輸電線路無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

林仁雄

摘? 要：目前輸電線路通道、樹障、精細(xì)化、特殊巡視等巡視任務(wù)基本運(yùn)用多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)快速巡視多基桿塔，人機(jī)協(xié)同作業(yè)提高電網(wǎng)運(yùn)維效率。人工操作無(wú)人機(jī)巡檢之前，培訓(xùn)一個(gè)飛手需要3～12個(gè)月才能上崗，從新手到技術(shù)嫻熟又要有幾個(gè)月的適應(yīng)過(guò)程，培訓(xùn)的成本過(guò)高還不能保證飛行技術(shù)穩(wěn)定。新興的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)用于輸電線路運(yùn)檢如魚得水，由于輸電線路不像公路上汽車車況那樣復(fù)雜，線路鐵塔都是處于靜止?fàn)顟B(tài)，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，而且輸電線路運(yùn)用無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)后，照片精確度更高，消除了人工拍照的各種誤差，運(yùn)維效率提高顯著。

關(guān)鍵詞：輸電線路? 自動(dòng)駕駛? 無(wú)人機(jī)

中圖分類號(hào)：TP31 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）07（c）-0035-02

無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛是指通過(guò)對(duì)規(guī)定區(qū)域運(yùn)用激光雷達(dá)掃描后，生成的三維點(diǎn)云模型，點(diǎn)云中的每個(gè)點(diǎn)都有它唯一的三維坐標(biāo)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)就利用各個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)讓無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛、拍照等功能。但自動(dòng)駕駛技術(shù)需要各種嚴(yán)苛的條件，下面該文就輸電線路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛該具備哪些條件做一簡(jiǎn)單分析。

1? 輸電巡檢存在的問(wèn)題

現(xiàn)在城鄉(xiāng)各處的電力網(wǎng)是保障電力傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施。我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模已躍居世界首位，在我國(guó)多變的氣候條件與復(fù)雜的地形地貌的情況下，保障中國(guó)超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行是一個(gè)艱巨的任務(wù)。

目前，電網(wǎng)巡檢主要是人巡+機(jī)巡模式，人工巡檢人力成本過(guò)高，對(duì)巡檢工人來(lái)說(shuō)，危險(xiǎn)系數(shù)也較高。巡檢人員需要攜帶專業(yè)設(shè)備深入高山峽谷，甚至深山老林，爬上幾十米高的鐵塔，開展電網(wǎng)巡檢工作，碰上惡劣天氣，依然要堅(jiān)持在巡檢一線，在巡檢過(guò)程中，一旦發(fā)生高空墜落或觸電等意外事故，后果不堪設(shè)想。機(jī)巡模式改變了以往人工巡檢的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但是飛手的培養(yǎng)需要時(shí)間與成本，加上每個(gè)飛手的操作技術(shù)問(wèn)題，“炸機(jī)率”也一直居高不下。而且每個(gè)飛手的拍照距離、拍照角度與每基塔的拍照位置等人工誤差問(wèn)題，也使得機(jī)巡模式成本過(guò)高。

巡檢班組人員通過(guò)使用無(wú)人機(jī)提高巡檢效率，但是新的工作方式也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。巡檢人員需要長(zhǎng)時(shí)間控制無(wú)人機(jī)飛行，這對(duì)于基層班組人員的無(wú)人機(jī)操作技能要求可不低?！罢C(jī)”“撞塔”等事故的發(fā)生也隨著機(jī)巡業(yè)務(wù)的擴(kuò)大而與日俱增。同一條線路在兩個(gè)技術(shù)熟練度不同的飛手飛過(guò)以后也可能產(chǎn)生迥異的巡視結(jié)論。行業(yè)迫切需要更加智能、更加安全、更加可控的巡檢作業(yè)方式。降低無(wú)人機(jī)操作門檻，降低人員經(jīng)驗(yàn)對(duì)于巡檢工作的影響，進(jìn)一步提升機(jī)巡作業(yè)效率，是各個(gè)供電人不斷追求的目標(biāo)。

2? 輸電巡檢實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛的條件

2.1 線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集設(shè)備

線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)是指通過(guò)運(yùn)用激光雷達(dá)儀器掃描輸電線路，以點(diǎn)的形式記錄掃描后的信息。每一個(gè)點(diǎn)包含有三維坐標(biāo)，有些可能含有顏色信息。通過(guò)這些點(diǎn)組成的點(diǎn)云模型，可以準(zhǔn)確地記錄線路上每個(gè)點(diǎn)的位置信息。可能由于天氣或設(shè)備本身的原因造成采集點(diǎn)云誤差，需要后期運(yùn)用點(diǎn)云編輯器與設(shè)備定位共同校準(zhǔn)誤差，才能為后續(xù)的自動(dòng)駕駛提供數(shù)據(jù)的安全保障。

自動(dòng)駕駛與激光點(diǎn)云形影不離，只有擁有精確的點(diǎn)云模型，才能保證自動(dòng)駕駛的可操作性。如果運(yùn)用激光雷達(dá)掃描出來(lái)的點(diǎn)云有偏差，但是飛行人員沒有通過(guò)運(yùn)用無(wú)人機(jī)定位系統(tǒng)校準(zhǔn)點(diǎn)云誤差，而直接自動(dòng)飛行，很有可能出現(xiàn)飛機(jī)撞鐵塔或?qū)Ь€的情況。所以在飛行前，需要工作人員利用飛行系統(tǒng)里的定位坐標(biāo)與點(diǎn)云系統(tǒng)坐標(biāo)對(duì)照，誤差控制5cm內(nèi)，說(shuō)明該點(diǎn)云模型是準(zhǔn)確的，可以運(yùn)用自動(dòng)駕駛飛行。

2.2 帶有RTK定位系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)

隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)快速高精度位置信息的需求也日益強(qiáng)烈。而目前輸電線路巡檢運(yùn)用RTK技術(shù)中遇到的最大問(wèn)題就是參考站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離。GPS誤差的空間相關(guān)性隨參考站和移動(dòng)站距離的增加而逐漸失去線性，因此對(duì)于固定基站RTK，不僅僅是設(shè)置基站較為麻煩，而且傳統(tǒng)的單機(jī)RTK的作業(yè)距離都非常有限（﹤500m）。輸電線路為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，主要是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK，在網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中，用多個(gè)參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來(lái)估計(jì)一個(gè)地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)突破了傳統(tǒng)的距離限制與延時(shí)誤差，能夠更好地運(yùn)用到線路自動(dòng)巡檢中。

2.3 線路自動(dòng)駕駛航線規(guī)劃

線路點(diǎn)云模型創(chuàng)建完成后，需要在點(diǎn)云模型的基礎(chǔ)上規(guī)劃自動(dòng)駕駛的飛行航線，航線規(guī)劃需要規(guī)避輸電線路，防止航線與線路導(dǎo)線或鐵塔等線路設(shè)備相交叉，如果規(guī)劃航線與設(shè)備點(diǎn)云相交叉，實(shí)際飛行過(guò)程無(wú)人機(jī)肯定會(huì)與設(shè)備的交叉點(diǎn)處相撞，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)損毀。由于線路本身帶電運(yùn)行，對(duì)飛行設(shè)備接收的GPS信號(hào)或遙控信號(hào)都會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，所以航線規(guī)劃也不能距離線路設(shè)備過(guò)近，一般設(shè)置無(wú)人機(jī)與線路設(shè)備拍照距離在3m以上為最佳拍照距離，該距離可以看清線路絕緣子插銷，滿足線路精細(xì)化巡視的要求。

3? 無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛在輸電線路中的應(yīng)用

3.1 線路通道、樹障、精細(xì)化巡視

傳統(tǒng)線路通道、樹障、精細(xì)化巡視需要飛手有嫻熟的技術(shù)，并且對(duì)線路的結(jié)構(gòu)相當(dāng)熟悉，飛行過(guò)程中不能出現(xiàn)任何差錯(cuò)，拍照距離與拍照角度也要滿足作業(yè)要求，對(duì)人為因素要求較為嚴(yán)格。相比以往人工操作，自動(dòng)駕駛技術(shù)不僅可減少對(duì)操作人員技能水平的依賴，同時(shí)在數(shù)據(jù)采集方面更具規(guī)范性。基于雷達(dá)高精度定位和大數(shù)據(jù)積累形成的無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)多旋翼無(wú)人機(jī)一鍵起飛。在事先制作的高精度線行三維地圖上規(guī)劃好航線，應(yīng)用厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位技術(shù)，自動(dòng)飛到指定位置，在飛行設(shè)備到達(dá)控制點(diǎn)后進(jìn)行自動(dòng)拍照保存，并且在完成作業(yè)任務(wù)后自動(dòng)返回，實(shí)現(xiàn)站到站的無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)新模式。機(jī)巡作業(yè)已成為當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)維的重要手段之一，可大大提升工作效率。由傳統(tǒng)人巡的4km/人日，提升到至14.51km/人日，效率提升了3.6倍。

3.2 線路故障夜間特巡與勘災(zāi)

對(duì)于線路跳閘特巡，如果在晚上無(wú)法使用無(wú)人機(jī)去查找故障，人工查找又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且也很難查到故障問(wèn)題的根源。利用自動(dòng)駕駛夜視無(wú)人機(jī)，不用擔(dān)心因?yàn)榭床灰妼?dǎo)線或鐵塔，而使無(wú)人機(jī)撞到線路設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)一鍵起飛，讓無(wú)人機(jī)快速到達(dá)指點(diǎn)控制點(diǎn)拍照，不會(huì)受到夜間的環(huán)境限制而實(shí)現(xiàn)快速查找故障。利用無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢可實(shí)現(xiàn)高效、快速電網(wǎng)巡查及勘災(zāi)，為整體應(yīng)急搶修部署提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

3.3 線路設(shè)備隱患臺(tái)賬的建立與更新

通過(guò)自動(dòng)駕駛航線規(guī)劃，利用各個(gè)控制點(diǎn)的不同角度對(duì)線路設(shè)備拍照，再將所有精確角度拍照所得的照片利用軟件合成線路全景圖，可運(yùn)用在線路交叉跨越安全距離的測(cè)量、違章建筑與施工的安全距離測(cè)量及多工況下的線路狀態(tài)檢測(cè)等。建立實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的線路隱患設(shè)備臺(tái)賬，可以實(shí)時(shí)掌控線路危險(xiǎn)隱患，保障線路的安全運(yùn)行。重點(diǎn)對(duì)跨越高速公路、鐵路、重要通道等的“三跨”區(qū)段進(jìn)行自動(dòng)飛行拍攝，旨在及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，提高設(shè)備安全運(yùn)行水平，掌握輸電設(shè)備動(dòng)態(tài)狀況，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)檢。

4? 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著輸電線路電壓等級(jí)不斷升高，特高壓桿塔的高度和結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，線路里程呈“井噴”式增長(zhǎng)，為了緩解輸電線路運(yùn)維壓力，提高線路巡檢質(zhì)量和效率，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定，越來(lái)越多的供電公司開始應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路巡檢。無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢不僅有助于提高巡檢質(zhì)量和效率，而且能夠降低輸電線路運(yùn)行維護(hù)成本、保障巡檢人員的人身安全，是輸電線路巡檢運(yùn)維的智能化發(fā)展方向。無(wú)人機(jī)全自主智能巡檢，帶來(lái)輸電線路巡檢模式新變革，無(wú)人機(jī)全自主巡檢將大大減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)線路巡檢標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化，提高輸電線路運(yùn)維質(zhì)量效率?！盁o(wú)人機(jī)全自主飛行”“AI自動(dòng)規(guī)劃航線”“缺陷自動(dòng)識(shí)別”“圖片自動(dòng)命名”等新一代技術(shù)的攻克，將翻開電網(wǎng)巡檢的新篇章。

參考文獻(xiàn)

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