輸電線路高空巡檢中高效檢修工具研究

王敏超

摘要：近年來(lái)，我國(guó)的輸電工程建設(shè)的發(fā)展迅速，隨著輸電線路智能巡檢技術(shù)的發(fā)展，采用無(wú)人機(jī)和遠(yuǎn)程紅外跟蹤識(shí)別技術(shù)進(jìn)行輸電線路巡檢成為未來(lái)輸電線路巡檢發(fā)展的主要方向，輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)是一種高效、便攜、穩(wěn)定的巡檢設(shè)備，目前在輸電線路的日常巡檢工作中得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)的輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離確定方法研究受到人們的極大關(guān)注。基于電磁場(chǎng)信息的輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢安全距離仿真分析，通過(guò)建立交流架空線路模型，以電力工業(yè)中廣泛使用的第Ⅲ類四旋翼無(wú)人機(jī)為例，分析了其與帶電導(dǎo)線不同距離下表面承受的電磁場(chǎng)信息，并根據(jù)仿真數(shù)據(jù)提出了無(wú)人機(jī)巡檢安全距離。

關(guān)鍵詞：輸電線路;高空巡檢;高效檢修工具研究

引言

近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)有限公司不斷開展新型巡檢技術(shù)研究，構(gòu)建新型智能運(yùn)檢模式，無(wú)人機(jī)、巡線機(jī)器人等先進(jìn)設(shè)備和巡檢技術(shù)已成為輸電線路重要巡檢手段。無(wú)人機(jī)巡檢具有受地形限制小、塔頭巡檢效果好、成本低等優(yōu)勢(shì)，在巡檢內(nèi)容和頻次上可對(duì)人工巡檢進(jìn)行有效協(xié)同。2013年以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)有限公司積極推進(jìn)構(gòu)建直升機(jī)、無(wú)人機(jī)和人工協(xié)同巡檢工作模式，大力推廣無(wú)人機(jī)巡檢應(yīng)用，運(yùn)檢效益明顯提升，架空輸電線路運(yùn)維已由傳統(tǒng)人工巡檢發(fā)展為“機(jī)巡+人巡”的協(xié)同巡檢模式。

1無(wú)人機(jī)功率檢測(cè)技術(shù)介紹

在無(wú)人機(jī)功率檢查任務(wù)中，除了對(duì)無(wú)人機(jī)本身質(zhì)量的特定要求外，整個(gè)系統(tǒng)中的每個(gè)模塊還具有自己的技術(shù)特征和問題，每個(gè)模塊直接影響整個(gè)系統(tǒng)檢查的效率和準(zhǔn)確性。

1.1巡線和避障技術(shù)

在執(zhí)行常規(guī)功率檢查任務(wù)時(shí)，無(wú)人機(jī)將準(zhǔn)確跟蹤任務(wù)路線，避開路線上可能存在或突然出現(xiàn)的障礙物，并在避讓完成后繼續(xù)進(jìn)行檢查。當(dāng)前的無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)主要通過(guò)GPS定位/導(dǎo)航技術(shù)和基于攝像頭的視覺技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是由于飛行過(guò)程中的惡劣天氣，無(wú)人機(jī)很容易受到干擾，造成視覺異常，降低識(shí)別率。

1.2無(wú)人機(jī)姿態(tài)控制技術(shù)

無(wú)人機(jī)通常重量輕，體積小，在執(zhí)行檢查任務(wù)時(shí)容易受到惡劣天氣的影響，變得不平衡或墜毀。同時(shí)，無(wú)人機(jī)的異常姿態(tài)也會(huì)對(duì)線路檢查造成影響檢測(cè)精度。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)姿態(tài)控制技術(shù)主要依賴于安裝在無(wú)人機(jī)中的飛行控制器。如果無(wú)人機(jī)的姿態(tài)異常，則飛行控制器會(huì)根據(jù)當(dāng)前無(wú)人機(jī)的特定姿態(tài)、線速度、角速度、加速度等來(lái)調(diào)整無(wú)人機(jī)的行為，以確保無(wú)人機(jī)恢復(fù)正常飛行并進(jìn)行巡邏。

1.3無(wú)線通信技術(shù)

執(zhí)行檢查任務(wù)時(shí)，無(wú)人機(jī)可以維持與地面服務(wù)器的實(shí)時(shí)無(wú)線連接，并實(shí)時(shí)返回?zé)o人機(jī)狀態(tài)信息，任務(wù)信息，捕獲的圖像，視頻等數(shù)據(jù)信息，它還從地面服務(wù)器接收數(shù)據(jù)、控制信號(hào)，并提供反饋等。但是，功率檢查環(huán)境非常復(fù)雜，經(jīng)常充滿變化和不確定性。該系統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)需要強(qiáng)大的抗干擾能力，以及足夠的傳輸速度來(lái)支持圖數(shù)信息傳輸，確保能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的完成輸電線路的電氣檢查任務(wù)。

1.4故障檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)前，無(wú)人機(jī)的電力檢查工作包括無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)采集相關(guān)圖像和視頻，并由地面服務(wù)器對(duì)接收到的圖像、視頻等進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)輸電線路的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)并確定是否存在缺陷或故障。常見的故障分析方法包括溫度測(cè)量分析和線性形狀分析。影響故障檢測(cè)準(zhǔn)確性的主要因素包括拍攝角度、圖像和視頻文件的清晰度以及分析技術(shù)的準(zhǔn)確性等。每個(gè)部件的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性決定了輸電線路整體故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性，因此不可忽視。

2輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢技術(shù)

盡管線路所在的地形地貌、風(fēng)速風(fēng)向等現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和作業(yè)時(shí)的起始地點(diǎn)、天氣有所不同，無(wú)人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃都需要遵循面向大號(hào)側(cè)先左后右、從下至上（對(duì)側(cè)從上至下）、先小號(hào)側(cè)后大號(hào)側(cè)的基本原則。依據(jù)這個(gè)基本原則，不同飛手因?qū)I(yè)務(wù)的熟練程度不同所拍攝的巡檢圖像大相徑庭，經(jīng)常出現(xiàn)虛焦、部件主體不突出等問題，圖片拍攝效果不好將直接影響后續(xù)根據(jù)圖像識(shí)別診斷部件缺陷的準(zhǔn)確率。針對(duì)上述問題，提出了一種輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢的實(shí)現(xiàn)方案，分析了無(wú)人機(jī)自主巡檢作業(yè)全流程體系架構(gòu)，研制了輸電線路無(wú)人機(jī)全自主巡檢系統(tǒng)，通過(guò)固化作業(yè)點(diǎn)，建立標(biāo)準(zhǔn)化航線庫(kù)，用戶可在無(wú)人機(jī)運(yùn)維管控系統(tǒng)一鍵觸發(fā)巡檢任務(wù)，無(wú)人機(jī)將自主執(zhí)行巡檢任務(wù)并實(shí)時(shí)回傳巡檢視頻，自動(dòng)下載巡檢圖像，運(yùn)維管控系統(tǒng)自動(dòng)分類、分析巡檢圖像、生成巡檢報(bào)告，并將自主巡檢技術(shù)應(yīng)用于電力輸電線路巡檢。巡檢結(jié)果驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)自主巡檢技術(shù)的有效性，無(wú)人機(jī)自主巡檢規(guī)?；瘧?yīng)用將大大降低運(yùn)維人員的工作難度，降低其對(duì)操控?zé)o人機(jī)技能的掌握，擺脫繁瑣的數(shù)據(jù)整理，集中精力到輸電專業(yè)核心技術(shù)的學(xué)習(xí)研究和電力通道隱患的治理檢查。輸電線路無(wú)人機(jī)自主巡檢系統(tǒng)包含3大部分：無(wú)人機(jī)及機(jī)載計(jì)算平臺(tái)、無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)和無(wú)人機(jī)運(yùn)維管控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“管控系統(tǒng)”）。無(wú)人機(jī)機(jī)載計(jì)算平臺(tái)基于GPU的高性能前端計(jì)算分析在作業(yè)過(guò)程中實(shí)時(shí)識(shí)別對(duì)象。無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)內(nèi)置多組電池，可進(jìn)行充電或自動(dòng)更換電池，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)自動(dòng)回收、野外存放、能源補(bǔ)給。管控系統(tǒng)對(duì)巡檢任務(wù)、機(jī)場(chǎng)、無(wú)人機(jī)飛行作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和管控，實(shí)現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)閉環(huán)化管理。

結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建優(yōu)化的輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離確定模型，結(jié)合參數(shù)估計(jì)和傳感信息采集結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離檢測(cè)和參數(shù)自主估計(jì)，提高輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離確定和優(yōu)化參數(shù)估計(jì)能力，本文提出輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離確定方法。采用多維傳感節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)部署的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離參數(shù)識(shí)別，結(jié)合點(diǎn)云技術(shù)，采用大數(shù)據(jù)融合和標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)，得到輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離參數(shù)采集的RFID傳感識(shí)別模型，采用大數(shù)據(jù)多源信息融合和特征參數(shù)跟蹤識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離參數(shù)估計(jì)和確定。研究得知，本文方法對(duì)輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離確定的精度較高，提高了對(duì)輸電線路巡檢無(wú)人機(jī)安全距離的自適應(yīng)確定的精度。

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