高壓輸電線路無人機(jī)全程自主巡檢系統(tǒng)

周秋延

摘要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了電力行業(yè)建設(shè)的發(fā)展。架空輸電線路是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的主要設(shè)施，隨著社會(huì)人群對電能的需求越來越大，該線路數(shù)量大幅增長，整體架構(gòu)也變得更加復(fù)雜，這時(shí)線路運(yùn)維、檢修工作的難度大幅增長，以往普遍使用的人工巡檢模式已經(jīng)無法滿足工作要求。為此，架空輸電線路管理部門引進(jìn)了無人機(jī)巡檢技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)成功彌補(bǔ)了人工巡檢模式的不足，能夠幫助人工了解架空輸電線路情況，做好運(yùn)維、檢修工作。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路;無人機(jī)全程;自主巡檢系統(tǒng)

引言

近年來，隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工巡檢受地形、交通等因素的影響，存在安全性差、效率低、漏檢率高等局限，已無法滿足輸電線路大規(guī)模定期巡檢的應(yīng)用需求。無人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、機(jī)身輕巧可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、性能卓越，特別適合在復(fù)雜環(huán)境執(zhí)行任務(wù)，可定期對輸電線路通道內(nèi)樹木、違章建筑等進(jìn)行重點(diǎn)排查、清理，確保輸電線路零缺陷投運(yùn)。

1無人機(jī)的控制巡檢技術(shù)

無人機(jī)的飛控系統(tǒng)是相當(dāng)精密的，它所建立的無人機(jī)平臺(tái)擁有分系統(tǒng)，其中包含了大量的飛控計(jì)算機(jī)核心組件，其性能優(yōu)劣與整個(gè)飛控系統(tǒng)的性能關(guān)存在直接關(guān)聯(lián)關(guān)系。一般來說，無人機(jī)的飛控計(jì)算機(jī)性能表現(xiàn)都十分強(qiáng)勁，如此才能保障無人機(jī)安全穩(wěn)定飛行。在這里，飛控系統(tǒng)就承擔(dān)了兩大重要責(zé)任：信息采集以及無人機(jī)飛行參數(shù)傳輸，它們合理有序控制了無人機(jī)的飛行速率，可實(shí)現(xiàn)對飛行路線的有針對性解算與控制，基于路線相關(guān)模塊發(fā)送指令，完成飛行任務(wù)管理與調(diào)度工作內(nèi)容。在無人機(jī)進(jìn)行架空輸電線路巡檢過程中，它主要運(yùn)用到了多余度飛控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可滿足無人機(jī)飛行需求，建立多部件與系統(tǒng)協(xié)調(diào)體系，確保在統(tǒng)一協(xié)調(diào)機(jī)制背景下完成同一任務(wù)內(nèi)容。在建立余度結(jié)構(gòu)過程中，還需要對架空輸電線路中的二余度、三余度內(nèi)容進(jìn)行分析，保證順利完成巡檢任務(wù)。而在架空輸電線路巡檢過程中，無人機(jī)主要利用飛控計(jì)算機(jī)建立雙余度結(jié)構(gòu)，如此可保證簡化結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，實(shí)施針對監(jiān)控輸電線路巡檢過程中的主從機(jī)控制，降低系統(tǒng)故障覆蓋率。

2無人機(jī)在電力行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)

無人機(jī)巡檢在基建線路選址、輸電線路通道檢測、災(zāi)后應(yīng)急評(píng)估、桿塔故障及缺陷檢測等方面有著廣泛的應(yīng)用，具備以下特點(diǎn)。（1）使用成本低。無人機(jī)體積小、重量輕、成本低，經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)即可上崗操作，大大縮減了對人工的依賴。（2）作業(yè)效率高?？赏黄频匦?、地勢限制，到達(dá)人員、車輛無法到達(dá)的地方進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，效率是人工走線檢測的數(shù)十倍。（3）安全性高?？梢员苊馊斯さ撬鳂I(yè)、帶電作業(yè)等可能造成的傷亡。（4）遠(yuǎn)距離、無接觸?？筛咝?zhǔn)確地采集相關(guān)數(shù)據(jù)，避免與當(dāng)?shù)鼐用?、利益相關(guān)人發(fā)生接觸，為后續(xù)選址、規(guī)劃、拆遷、施工等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（5）地勤保障要求低，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。無人機(jī)起降條件和維修保障要求低，且更加靈活。（6）滿足定制化需求?？筛鶕?jù)電力行業(yè)的需求進(jìn)行定制化開發(fā)，快速提供滿足要求的解決方案。

3架空輸電線路無人機(jī)巡檢關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展

3.1自主巡檢技術(shù)

自主巡檢技術(shù)是架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)研究中的重點(diǎn)課題，該項(xiàng)技術(shù)在理論上能夠讓無人機(jī)自主飛行、運(yùn)作，基本可以擺脫人工。根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知，可以使用激光雷達(dá)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主巡檢，其中激光雷達(dá)技術(shù)能夠自動(dòng)獲取飛行線路的高精度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由此能對飛行線路進(jìn)行規(guī)劃，而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位技術(shù)能夠?qū)o人機(jī)實(shí)際飛行路線進(jìn)行控制，確保無人機(jī)飛行路線與規(guī)劃路線吻合?，F(xiàn)實(shí)情況中自主巡檢技術(shù)尚處于研究階段，因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)的實(shí)施涉及到無人機(jī)飛行時(shí)的航高、坐標(biāo)、慣性等多種不確定的因素，所以該項(xiàng)技術(shù)在目前研究中的成本會(huì)比較高。同時(shí)，無人機(jī)在對架空輸電線路進(jìn)行巡檢時(shí)要考慮到桿塔巡檢的精細(xì)程度，而激光雷達(dá)技術(shù)在這方面還不夠成熟，無法投入實(shí)際運(yùn)用，這是該項(xiàng)技術(shù)未來的研究方向。

3.2作業(yè)安全管控

無人機(jī)巡檢技術(shù)在任何應(yīng)用領(lǐng)域中都需要得到安全管控，這一點(diǎn)在架空輸電線路巡檢中更加重要，稍有不慎是可能損害電路的，甚至?xí)鹨恍?zāi)害。針對安全管控問題，現(xiàn)代無人機(jī)巡檢技術(shù)都是嚴(yán)格依照國家提出的安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施的，此舉確實(shí)大幅提升了技術(shù)實(shí)施的安全性，但也導(dǎo)致無人機(jī)巡檢技術(shù)的功效未能充分發(fā)揮。這一條件下，為了同時(shí)兼顧作業(yè)安全管控與無人機(jī)應(yīng)用價(jià)值的充分發(fā)揮，國內(nèi)相關(guān)組織通過研發(fā)得出了無人機(jī)可視化綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備無人機(jī)視頻實(shí)時(shí)回傳、無人機(jī)實(shí)時(shí)管理、遠(yuǎn)程操控等功能，能讓無人機(jī)在巡檢中保持良好的安全性。但該系統(tǒng)提出的時(shí)間比較短，只適用于型號(hào)特定的無人機(jī)上，且此類無人機(jī)一般不滿足架空輸電線路巡檢要求。

3.3問題識(shí)別技術(shù)

在相對較早的無人機(jī)巡檢技術(shù)應(yīng)用中可知，架空輸電線路巡檢人員一般是操作無人機(jī)，利用無人機(jī)搭載的攝像設(shè)備對線路局部進(jìn)行拍攝，隨后人工對拍攝圖像進(jìn)行分析，最終得出判斷結(jié)果，確認(rèn)問題位置、類型、規(guī)模等。這種方式確實(shí)行之有效，但依舊依賴人工，在人工不穩(wěn)定性的影響下有可能作出錯(cuò)誤判斷，同時(shí)無人機(jī)拍攝圖像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判斷。因此，在現(xiàn)代無人機(jī)巡檢技術(shù)研發(fā)中提出了問題識(shí)別技術(shù)概念，該項(xiàng)技術(shù)主要就是讓無人機(jī)系統(tǒng)具備自主判斷問題的能力，根據(jù)當(dāng)前研究成果可知，該項(xiàng)技術(shù)已初具雛形，即近些年國家電網(wǎng)公司在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐下，結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、大數(shù)據(jù)和圖像識(shí)別技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了問題識(shí)別技術(shù)，使得無人機(jī)系統(tǒng)能夠自動(dòng)分析架空輸電線路上的問題，并生成巡檢報(bào)告，免去了人工分析的環(huán)節(jié)。該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)時(shí)間很短，目前還存在很多缺陷：問題識(shí)別中，有相當(dāng)一部分問題還無法被量化判定，現(xiàn)在使用的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在識(shí)別問題時(shí)容易受問題類型相似性干擾，最終出現(xiàn)誤判，如絕緣子問題識(shí)別中，假設(shè)絕緣子上有明顯污跡，算法就會(huì)根據(jù)污跡是否存在、污跡存在位置特征來進(jìn)行判斷，這時(shí)絕緣子附近的污跡也可能被列入算法范圍，受非絕緣子上的污跡影響，算法可能會(huì)認(rèn)為絕緣子上存在污跡，需要進(jìn)行清理，此類現(xiàn)象還有很多，說明該項(xiàng)技術(shù)有待完善;問題分類。

4結(jié)語

針對架空輸電線路的巡檢工作需要采用到無人機(jī)巡檢安全技術(shù)，該技術(shù)所建立的系統(tǒng)規(guī)模龐大，技術(shù)內(nèi)容豐富，可實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)采集與檢測過程，提高架空輸電線路整體巡檢工作效率。

參考文獻(xiàn)

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