為滿足輸電線的巡檢需求，提高輸電線巡檢效率、安全性以及自動化程度，提出了一種基于攝像頭的輸電線無人機自主巡線方案。無人機采用STM32F407為主控制芯片，用黑白攝像頭采集輸電線與背景的灰度圖像信息，然后依次對圖像進行二值化、中值濾波和輸電線提取處理，規劃無人機的巡線路徑。此外，無人機還搭配433 MHz無線通信模塊，用戶可以通過無線手柄遠距離遙控。仿真實驗表明，此方案能有效地實現無人機自主巡線飛行，為無人機搭載可見光視頻采集、紫外成像等裝置及進行輸電線航拍巡檢搭建了良好的平臺。

　　近年來，我國的全國互聯大電網逐步建成并完善，輸電線路總長度和輸送容量逐年增長。為確保輸電線路的可靠性，及時發現線路損傷和隱患，電力部門必須定期對輸電線路進行巡檢［1］。目前輸電線路的巡檢主要為人工巡檢，此方式受到自然環境和巡檢設備的制約，成本高、效率低、漏檢率及誤檢率大，效果不佳。線路攀爬機巡檢機器人巡檢速度慢，對機器人的機械結構設計要求高，需要完成越障等高難度動作，機械結構和控制算法復雜。

　　由于四旋翼無人機具有能垂直起降、可懸停、適應性強、成本低、安全性高、機動性好等許多特點，可搭載航拍裝置多角度、全方位地獲取清晰準確的輸電線信息。非接觸式輸電線巡檢實現在線監測，提升故障檢出率，為迅速確定搶修方案、縮短搶修時間提供有力保障。

　　本文設計了一種基于攝像頭的自主巡線四旋翼無人機方案，用黑白攝像頭采集輸電線與背景的灰度圖像信息并進行相應處理，快速準確地識別出輸電線，以輸電線作為導航目標，規劃四旋翼無人機的巡線路徑。

　　1 四旋翼無人機自主巡線方案設計

　　自主巡線四旋翼無人機由機架、主控模塊、攝像頭、姿態檢測模塊、高度檢測模塊、電機驅動模塊、電池模塊構成。主控模塊讀取各傳感檢測模塊的數據并進行姿態數據融合，解算出無人機的高精度姿態角，讀取并處理攝像頭圖像數據，規劃無人機巡線路徑，根據偏差調節各電機轉速，使無人機執行相應的飛行動作達到自主巡線飛行的效果。四旋翼無人機總體設計圖如圖1。

　　2 系統硬件設計

　　系統硬件設計分為四旋翼無人機機架及動力模塊、主控模塊、輸電線檢測模塊、無人機姿態及高度檢測模塊、應急通信模塊5個部分。

　　2.1 機架及動力模塊

　　四旋翼無人機是一種六自由度的、帶有4片正反槳葉的旋翼類飛行器，可通過改變4個電機的轉速控制無人機在縱向、橫向、豎直方向和偏航方向上運動。選用大疆公司的風火輪F450飛行平臺，好盈30 A無刷電調直接焊接到F450的沉金PCB上，配備新西達2 212/1 000 kV電機構建四旋翼無人機。該平臺機架力臂材料強度大，耐摔，耐撞擊，機身設計時保持重心和幾何重心重合，穩定性好。為了增長四旋翼無人機的巡檢時間、懸停能力以及抗風能力，滿足電機的功率要求，動力模塊配備30 C放電性能的5 200 mAh的高能鋰聚合物電池。

　　2.2 主控模塊

　　四旋翼無人機的主控模塊是實現機體穩定、精確巡線飛行的核心。選用STM32F407芯片完成對各種傳感器數據的讀取、運算處理、飛行姿態和動作的控制，使無人機根據控制算法處理結果來調整飛行姿態，實現巡線飛行。

　　STM32F407芯片是基于ARMCortex-M4內核的32 bit微控制器，具有256 KB Flash，支持最高168 MHz的運行頻率，開源且擁有函數庫，功能強大，與硬件兼容性好，可移植性強，便于無人機控制算法的開發、維護和升級。

　　2.3 輸電線檢測模塊

　　輸電線圖像的分辨率是決定自主巡線是否精確的基礎。圖像采集采用OV7620攝像頭，利用逐行掃描方式采集輸電線及背景圖像上的點，通過I/O傳輸到主控模塊。OV7620是CMOS彩色/黑白圖像傳感器，支持連續和隔行兩種掃描方式，最高像素為664×492，幀速率為30 f/s，數據格式包括YUV、YCrCb、RGB 3種，內置10 bit雙通道A/D轉換器，輸出8 bit圖像數據，自帶自動增益和自動白平衡控制，功耗小于110 mW，可以采集到較為清晰的黑白數字圖像。