摘要:近年来,随着经济的快速发展,全国电网的高压输电线路建设迅速。由于输电线路具有分布范围广的特点,而且面对面对复杂多样的自然环境,如风、阳光和雨水侵蚀电力线路可能会遇到腐蚀,磨损,大风等损坏。这些情况将给输电线路的安全稳定运行带来巨大的潜在风险,因此需要进行运行状态检查。随着无人机(UAV)和遥感技术的飞速发展,采用UAV和遥感传感器对输电线路进行巡检已成为研究和开发的热点。
关键词:输电线路;无人机巡检;智能管理系统;应用
一、技术路线
输电线路无人机巡检智能管理系统在构建过程中,通过对数据模型的内部共享,利用模块化、小型化、可编辑的软件构建技术,采用J2EE体系,实现了多层技术方案的设计。同时,开发了针对第三方软件供应商的专用接口。可以实现不同专业软件的集成,有利于实现无人机输电线路巡检业务的综合管理,前置层包含了对无人机飞行系统的控制以及飞行数据的采集、存储和清洗等功能。表现层集成了无人机巡检智能管理系统的管理工具,实现基于C/S结构的对数据加工和应用;应用服务层提供面向用户的基本服务功能,主要用于实现飞行作业的管理、图形浏览、富媒体内容的分析识别、空间的分析服务和电网拓扑的分析管理等内容。应用逻辑层是面向系统管理员和开发人员的系统工具,完成对系统用户的权限管理、空间数据的统计分析、飞行图像数据的识别和无人机通用业务组件的搭建。数据访问与数据存储均属于无人机智能巡检系统的数据管理系统,实现了对的数据访问的管理控制以及无人机巡检系统的数据存储功能。
二、无人机巡检的组成分析
2.1无人机平台与系统
巡测功能的实现,需要借助于无人机平台以及搭载的众多类型的传感器。首先,对于数据获取系统而言,它是进行数据信息采集与获取的重要平台,该平台不仅囊括了飞行平台以及稳定平台,同时还安装了相应的自主预警系统以及避障系统等。这样一来,可以确保无人机能够顺利的飞行,同时也提高了数据信息采集的质量与精度,进而提高了数据的利用价值。
2.2数据通信链路系统
对于该子系统而言,其主要工作是进行信号的接收与发射。无人机巡测过程中,需要与地面测控站保持数据的实时传递与交互。巡检工作中,当传输速率满足4-8Mbps的要求,地面的测控人员就能实现对数据信息的实时传递。
2.3地面测控站
作为输电线路巡检工作的重要组成部分,地面讯测站中包含了诸多的子系统。其中,较为重要的是地面控制系统。同时,测控站中还安装了数据编解码系统以及分析系统、感应系统等等。地面测控站可以对无人机的实时飞行状态进行及时的管理与监控,并且能够对飞行环节中的信息获取方式做出相应的控制。
三、输电线路无人机巡检智能管理系统
3.1设备缺陷识别算法
无人机巡检系统典型设备缺陷识别的算法流程如下:
1)样本制作。首先对获得的图像数据进行设备特征标注。然后从中随机抽取总数的90%作为深度学习算法的训练数据集,剩余图片作为测试数据集。2)模型训练。利用Faster-Rcnn对样本数据进行训练,并使用随机梯度法对Faster-Rcnn算法参数进行实时更新。当数据满足识别误差要求时,停止训练。3)模型测试。使用测试数据集对步骤2)得到的深度学习数据模型进行测试,并根据测试结果判断模型是否需要修正。4)目标样本制作。针对电力系统中设备的典型缺陷特征制作检测目标分类器样本,并利用Faster-Rcnn算法对分类器样本进行测试。检测算法能否满足缺陷识别的要求,从而对样本进行修改。5)模型应用。利用上述步骤训练得到的基于深度神经网络的Faster-Rcnn模型对无人机巡检得到的照片数据进行设备缺陷故障识别,并对故障进行分类标注。6)参数更新。在原有图像识别模型的基础上,抽取新采集到的数据图像重新制作Faster-Rcnn识别样本,从而实现对模型的不断优化,提高模型的识别效率。
3.2系统框架设计
输电线路无人机巡检智能管理系统主要可分为3个部分,分别为业务架构、应用架构和数据架构。无人机巡检智能管理系统中的业务架构是指,对无人机飞行业务和数据成果的管理。其实现流程包含了飞行计划的制定,统计作业人员数据和进行飞行空域的申请。同时,制定飞行计划指标。完成飞行计划管理之后按照飞行作业执行飞行任务,通过格局现场的飞行轨迹对巡检数据进行实时上传。飞行任务完成之后,由管理系统的数据库对获得的巡检数据进行建模分析。同时经过专家诊断,完成模型的优化分析。并导出作业成果报告,进行飞行数据指标的对比。
应用架构主要实现无人机巡检任务过程中的资源管理、数据管理、指标管理和系统管理等内容。其中,资源管理是对无人机台账的统计以及设备的保养、备品配件的管理和驾驶员的培训及考核管理。
多维智能数据管理系统包括了电力设施典型缺陷的识别功能和多维传感数据的管理。其中,电力设施的典型缺陷识别包含了对基础数据库的接入、基于图像定位和图像模型算法的建立以及图像识别技术的匹配。多维传感数据管理用于实现对数据的分析与优化功能。
作业指标管理实现对无人机巡检作业指标的制定和考核功能。系统管理包含了工作人员的权限和角色管理,以及系统组织的制定与规划。
3.3数据库设计
依据无人机立体智能巡检应用平台的数据特性,将数据划分为基础数据、事务数据、非机构化数据等类型。并与其他系统进行集成数据交互,保障数据的实时性、唯一性、准确性。
其中,基础数据主要包含基本台账信息。其包括无人机台账信息、备品备件信息、驾驶员信息、供应商信息、设备台账信息等;事务数据主要包括禁飞区数据、空域申请记录数据、飞行计划数据、飞行申请数据、定位数据、维修保养数据等;非结构化数据主要包含无人机政策法规、规范方案、日常规范文档、驾驶证照片、无人机照片、巡检照片、巡检视频、导入模板等。
系统数据是无人机巡检系统运行和服务的数据基础,由一系列的结构化数据和非结构化数据组成;无人机巡检系统数据主要由电网资源数据、地理信息数据、计划任务数据、飞行监控数据、巡检照片数据、巡检视频数据等多种数据构成。
电网资源数据主要是通过与生产管理系统集成而获取的。其为无人机巡检系统的主体基础数据,是飞行任务的主体数据。主要记录电网设备资源台账数据。
地理信息数据主要是通过与地理信息系统集成而获取的。其为无人机巡检系统主体基础数据的补充,是空域申请及飞行监控的参照数据。主要记录电网资源的地理信息数据及地图数据。
计划任务数据是无人机巡检系统中开展计划制定分解以及任务安排执行产生的生产应用数据。其主要是实现无人机巡检任务从计划到执行的管理,保证飞行有计划、有执行。
飞行监控数据是无人机巡检系统中监控飞行任务执行过程的数据。其主要是实现无人机巡线任务在线监控,保证飞行作业安全、合规。
巡检照片数据及巡检视频数据是无人机巡检系统中管理的无人机输电线路巡检任务对应的飞行成果数据。主要实现巡检成果数据的逻辑管理,并为后续缺陷分析提供基础数据。
结语
为了对无人机巡检过程中产生的海量图像和视频数据进行处理,本文利用J2EE技术体系对输电线路无人机智能管理系统进行了研究。通过Faster-Rcnn的深度学习算法,对无人机采集到的数据图像进行了处理与分析。并依据无人机巡检平台的数据特性,对数据进行了归类。
参考文献:
[1]吴飞龙,林韩,汤明文,等.多种中继方式在大型无人机输电线路巡检中的应用[J].中国电力,2018,48(2):104-110.