本发明属于电压检测，具体涉及一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压系统及方法。
背景技术：
1、在特高压直流输电线路上，劣化直流绝缘子可能出现裂缝、破损等情况，导致其绝缘电阻下降，增加了漏电和闪络的风险。影响输电线路的正常运行，引起局部电场畸变，使得电场分布不均匀。在强电场作用下，容易引发电晕放电，进一步降低绝缘性能，同时产生电磁干扰，影响附近的通信和电子设备。由于绝缘性能下降，可能导致部分电能泄漏，从而降低了输电效率。特高压直流输电线路通常传输大量的电能，即使是微小的能量损失，在长期运行中也会累积成巨大的损失。劣化直流绝缘子还可能引起线路阻抗的变化，影响电流的传输，使输电线路的功率损耗增加。因此，特高压直流输电线路上针对直流绝缘子的电位检测是一项十分重要的工作。
2、直流绝缘子电位非接触检测目前没有一种可靠的系统，现有技术中，直流系统绝缘子串电位测量非常困难，球隙法测量直流绝缘子电位工作量巨大，且只停留在实验室阶段，无法进行现场测量；变间隙式和变面积式静电感应电容传感器结构可以较好的测出直流绝缘子串的电位分布，但是需要将传感器安装在绝缘子串的钢脚上，且只能在实验室完成。并且，使用传统接触式的电压传感器搭载在无人机上测量直流绝缘子串电位分布，是不现实的，因为在直流绝缘子串上安装传感器，进行直流输电线路上的直流绝缘子电位现场测量，没有考虑直流绝缘子串电位分布存在灵活性，容易导致测量直流绝缘子串的电压准确性下降。
技术实现思路
1、基于此，本技术提出一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压系统及方法，旨在能够无需在直流绝缘子串上安装传感器的方式进行直流绝缘子电压现场测量，同时考虑直流绝缘子串电位分布存在灵活性，以提高测量直流绝缘子串的电压的准确性。
2、本技术的第一方面提供了一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压系统，所述系统包括：
3、无人机，用于搭载机载模块；
4、机载模块，包括探测单元，所述探测单元包括超声波测距子单元、摄像头和改进光学电压传感器，其中：
5、所述超声波测距子单元用于控制所述无人机在目标直流绝缘子串的目标距离位置；
6、所述摄像头用于对所述目标直流绝缘子串进行拍摄，获得所述目标直流绝缘子串的电位待测图像；
7、所述改进光学电压传感器包括目标检测模型和电场感知元件，其中：
8、所述目标检测模型用于对所述电位待测图像进行yolo算法，得到每片直流绝缘子的中心点坐标和编号，所述目标检测模型包括：
9、数据准备层，用于采集直流绝缘子串历史图像，对所述直流绝缘子串历史图像进行边界框标注，以形成绝缘子数据集；
10、模型训练层，用于根据所述绝缘子数据集优化所述目标检测模型；
11、模型推理层，用于基于优化后的目标检测模型，得到每片直流绝缘子的中心点坐标和编号；
12、所述电场感知元件用于按照每片直流绝缘子的中心点坐标和编号，依次得到每片目标直流绝缘子的电压，所述电场感知元件包括：
13、电场感知探头，用于感知目标直流绝缘子周围的第一电位信息，并将所述第一电位信息转换为第一电信号；
14、光源，用于发射光信号；
15、pockels效应晶体，用于根据所述第一电信号调制所述光信号，使所述光信号的偏振态或相位发生变化；
16、光学传输子件，用于将调制后的光信号传输到光学分析子件；
17、光学分析子件，用于检测所述光信号的偏振或相位变化，并将所述偏振或相位变化转化为光强度变化；
18、光电探测子件，用于从所述光强度变化中提取第二电位信息，根据所述第二电位信息得到第二电信号；
19、信号处理子件，用于对所述第二电信号进行放大和滤波处理，以及采用差分测量法得到每片目标直流绝缘子的电压信息。
20、作为第一方面的一种可选实施方式，所述超声波测距子单元包括：
21、超声波传感器，用于根据测距公式实时测量无人机与目标直流绝缘子串的距离；
22、pid控制器，用于根据控制公式实时控制无人机与目标直流绝缘子串的距离。
23、作为第一方面的一种可选实施方式，所述控制公式为：
24、，
25、其中，为t时刻的控制信号输出，即pid控制器发送的控制信号，、、分别为比例、积分和微分增益系数，为t时刻的误差，为初始时刻到t时刻之间的时刻，为设定的目标距离，为t时刻的实际距离。
26、作为第一方面的一种可选实施方式，所述中心点坐标的计算公式为：
27、，
28、其中，xc、yc分别表示边界框的中心点的x坐标和y坐标，xmin、xmax分别表示边界框的左右两侧边界的x坐标的最小值和最大值；ymin、ymax分别表示边界框的上下两侧边界的y坐标的最小值和最大值。
29、作为第一方面的一种可选实施方式，所述差分测量法的公式为：
30、，
31、其中，、和分别为无人机移动到第n-1片直流绝缘子时、第n片直流绝缘子时和第n+1片直流绝缘子时电场感知探头感知到的相应电场强度，为计算过滤干扰后的第n片直流绝缘子周围电场强度。
32、作为第一方面的一种可选实施方式，所述系统还包括地面分析模块，所述地面分析模块还包括：
33、地面通信单元，用于接收来自所述机载模块发送的每片目标直流绝缘子的电压信息；
34、地面处理单元，用于将每片目标直流绝缘子的电压信息进行数据融合，得到整串目标直流绝缘子的电位信息；
35、显示单元，用于显示整串目标直流绝缘子的电位信息。
36、作为第一方面的一种可选实施方式，所述机载模块还包括机载通信单元、机载处理单元和机载gpu计算单元，所述机载处理单元分别与所述机载通信单元、所述机载gpu计算单元、所述探测单元相连，其中：
37、所述机载通信单元，用于实时与地面分析模块进行电位信息传输；
38、所述机载处理单元，用于处理来自探测单元的数据，以及协调机载通信单元和机载gpu计算单元的工作；
39、所述机载gpu计算单元，用于利用图形处理器gpu对电位待测图像进行图像处理。
40、本技术的第二方面提供了一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压方法，应用于无人机所搭载的机载模块，所述方法包括：
41、控制所述无人机在目标直流绝缘子串的目标距离位置；
42、对所述目标直流绝缘子串进行拍摄，获得所述目标直流绝缘子串的电位待测图像；
43、对所述电位待测图像进行yolo算法，得到每片直流绝缘子的中心点坐标和编号，具体包括：采集直流绝缘子串历史图像，对所述直流绝缘子串历史图像进行边界框标注，以形成绝缘子数据集；根据所述绝缘子数据集优化目标检测模型；基于优化后的目标检测模型，得到每片直流绝缘子的中心点坐标和编号；
44、按照每片直流绝缘子的中心点坐标和编号，依次得到每片目标直流绝缘子的电压，具体包括：感知目标直流绝缘子周围的第一电位信息，并将所述第一电位信息转换为第一电信号；发射光信号；根据所述第一电信号调制所述光信号，使所述光信号的偏振态或相位发生变化；将调制后的光信号传输到光学分析子件；检测所述光信号的偏振或相位变化，并将所述偏振或相位变化转化为光强度变化；从所述光强度变化中提取第二电位信息，根据所述第二电位信息得到第二电信号；对所述第二电信号进行放大和滤波处理，以及采用差分测量法得到每片目标直流绝缘子的电压信息。
45、本技术的第三方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器及用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令，以实现上述的一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压方法。
46、本技术的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行上述一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压方法。
47、与现有技术相比，本发明提出的一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压系统，通过改进光学电压传感器和目标检测模型，可以更准确地检测出每片直流绝缘子的中心点坐标和编号，从而提高了电位分布的测量精度；同时，利用无人机搭载机载模块进行测量，可以提高测量的效率和灵活性；利用超声波测距子单元控制无人机在目标距离位置，避免了与直流绝缘子串的直接接触，减少了对绝缘子的损害，同时也提高了测量的安全性；通过摄像头对目标直流绝缘子串进行拍摄，可以获得绝缘子串的整体图像，结合目标检测模型和电场感知元件，可以实现对每片直流绝缘子的电位分布进行测量，提高了绝缘子检测的全面性；整个系统集成了无人机平台、超声波测距、图像采集和改进光学电压传感器等技术，实现了对目标直流绝缘子串的远程、自动化、高精度测压，满足了实际应用中的需求。因此，本技术提出的装置能够无需在直流绝缘子串上安装传感器的方式进行直流绝缘子电压现场测量，同时考虑直流绝缘子串电位分布存在灵活性，以提高测量直流绝缘子串的电压的准确性。
48、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实施例了解到。
1.一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述超声波测距子单元包括：
3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述控制公式为：
4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述中心点坐标的计算公式为：
5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述差分测量法的公式为：
6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括地面分析模块，所述地面分析模块还包括：
7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述机载模块还包括机载通信单元、机载处理单元和机载gpu计算单元，所述机载处理单元分别与所述机载通信单元、所述机载gpu计算单元、所述探测单元相连，其中：
8.一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压方法，其特征在于，应用于无人机所搭载的机载模块，所述方法包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行如权利要求8所述的一种基于光学电压传感器无人机直流绝缘子测压方法。
