無線便攜式可伸縮高清管道檢測系統(tǒng)

毛 駿

（深圳供電局有限公司，廣東深圳 518010）

0 引言

建設(shè)和完善信息化、自動化、智能化配電網(wǎng)絡(luò)，需要配電網(wǎng)絡(luò)管理與電力電子技術(shù)、自動化技術(shù)相結(jié)合。配電網(wǎng)的供電能力與質(zhì)量，是配電工作正常運(yùn)行的保障。電力作業(yè)實(shí)施過程中，人工效率低下，環(huán)境惡劣、危險，容易對人身造成傷害。目前巡檢工作采用人工作業(yè)模式，需要巡檢人員沿電力線通道巡視，或進(jìn)入空間狹小的電纜溝，依照經(jīng)驗(yàn)判斷是否有危及電力線安全運(yùn)行的因素存在，這種巡檢模式存在嚴(yán)重弊端：①巡檢人員在地面目視電力線，通常因?yàn)檎诒味嬖谘矙z盲區(qū)；②巡檢結(jié)果通常依賴巡檢人員的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，存在很大的主觀性；③在人工近距離拍照取證作業(yè)困難時，問題的描述大多采用文字記錄方式，缺乏定量測量依據(jù)。為提高電力巡檢效率降低巡檢成本，研發(fā)出無線便攜式可伸縮高清管道檢測儀，為加快電力管網(wǎng)的巡檢強(qiáng)度，提高供電的穩(wěn)定性和可靠性、降低人工成本、保障電力管網(wǎng)的通暢，提供重要的技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)功能

（1）支持高清攝像檢測，通過拍攝照片與錄制視頻，采集電纜溝內(nèi)部布線情況，代替人眼，協(xié)助巡檢人員進(jìn)行巡檢工作，記錄管網(wǎng)現(xiàn)階段情況。

（2）支持儲存能源，攜帶儲能電池，保證持續(xù)續(xù)航，可在不能及時供電的區(qū)域工作。

（3）可自適應(yīng)管道傾斜等視野不開闊的環(huán)境，采用自平衡拍照攝像頭，有效避開檢測盲區(qū)，高效采集電力線管網(wǎng)分布信息。

（4）支持在山間或溝壑等黑暗的條件下工作，在無光源的地下也能正常工作。

（5）支持無線通信，在有障礙物阻擋或者信號微弱的地下的環(huán)境下工作，利用無線中繼，仍可準(zhǔn)確無誤地將信息傳輸?shù)浇K端，保證無線傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

（6）輕便易攜帶，可拆卸組裝件縮小所占空間，減少人員搬運(yùn)設(shè)備，采用輕量化材料，減輕巡檢人員負(fù)載。

（7）支持終端儲存管道信息，數(shù)據(jù)優(yōu)先存儲在移動磁盤內(nèi)，通過讀取磁盤內(nèi)信息，參考視頻與圖像分析電纜溝內(nèi)部情況，為定向測量提供依據(jù)。

2 一體化設(shè)計

無線便攜式可伸縮高清管道檢測系統(tǒng)由5個系統(tǒng)組成：圖像采集系統(tǒng)、燈光輔助照明系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、便捷式檢測系統(tǒng)、終端控制系統(tǒng)。燈光輔助系統(tǒng)配合圖像采集系統(tǒng)，進(jìn)行高清圖像與可儲存式視頻的采集，將采集來的信息通過無線傳輸系統(tǒng)傳送到終端子系統(tǒng)，由巡檢人員查看終端子系統(tǒng)的視頻以及圖像信息，實(shí)現(xiàn)整個無線便攜式可伸縮高清管道檢測系統(tǒng)高效、有序的運(yùn)轉(zhuǎn)，完成電力巡檢作業(yè)。無線便攜式可伸縮高清管道檢測系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 管道檢測系統(tǒng)

2.1 圖像采集系統(tǒng)

高清管道檢測儀要求拍攝出的照片和視頻清晰易于觀察，系統(tǒng)分辨率≥200萬像素，1/2.8英寸靶面的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）網(wǎng)絡(luò)相機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬相機(jī)。鏡頭達(dá)到36倍光學(xué)變倍與12倍數(shù)字變倍，遠(yuǎn)、近距離拍攝都達(dá)到高精度要求。

高清管道檢測儀要求在蜿蜒的電力管道中，可以自適應(yīng)水平拍攝。將拍攝云臺搭載傾角傳感器與陀螺儀，使高清管道檢測儀建立起“動態(tài)穩(wěn)定”（Dynamic Stabilization），利用陀螺儀和加速度傳感器檢測云臺姿態(tài)的變化，并利用伺服控制系統(tǒng)，精確驅(qū)動電機(jī)做出相應(yīng)調(diào)整，保持檢測儀云臺在水平界面上，使巡查工作有序進(jìn)行。

檢測儀使用可拆卸電池供電，外出作業(yè)時可隨時替換工作電池，續(xù)航時間的延長保障電力巡檢作業(yè)高效有序。高清攝像頭結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

2.2 燈光輔助照明系統(tǒng)

高清管道檢測儀采用云臺高亮燈，遠(yuǎn)光燈選用2顆高亮冷白LED（Light-Emitting Diode，發(fā)光二集管）燈，近光燈選用3顆高亮冷白發(fā)光二極管（LED）燈，可在黑暗中照明100 m以上，在管道或井底的黑暗的工作環(huán)境中工作，巡檢人員能主動調(diào)節(jié)和控制燈光亮暗，可協(xié)助圖像采集系統(tǒng)拍攝出所需的圖像等信息。近光燈鋁基板硬件如圖3所示。

圖2 高清攝像頭結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3 無線傳輸系統(tǒng)

高清管道檢測儀視頻圖像的采集、保護(hù)裝置的信息傳遞、控制信號的數(shù)據(jù)交換，是實(shí)現(xiàn)高清管道檢測儀在地下管網(wǎng)中高效作業(yè)的基礎(chǔ)。電力巡檢中電纜溝內(nèi)環(huán)境密閉，存在著無人機(jī)及有線控制智能設(shè)備使用易故障等問題。所以無線通信技術(shù)（Wireless Communication Technology）往往被視為能否在電纜溝中工作能否成功實(shí)施的決定因素。

無線通信技術(shù)主要應(yīng)用于測量、收集、傳輸巡檢的電網(wǎng)管道信息，傳送至巡檢人員手中的終端，無線通信技術(shù)的運(yùn)用改變了電力流和信息流單方向流動的現(xiàn)狀，使無線AP（Wireless Access Point，無線訪問接入點(diǎn)）在網(wǎng)絡(luò)連接中起到中繼作用，實(shí)現(xiàn)信號的中繼和放大，延伸無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，使信號更加穩(wěn)定地傳輸。為巡檢人員在勘測時遇到地下信號微弱、無線信號受阻、無法接收和傳送信號時的人工勘測管網(wǎng)電力線作業(yè)提供可能。無線通信中繼模型如圖4所示。

圖3 近光燈鋁板硬件

2.4 便攜檢測系統(tǒng)

采用高強(qiáng)度碳纖維伸縮桿與可拆式電池組，可達(dá)到：設(shè)備主機(jī)重量≤2.5 kg，伸縮范圍≥3 m，連續(xù)續(xù)航時間≥8 h,防護(hù)等級≥IP65。配備長0.8 m的探針，保證檢測儀在工作時擁有完善的減震緩沖機(jī)制。高強(qiáng)度碳纖維伸縮桿模型如圖5所示。

2.5 終端控制系統(tǒng)

控制終端采用上位機(jī)與下位機(jī)無線通信方式，無需通訊電纜，在地下管網(wǎng)以及復(fù)雜地面能突破有線通信模式的諸多使用限制，攜帶方便。下位機(jī)用微型處理器控制技術(shù)，根據(jù)上位機(jī)指令控制云臺上下旋轉(zhuǎn)，同時通過傳感器獲取環(huán)境信息，進(jìn)行處理并傳到上位機(jī)。上位機(jī)采用嵌入式技術(shù)，集成圖像處理，特殊控制算法等人工智能技術(shù)。用平板工程計算機(jī)的設(shè)計方案，高亮顯示屏設(shè)計配合靈活的控制手柄，穩(wěn)定可靠，操作方便，滿足電力管道的環(huán)境使用，控制終端如圖6所示。

圖4 無線通信中繼

2.6 檢測儀測試效果

電纜溝是電力系統(tǒng)必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，地下電纜溝管網(wǎng)系統(tǒng)是電力行業(yè)的神經(jīng)中樞，一旦電纜發(fā)生故障，不僅檢查處理難度大，還可能會使控制回路失效以至損壞主設(shè)備，電纜溝故障引起的火災(zāi)甚至是爆炸同樣會帶來嚴(yán)重后果，另外由于故障而導(dǎo)致的停電，會給工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活帶來不便。因此，加強(qiáng)對電纜溝的管理和定期檢測有著非常重要的意義。

便攜式可伸縮高清管道檢測系統(tǒng)可以對電纜溝進(jìn)行巡檢維護(hù)，避免人員進(jìn)入管道內(nèi)存在的安全隱患，提升城市地下管網(wǎng)的巡檢維護(hù)水平。便攜式可伸縮高清管道檢測系統(tǒng)如圖7所示。實(shí)地檢測效果如圖8所示。便攜式可伸縮高清無線快速檢測系統(tǒng)，通過高清攝像技術(shù)以及軟件分析處理技術(shù)，能夠準(zhǔn)確、清晰、快速檢測電力線纜存在的問題，并可以生成帶備注的視頻備份，視頻效果如圖9所示。

圖5 高強(qiáng)度碳纖維伸縮桿

圖6 控制終端

圖7 檢測儀主機(jī)

圖8 現(xiàn)場實(shí)地檢測效果

圖9 檢測系統(tǒng)視頻備份效果

3 結(jié)語

配電線路分布點(diǎn)多面廣，傳統(tǒng)的人工巡檢方法不僅工作量大、效率低下而且條件艱苦，甚至有一些巡檢項目靠常規(guī)方法難以完成，對此，在目前成熟的高清攝像模塊、智能軟件以及無線移動終端設(shè)備的基礎(chǔ)之上，通過結(jié)構(gòu)整合、創(chuàng)新和軟件的定制開發(fā)，研制一款便攜式高清視頻檢測設(shè)備，協(xié)助人工快速有效且安全的完成電力線纜的巡檢工作，解決電力巡檢中，電纜溝內(nèi)部環(huán)境惡劣，人員進(jìn)入操作效率低安全性差的問題；電力巡檢野外作業(yè)，操作環(huán)境限制問題；采用傳感器在線檢測方式可行性差的問題。設(shè)備輕量化設(shè)計，可節(jié)省人力、降低人員受傷風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)線路巡視的智能化與數(shù)字化的同時，減輕勞動強(qiáng)度和在惡劣環(huán)境下工作的風(fēng)險，保證城市電路管網(wǎng)的安全運(yùn)行。