摘要:对电力系统来讲,输电线路至关重要,其也是系统安全运行的前提。针对日益繁重的输电线路巡视工作以及输电专业无人机巡视方面难度大、风险高、自动化程度低等问题,本文分析了输电线路多旋翼无人机自动驾驶智能巡检系统。
关键词:输电线路;无人机自动驾驶;智能巡检系统
电网安全关系到国民经济发展与社会民生,然而超/特高压输电线路安全运行所面临的挑战与风险却与日俱增,极端自然灾害和人为外力破坏等非传统因素造成的电网严重事故时有发生。
一、输电巡检存在的问题
现在城乡各处的电力网是保障电力传输的基础设施。我国电网建设规模已跃居世界首位,在我国多变的气候条件与复杂的地形地貌的情况下,保障中国超大规模的网络运行是一个艰巨的任务。目前,电网巡检主要是人巡+机巡模式,人工巡检人力成本过高,对巡检工人来说,危险系数也较高。巡检人员需要携带专业设备深入高山峡谷,甚至深山老林,爬上几十米高的铁塔,开展电网巡检工作,碰上恶劣天气,依然要坚持在巡检一线,在巡检过程中,一旦发生高空坠落或触电等意外事故,后果不堪设想。机巡模式改变了以往人工巡检的费时费力,但是飞手的培养需要时间与成本,加上每个飞手的操作技术问题,“炸机率”也一直居高不下。而且每个飞手的拍照距离、拍照角度与每基塔的拍照位置等人工误差问题,也使得机巡模式成本过高。巡检班组人员通过使用无人机提高巡检效率,但是新的工作方式也带来了新的挑战。巡检人员需要长时间控制无人机飞行,这对于基层班组人员的无人机操作技能要求可不低。“炸机”“撞塔”等事故的发生也随着机巡业务的扩大而与日俱增。同一条线路在两个技术熟练度不同的飞手飞过以后也可能产生迥异的巡视结论。行业迫切需要更加智能、更加安全、更加可控的巡检作业方式。降低无人机操作门槛,降低人员经验对于巡检工作的影响,进一步提升机巡作业效率,是各个供电人不断追求的目标。
二、无人机在输电线路巡视中的应用
1.控制技术。无人机包括人工与智能控制两部分。这两种控制方式的适用条件不一样,工作人员在巡视之前,需对路线合理设计,保证无人巡视工作效率。
2.无人机巡视的稳定性。输电线路巡视工作有复杂的内容,大多数情况下无人机会长时间在某个地方停留接受检查,要求无人机逐步提高续航的稳定性。在操作之前,相关人员对无人机的电量与结构科学检查,以提供充足的电量。
3.无人机的成像与图像传输。首先,无人机积极提高成像技术,保证该系统的工作质量,获得比较清晰的照片,精确提示故障点。其次,地面设备将拍摄的图像成功传输。无人机在高空环境内操作,对传输信号效果造成影响。控制人员结合输电线路的情况,用合理的算法处理图像,压缩图像大小,提升传输速率。
4.无人机的检测方法。无人机检测是综合各种成像技术认真巡查输电线路。其中,红外检测仪是对输电线路进行全线测温检测,能及时发现线路发热点并组织消缺;激光雷达巡视是对输电线路通道进行全面的测距巡视,能精准的发现树障距离;多光谱或紫外巡视是检测输电线路与杆塔的放电或爬电情况。无人机检测包含了各种技术,不同的检测技术有不同的特点,应用范围也不一样。在输电线路巡视中最大程度发挥了无人机的功能,科学利用以上检测技术。
三、输电线路多旋翼无人机自动驾驶智能巡检系统设计
1.系统结构。输电线路多旋翼无人机自动驾驶智能巡检系统主要由3个部分组成,分别为智能终端、飞行平台和机巡作业平台.其中智能终端接收机巡作业平台发送的自动飞行航线信息,实现对飞行平台无人机的智能控制,同时将作业数据传输给机巡作业平台进行分析处理。飞行平台完成各种作业数据的采集,并将数据传输给智能终端和机巡作业平台.机巡作业平台根据作业数据规划自动驾驶航线,并进行后期的照片处理.系统总体结构如图1所示。
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图1多旋翼无人机自动巡检系统总体结构图
1.智能终端。智能终端主要用于操控无人机飞行,通过数据链路和图传链路与飞行平台实时连接,实现飞行状态监测、飞行任务管理、飞行安全检查、作业数据管理等功能.其主要包括智能匹配、杆塔数据管理、地图显示、任务管理、飞行参数显示、飞行安全检查和作业数据管理等七大功能模块。智能匹配模块可智能匹配无人机的机型、作业的线路和杆塔名称,为作业提供了安全稳定的运行环境。杆塔数据管理模块用于储存高精度杆塔坐标、高度及输电杆塔等三维模型信息,同时该模块可与网络云端数据库互联,从而实现数据共享.地图显示模块可载入三维地图,实时查看杆塔模型、电子围栏、无人机和飞行航线.任务管理模块用于管理不同线路巡视的作业任务,作业人员只需按提醒的操作步骤执行即可完成自动巡检全过程.飞行参数显示模块可获取无人机实时飞行、相机云台和激光雷达参数,包括无人机飞行速度、距离、高度、相机曝光参数等等基础数据,并显示在智能终端.飞行安全检查模块用于检查无人机的实时位置,并控制无人机在飞行时不能进入电子围栏区域,以此保证无人机巡视作业安全.作业数据管理模块用于管理无人机的作业数据,包括作业记录数据和所拍摄照片。
2.飞行平台。飞行平台为无人机作业及数据采集的主要平台.系统主要采用RTK无人机,其基于RTK载波相位差分技术可在强电磁场中实现厘米级定位,保证了无人机作业位置和采集信息的准确性。其搭载的激光雷达、可见光相机和红外测温相机分别完成输电线路激光点云、杆塔坐标与高度、设备可见光相片与红外测温相片等信息的采集。
3.机巡作业平台。机巡作业平台是数据处理、存储与应用的主要作业平台.该平台主要包括自动驾驶模块和智能分析模块。自动驾驶模块用于规划无人机高精度精细化巡检自动驾驶航线,对飞行平台采集的高精度点云数据进行矢量化、对象化处理,提取关键点信息,根据智能控制算法自动生成无人机高精度精细化巡检自动驾驶航线.智能分析模块用于处理无人机巡视作业数据,对无人机作业后拍摄的不同设备部件进行一一匹配、重命名及归档整理,同时对设备缺陷照片进行识别提取,整理命名,最终生成作业报告。
参考文献:
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