектории полета, блок формирования управляющих воздействий, блок координации, блок самодиагностики, кроме того, центральный сервер включает аппаратно-программный комплекс центрального сервера, соответствующий второй программе, приемо-передающую антенну, устройство ввода, устройство вывода, при этом результатом работы центрального сервера является комплексная модель ЛЭП, включающая трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны, ИК-модель ЛЭП и охранной зоны, детализованные трехмерные, ИК-модели отдельных элементов ЛЭП с указанием типов и географических координат этих элементов, стрела провиса проводов, угол наклона опор ЛЭП, смещение опор ЛЭП, прогноз развития идентифицированных угроз и опасных ситуаций, перечень рекомендаций для ЛПР по устранению выявленных на ЛЭП угроз и опасных ситуаций, кроме того автоматический комплекс обслуживания включает приёмо-передающую антенну с радиусом охвата в 240 км., обеспечивающую радиомост с центральным сервером со скоростью не менее 50 Мбит/с, отличающаяся тем, что применяемые БПЛА оснащены электродвигателем и аккумуляторной батареей, приемо-передающей антенной, позволяющей осуществлять передачу данных со скоростью не менее 300 Мбит/сек в радиусе 100 м, фотограмметрической камерой, GPS/ГЛОНАСС маяком, при этом в группе БПЛА выделяют БПЛА-сенсоры, осуществляющие съемку ЛЭП, результаты которой в виде фото и видеоматериалов через приемо-передающую антенну высылаются на БПЛА-вычислители, формирующие комплексную модель ЛЭП, включающую трехмерную модель ЛЭП и охранной зоны, ИК-модель ЛЭП и охранной зоны, которая через приемо-передающую антенну высылается на БПЛА-накопители, осуществляющие ее хранение, БПЛА-вычислители также выполняют идентификацию угроз и опасных ситуаций, БПЛА-сенсоры формируют траектории полета для БПЛА-вычислителей и БПЛА-накопителей, у которых подсистема машинного зрения неактивна, БПЛА объединены в отдельные группы, состоящие из одного БПЛА-сенсора, двух БПЛА-вычислителей, четырех БПЛА-накопителей, автоматический комплекс обслуживания объединен со станцией базирования БПЛА и называется базовой станцией, которая устанавливается на трансформаторных подстанциях и обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи БПЛА.