潘雄1 蔡珍珍2 李小强3
1、广东电网有限责任公司广州供电局，广州510310 2、广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山528000
3、广东电网有限责任公司广州供电局，广州510310
摘要：在电力行业中，无人机巡视技术广泛运用于输电线路的巡视和故障检测方面，在变电站内的巡视运用并不多，主要是考虑到输电线路的地理环境优越，飞行范围广，适于进行无人机巡检，而变电站内设备数量多，位置密集，磁场强度大，对于无人机技术的安全巡航要求很高，所以运用狭窄，还停留在传统人工巡视以及机器人巡视层面，所以文中提出一种航迹规划巡检技术，利用可见光及红外成像原理，实现无人机在变电站的安全巡航，提升变电站的日常巡视和运维效率。
关键词：无人机；安全巡航；航迹规划；巡检技术
0 引言
大部分变电站的遥视研究依然局限于视频和图像监控系统，视频监控远没有达到智能化、可视化的发展目标，对于变电站各项数据的统计和分析，还主要依靠人员的维护和记录工作，有时候各类仪表较高时，由于人员视线受到光照以及距离的影响，容易产生疲劳，误差较大，很难精准分析数据是否准确[1]，对于设备外观巡视也仅限于目光所及之处，设备的全方位巡视远远不满足要求。
近几年，由于智能化的快速发展，巡检机器人技术得到了一定的发展，然而机器人在室外巡视时，由于早期的变电站并没有规划机器人巡视路线，以至于还需要额外的大量投资为机器人配置巡视导轨等附属设施，前期工程量巨大，并且机器人巡视速度很慢，耗时较长，对于数据的读取也偶有出错现象。另外由于路面的平整度不够，经常出现机器人偏离巡视路线，无法自动返回的现象，另一方面，由于变电站在不断发展，各项技改工程项目较多，当设备设置围栏之后，由于围栏的阻碍，机器人无法进行巡视，所以与机器人巡视相比，无人机飞行，尤其是高空巡视，具有更加普遍的适用性和灵活性[2]，所以研究无人机巡视技术成了目前变电站巡视技术的发展方向，也有利于促进智能化发展。
1 无人机巡视技术的原理
无人机飞行技术作为目前的新兴技术，在各行业有着广泛的应用，在电力系统中，目前无人机多用于输电线路巡视，主要是利用无人机不受地形限制，易于操作等特点，极大地提高了传统模式的巡线作业效率。
然而，由于变电站内设备密集，磁场强度大，目前无人机在变电站内的应用仍处于起步阶段，并无十分成熟的应用。主要是因为变电站内电磁场强度较大，设备分布密集，对无人机的抗电磁能力，云台稳定性及远距离拍摄能力要求较高，所以目前在变电站内的无人机应用寥寥无几。针对当前变电站人工巡视模式的风险和不足，以及机器人巡视的运用不够问题，研究使用一种抗电磁干扰能力较强、云台稳定性高、远距离拍摄性能较好的变电站特殊巡视无人机，使用可见光及红外成像技术，为无人机巡视作业根据变电站的实际情况做好航迹规划，将无人机巡视作为人员巡视的辅助手段，提升变电站运行维护的工作效率。
文中主要研究以下两个方面：
（1）在安全距离情况下，对导线、绝缘子、金具、杆塔等所有硬件设备进行无损的光学放大，在现场直接排查故障点，并可把巡检过程的无损影像记录到光学仪内进行后期再次分析。
（2）通过无人机搭载红外成像设备，对变电站的高压元器件实时监控，发现温度异常即刻报警，提醒运维人员及时分析和处置，将事故隐患控制在较小范围，从而提高运维的安全性。
2 变电站航线规划设计
变电站的航线规划，首先要进行变电站的建模，设置设备数字点云图，如图1所示，还需要设置瓦片线框图，如图2所示。
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设置以上数据主要是用于对整个变电站以及设备情况进行数据的统计和建模，精确定位无人机的飞行位置，从而实现飞行路线的规划和自主飞行的目的。
另外还需要提前构建变电站的数字地理信息数据，提前录入系统，以便实现无人机的精准飞行和设备检测。
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3 设备航线规划设计
由于变电站设备数量多，在此不再一一介绍各设备的航线规划，下面主要以变压器为例进行分析，对于其他设备而言，原理是一样的，只需要类推即可。首先设置所有变压器位置及高度信息，#1主变压器位置及高度信息如图4所示。
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同样道理，可以得到三台主变压器的位置信息如表1：
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其次要进行主变压器飞行航线的规划设计，如图5所示，红点为无人机起降点，红线为巡航航线，绿线为返航航线。
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除了航线规划图，还需要设置起降航点、#1引导航点、#2（返航）航点，具体航线规划表如表2所示。
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经过对各类设备提前进行准确的航线规划后，包括航线中各关键航点的经纬度位置信息、高度信息以及对任务设备的操作，无人机可以实现全自主方式的飞行，并向地面操作人员提供实时的可视化信息[3]。
在研究执行巡检任务时，无人机按照之前选取任务点时，系统反算出来的自动任务航线和无人机自身 RTK 定位信息飞行数据。将数据接入到机载端的控制模块进行分析处理，判断无人机的当前偏移量和朝向角度。处理后模块给出实时的无人机飞行控制信号，引导和约束无人机的空间位置，实现高可靠的自主导航避障作业模式，最终解决无人机在变电站内带电巡检困难，无法自动巡检问题。
变电站内对路径复杂、空间狭小、设备密集的变电设备，无人机定高飞行稳定度良好、操控性良好，姿态正常，未出现无人机失控或机身抖动飞行不稳现象。说明变电站内变电设备及无人机数据通信、图像采集等性能满足无人机巡检飞行。
所以精准设计无人机的航线规划对于无人机在变电站的正常运用提供了先决保障条件，使变电站内无人机的设备巡检效率、准确度及安全性提高，且无人机可与变电站设备进行高精度位置确立，达到保护变电站内各设备的效果，以最优航线在变电站内自主完成变电站巡检任务。
4结论
变电站航迹规划巡检技术的有效实施，可靠解决了无人机在变电站内飞行时所面临的强磁场、设备环境复杂等问题，提升了单一人工巡检的工作效率，并弥补了机器人巡检的不足，可以全方位了解设备的运行状况，提前发现并解决设备的隐蔽缺陷，保障系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]佘楚云，伍国兴，张晶焯，纪晓悦，齐冬莲.基于UWB及图像识别的变电站无人机巡检系统设计[J]，自动化与仪表，2020,35(6):36-41.
[2]张治生.无人机地面站系统设计与开发[D]，西安：西北工业大学，2007.
[3]卢艳军,刘季为,张晓东.无人机地面站发展的分析研究[J].沈阳航空航天大学学报，2014,31(3):60-64.