张嘉伟 张蓓蓓
国网南阳供电公司 河南省 南阳市 473000
摘要：近年来国内外电力企业开始研究无人机智能巡检方法。随着无人机在电力巡检中的应用不断发展，其优势日益凸显。目前，无人机巡检已经在输电巡检中成熟运用，但在配电线路巡检方面的研究相对较少。采用轻型无人机开展配电网线路巡检可以大幅提高巡检质量和效率，但必须克服飞行控制、路径规划、实时图传、续航能力等一系列技术问题。为了满足架空配电网线路的巡检需要，本文选用轻型无人机，构建无人机自主巡检平台。为了保证无人机自主巡检的精确性，采用基于关键坐标点的路径规划算法对配电网线路进行规划，提高了无人机巡检效率和智能化水平。
关键词：配电网；架空线路；无人机；自主巡检；技术分析
1无人机自主巡检平台
本文采用的无人机自主巡检平台主要由无人机、地面站套件和自主飞行控件三部分组成，各部分介绍如下。
1.1无人机
配电网线路具有设备种类多、设备总量大、设备间距小、运行环境复杂、部分线路经过地区为城镇人口密集区等特点，卫星定位信号存在短暂或部分方向被遮挡的情况，选用巡检无人机要满足以下要求：受飞行环境影响，选用的无人机要具备较强的可靠性、起降方便、坠机风险低、坠机伤害低；配电网巡检要求搭载可见光、红外测温设备；具备较强环境适应性，携带方便，便于小型车辆运输。国网供电公司选择使用ＤＪＩ Ｍ２１０－ＲＴＫ型号无人机作为自主巡检体系搭建的基础无人机平台。该平台具备的Ｄ－ＲＴＫ定位技术及北斗、ＧＰＳ多模定位方式，多云台的配置可以支持配电巡检一次飞行测温、局部放电及树障巡检等多项内容全面检测的需要。ＤＪＩ Ｍ２１０－ＲＴＫ相关参数见表１。
表１ ＤＪＩ Ｍ２１０－ＲＴＫ相关参数
1.2地面站套件
地面站套件由机载ＡＩ控制盒、无人机地面站装置组成。地面站套件将ＡＩ飞行功能模块封装在ＡＩ控制盒中，人员携带１个飞机＋遥控器＋高亮屏即可以出门作业，远程控制和自动精准起降功能使得现场人员无需掌握无人机飞行技能，仅需具备简单的无人机维护保养能力，即可以实现系统的运营。ａ．实现无人机自主起飞降落。ＡＩ控制盒可以实时获取无人机的飞行信息，并基于云台拍摄的图像数据测算出降落目标点的降落位置，并通过运载的飞行控制策略实现精准降落，图像识别精度±３ｃｍ，降落精度可达±１０ｃｍ。ｂ．实现无人机自主巡检巡逻。ＡＩ自动控制盒可以实现图像识别、运算控制，能实时对特征目标进行精确定位，可以实时控制云台对目标进行跟踪拍摄，并通过图像识别精准拍摄目标对象。无人机自主飞行地面站套件见图１。
图１ 无人机自主飞行地面站套件
1.3自主飞行控件
自主飞行控件由“无人机自主巡检事务控制移动应用”和“无人机自主巡检管控平台”系统组成，用于现场与无人机飞控信息交互，指导无人机自主飞行作业，作为后台管理系统进行巡检任务及巡检成果管理。通过移动应用与管控平台的协同配合，支撑配电网无人机巡检作业，实现以下应用功能。ａ．巡检任务协同管理。根据巡检任务要求，平台自动统计可用资源信息供巡检人员选择，并根据巡检任务分配自主巡检路径。平台可将任务信息自动推送至现场作业人员，并进行作业提醒。实现一对多的巡检任务协同管理。ｂ．一键高效自主巡视。无人机飞控系统将巡检任务里的高精度自主巡检路径下发至无人机，在北斗差分定位服务的保障下，只需一键启动便可实现无人机自主巡视、精准悬停及定点起降。ｃ．巡检过程实景可视。平台对接无人机飞控系统，可在三维实景中直观的监控无人机飞行状态，并可通过高清影像进行远程协同巡视及疑难问题的专家诊断，实时指导现场作业。集成智能识别模块还可自动标注缺陷位置，提醒巡检人员重点关注。ｄ．巡检成果便捷处置。
移动应用自动将巡检成果打包发送至后台服务器，线路管理人员可通过任务、线路等多种渠道轻松查找及管理巡检成果，做到历史数据可追溯，现存数据可查询，同时便于线路管理人员对缺陷进行标注、复核及消缺管理。
２无人机自主巡检路径规划
利用无人机精细化巡检获取路径点需要在无人机上搭载基于ＲＴＫ差分技术的高精度定位装置，在该装置的辅助下无人机平台能够在复杂环境下拥有较高的定位精度和航向精度，结合高精度的云台控制机构，使得相机能够获得较好的朝向精度。采用无人机平台逐塔采集架空线路每一基杆塔信息，记录飞行路线以获取无人机飞行路径，同时填写单基杆塔采集数据信息记录拍照信息。利用已飞数据进行路径规划需要５个流程，分别是路径点获取、路径点整理、路径点检核、多基规划和定点复拍，路径规划流程如图２所示。
图２ 无人机自主飞行路径规划流程
ａ．路径点获取。利用搭载北斗高精度定位装置的无人机进行路径规划，采集无人机的明显转弯点，作为路径点的补充，采集连接点、降落点、起飞点，为多基规划做准备。ｂ．路径点整理。整理记录的路径点数据，删除距离过近，或偏离度大的点。根据空间距离以及空间角度，判断路径点是否保留。若水平距离小于０．５ｍ且高度相等或夹角大于２５°且小于４５°，则将该点删除。保证距离较远和夹角偏离度较小的点。ｃ．路径点校核。选取部分测点进行校核，进行实地飞行和测量，确保采集的路径点位置正确。计算所有点的相对位置关系，确保路径点相对位置关系正确。添加路径点说明，为细粒度识别提供基础信息。ｄ．多基规划。设置算法，将多基杆塔的连接点顺次相连。连接点是指在单基塔巡检路径中互相通视的点，利用连接点可将单基杆塔的巡检路线连接起来形成多基杆塔的整体巡检路线，将多基杆塔之间的起飞点和降落点略过。
3无人机自主巡检
3.1任务执行
巡检任务执行过程中，依托自主巡检控制方案与安全策略，巡检人员只需携带无人机到达现场，由云端下载自动生成的巡检路径到巡检控制端，点击“起飞”按钮，即可完成对目标线路的巡检工作。结合站点式自动机场，按照设定的周期和对象执行自主起飞、巡检、拍照并回传管控平台，实现无人机在配电网线路的自主巡检。
3.2结果处理
根据电力巡检任务关键信息（线路名称、杆塔编号等），结合无人机巡视飞行中高精度差分坐标，检索匹配巡检设备的ＩＤ及台账属性，实现无人机自主巡检缺陷与设备属性匹配，构建了基于地理信息空间信息的巡检成果管理体系和基于高精度复拍影像的缺陷识别方法。在巡检管理方面，开发巡检成果自动整理命名工具，该工具通过读取成果照片内部的ＥＸＩＦ信息，与配电电杆坐标进行对比，自动对成果图片进行命名，分文件夹储存，提高了巡检成果整理的准确性和便捷性。
4结语
配电网架空线路无人机自主巡检已在配电网巡检、现场勘查、重大活动保电等工作中得到了实际应用，无人机自主巡检代替人工巡检，每千米巡检时间只需要３～５ｍｉｎ，相对于人工巡检效率提升了１０倍以上；无人机巡检是从杆塔上方观察设备，相比于地面人工巡检，可查出诸如瓷瓶绑线抱箍松动、瓷瓶损坏等缺陷，巡检视频及照片可以存档随时查看，为线路安全运行提供了重要保障。
参考文献
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