陈东洋1，鲁杰1，刘嗣萃1，魏志峥1
1.国网冀北电力有限公司承德供电公司
摘 要：输电线路故障后，需人工现场带电查线，危险系数高，效率低，难度大。该文基于720°可视化VR全景提出了一种输电线路辅助巡检方案，可实现远程带电查线。综合输电线路地理环境特点和科技现状，设计三层VR全景辅助巡检框架。对某一线路故障跳闸事件进行具体测试，结果表明该方案可直观、安全、高效查找故障点，对比人工查线，可将查线时间由平均10h，缩短至2h以内。
关键词：VR；全景；可视化；输电线路；辅助巡检
中图分类号：TM755 文献标识码：A
Auxiliary Inspection Scheme of Transmission Line Based on VR Panorama
CHEN Dongyang1，LU Jie1，LIU Sicui1，WEI Zhizheng1
(1. State Grid Chengde Power Supply Company )
Abstract : When the transmission line fails, it needs manually check the line on the spot, which has a high risk factor, low efficiency and great difficulty. Based on the 720° visualized VR panorama, this paper proposes a auxiliary inspection plan of transmission line, which can realize remote live line inspection. Based on the characteristics of the geographical environment of transmission lines and the current state of science and technology, it designs a three-layer VR panoramic auxiliary inspection framework. A specific test was conducted on a certain line fault trip event. The results show that the solution can find the fault point intuitively, safely and efficiently. Compared with manual line checking, the time of checking can be shortened from an average of 10 hours to less than 2 hours.
Key words: VR; Panorama; Visualization; Transmission Line; Auxiliary Inspection
0 引言
截止2020年，国内220千伏及以上输电线路共计79万公里，年平均增量3.7万公里，预计至2025年输电线路规模可达98万公里。随着电网规模日益庞大，传统输电线路巡检中存在的危险系数高、效率低、难度大等短板问题愈加突出，少人化、无人化输电线路巡检技术成为研究热点，推动各类智能输电线路巡检系统不断涌现。其中，基于Jetson-TX2的输电线路实时巡检系统通过云台相机进行线路高清图像采集，采用YOLO v3优化算法完成视频目标识别与定位，能够提高输电线路巡视效率 [[[] 杨学杰,陈文栋,许荣浩,李宋林,李建业.基于Jetson-TX2的输电线路设备实时巡检系统[J].山东科学,2021,34(02):81-89.]]；基于激光雷达的无人机输电线路巡检系统通过对输电线路进行激光点云三维建模，能够检测线路与邻近植被及其他建筑物的距离，为输电线路通道的安全性提供数据支撑[[[] 陈志浩.无人机激光雷达技术在输电线路通道巡检中的应用[J].电子世界,2020(12):188-189.]]；基于AI的输电线路立体巡检系统通过无人机采集红外、紫外等数据，远程研判线路面临的缺陷，并制定解决方案[[[] 傅晨宇,韩亮,王定松.基于人工智能远程交互的立体巡检技术研究[J].电力安全技术,2020,22(09):48-52.]]；基于图像的输电线路智能监控及预警装置通过监控器采集线路运行信息及通道信息，能够辅助巡检及故障预警，有效降低人工巡检的劳动量[[[] 张惠荣.基于图像处理的输电线路运行状态智能监控与故障预警平台研究[J].自动化技术与应用,2020,39(04):159-161+176.]]；一种智能输电线路巡检安防系统通过激光探测及图像识别技术可精准监控输电线路与施工机械设备安全距离，进而保障输电线路通道安全[[[] 王海超,张超,王孟枢,郭王鹏,汪利君.输电线路巡检智能立体安防系统研究[J].电工技术,2020(13):57-59.]]；基于全景的输电线路可视化运维管理方案提出利用数码相机等拍摄装置进行实景拍摄并合成全景图，使工作人员能够直观巡视设备状态，摆脱空间的限制[[[] 张云飞.一种基于全景的输电线路可视化运维管理技术[J].电气技术,2018,19(01):61-63+67.]]。
现有研究主要集中于输电线路的远程智能隐患识别和智慧故障研判，且感知层对设备覆盖度有限，无法实现输电线路的大范围巡检，线路故障发生后，感知范围以外部分仍需人工现场带电查线。因此，本文结合720°VR全景和无人机两者的工作特点提出一种大范围输电线路辅助巡检方案。
1 输电线路辅助巡检
根据当前数据统计，输电线路故障中绝大部分为瞬时故障，不影响线路运行，且线路跳闸后重合成功率较高，但为了消除不确定因素带来的隐患，仍需尽快带电查线。该文中输电线路辅助巡检方案则主要针对线路故障后带电查线部分进行研究设计。
1.1 整体框架
输电线路辅助巡检系统在横向上可分为三层：分布式感知层、云服务层和可视化终端层，系统整体框架如图1所示。
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其中，分布式感知层包括无人机和无人机自动化机场；云服务层包括720°全景生成后台和WebVR前端；可视化终端层包括手机、平板和具有WebVR-API功能的VR眼镜等设备。
1.2 分布式感知层
为了实现大范围查线，根据无人机可续航里程、可续航时间以及通信信号覆盖区域，在输电线路附近设立无人机及无人机自动化机场。
当输电线路发生故障时，分布式故障定位装置[[[] 吕世超.新型输电线路分布式故障定位装置的研制[J].工业控制计算机,2021,34(02):151-152.]]直接就近将故障点定位于某一基杆塔，而定位误差不超过一基杆塔的距离。无人机则根据故障指令依照航线前往故障点杆塔。由于输电线路周围有较强电磁干扰存在，对无人机控制信号以及图传信号具有一定影响，因此无人机与输电线路之间需根据电压等级保持一定安全距离[[[] 高旭东,张军朝,张建,张毅.无人机电力线路巡检安全距离测量新方法[J].现代电子技术,2020,43(05):146-149+154.]]，且尽量避免在线路正上方进行拍摄。综合拍摄效率和角度问题，该文采用杆塔四点全景拍摄方式，以水平面为0°，垂直方向每点进行15°、-15°、-45°、-90°四角度旋转拍摄，全景拍摄示意图如图2所示。其中，15°、-15°、-45°各拍摄照片8张，-90°拍摄照片一张，以每点25张照片形成一个全景场景。为了方便细节观察，单张照片取用4000 x 3000像素，最终可完成亿像素级720°全景图。
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无人机自动化机场为箱式结构，通过太阳能自充电的同时可实现无人机停靠充电和互联网数据通信。在山区无人机联网信号弱，无法与云服务器图传时，无人机可通过2.4GHz/5.8GHz双频段自适应切换的方式与无人机自动化机场进行图传，再通过4G/5G将照片上传至云服务器。
1.3 云服务层
云服务层负责接收来自无人机或无人机自动化机场的现场照片，25张为一组，在720°全景生成后台对接收到的照片进行全景拼接处理[[[] 别治峰,刘守山,黄春凤.基于SURF-RANSAC配准的三维重建[J].科学技术与工程,2019,19(28):239-244.]][[[] 王卫兵,白小玲,徐倩.SURF和RANSAC的特征图像匹配[J/OL].哈尔滨理工大学学报,2018(01):117-121
]]，得到每基杆塔四个全景场景，实现杆塔设备的全方位覆盖。通过WebVR前端，对杆塔单一角度全景场景均设置其它三个角度全景场景的传送标记，在可视化终端设备中点击传送标记实现每基杆塔四个不同角度的全景场景任意切换，弥补了单一全景场景查线时存在杆塔设备盲区的不足。
2 输电线路全景辅助巡检测试
2.1 输电线路VR全景测试
针对某一输电线路杆塔进行无人机全景拍摄，在平板端和VR眼镜端可观测杆塔720°实景全景，分别如图3和图4所示。
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从全景图中可以直观的观察杆塔运行情况及输电线路通道情况，且可进行细节放大查看，能够实现远程带电查线。
2.2 VR全景带电查线测试
针对承德地区某一线路故障跳闸进行测试。该线路距离一段、零序一段过流保护动作跳闸，重合成功，故障时段天气雷雨，场站测距11.3公里，故障段始于37号杆塔，止于38号杆塔，故障区段长度为0.336公里，全部位于高山大岭，根据37号杆塔经纬度，派遣无人机现场全景拍摄，工作人员则进行远程720°VR全景带电查线，查线结果如图5所示。
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由图5可以看出，绝缘子有明显放电痕迹。根据故障发生时该地段正在降水，并有雷电活动，结合雷电定位系统数据，可以确定该次故障是雷击故障。由于所查37号塔正是故障点所在杆塔，故障点查找时间共计33分钟，用时较短。
3 总结
该文对输电线路辅助巡检方案进行研究设计，针对人工现场带电查线危险系数高、效率低、难度大等问题，提出一种基于720°可视化VR全景输电线路辅助巡检方案，可摆脱地理环境及空间上的限制，实现远程带电查线。综合输电线路地理环境特点和科技现状，该文设计分布式感知层、云服务层和可视化终端层三层VR全景辅助巡检框架。对某一线路故障跳闸事件进行具体测试，结果表明该方案可直观、安全、高效查找故障点，对比人工查线，预计可将查线时间由平均10h，缩短至2h以内。
参考文献(References):