無線便攜式可伸縮高清管道檢測系統

毛 駿

（深圳供電局有限公司，廣東深圳 518010）

0 引言

建設和完善信息化、自動化、智能化配電網絡，需要配電網絡管理與電力電子技術、自動化技術相結合。配電網的供電能力與質量，是配電工作正常運行的保障。電力作業實施過程中，人工效率低下，環境惡劣、危險，容易對人身造成傷害。目前巡檢工作采用人工作業模式，需要巡檢人員沿電力線通道巡視，或進入空間狹小的電纜溝，依照經驗判斷是否有危及電力線安全運行的因素存在，這種巡檢模式存在嚴重弊端：①巡檢人員在地面目視電力線，通常因為遮蔽而存在巡檢盲區；②巡檢結果通常依賴巡檢人員的作業經驗，存在很大的主觀性；③在人工近距離拍照取證作業困難時，問題的描述大多采用文字記錄方式，缺乏定量測量依據。為提高電力巡檢效率降低巡檢成本，研發出無線便攜式可伸縮高清管道檢測儀，為加快電力管網的巡檢強度，提高供電的穩定性和可靠性、降低人工成本、保障電力管網的通暢，提供重要的技術支持。

1 系統功能

（1）支持高清攝像檢測，通過拍攝照片與錄制視頻，采集電纜溝內部布線情況，代替人眼，協助巡檢人員進行巡檢工作，記錄管網現階段情況。

（2）支持儲存能源，攜帶儲能電池，保證持續續航，可在不能及時供電的區域工作。

（3）可自適應管道傾斜等視野不開闊的環境，采用自平衡拍照攝像頭，有效避開檢測盲區，高效采集電力線管網分布信息。

（4）支持在山間或溝壑等黑暗的條件下工作，在無光源的地下也能正常工作。

（5）支持無線通信，在有障礙物阻擋或者信號微弱的地下的環境下工作，利用無線中繼，仍可準確無誤地將信息傳輸到終端，保證無線傳輸的可靠性。

（6）輕便易攜帶，可拆卸組裝件縮小所占空間，減少人員搬運設備，采用輕量化材料，減輕巡檢人員負載。

（7）支持終端儲存管道信息，數據優先存儲在移動磁盤內，通過讀取磁盤內信息，參考視頻與圖像分析電纜溝內部情況，為定向測量提供依據。

2 一體化設計

無線便攜式可伸縮高清管道檢測系統由5個系統組成：圖像采集系統、燈光輔助照明系統、無線傳輸系統、便捷式檢測系統、終端控制系統。燈光輔助系統配合圖像采集系統，進行高清圖像與可儲存式視頻的采集，將采集來的信息通過無線傳輸系統傳送到終端子系統，由巡檢人員查看終端子系統的視頻以及圖像信息，實現整個無線便攜式可伸縮高清管道檢測系統高效、有序的運轉，完成電力巡檢作業。無線便攜式可伸縮高清管道檢測系統如圖1所示。

圖1 管道檢測系統

2.1 圖像采集系統

高清管道檢測儀要求拍攝出的照片和視頻清晰易于觀察，系統分辨率≥200萬像素，1/2.8英寸靶面的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）網絡相機代替傳統的模擬相機。鏡頭達到36倍光學變倍與12倍數字變倍，遠、近距離拍攝都達到高精度要求。

高清管道檢測儀要求在蜿蜒的電力管道中，可以自適應水平拍攝。將拍攝云臺搭載傾角傳感器與陀螺儀，使高清管道檢測儀建立起“動態穩定”（Dynamic Stabilization），利用陀螺儀和加速度傳感器檢測云臺姿態的變化，并利用伺服控制系統，精確驅動電機做出相應調整，保持檢測儀云臺在水平界面上，使巡查工作有序進行。

檢測儀使用可拆卸電池供電，外出作業時可隨時替換工作電池，續航時間的延長保障電力巡檢作業高效有序。高清攝像頭結構設計如圖2所示。

2.2 燈光輔助照明系統

高清管道檢測儀采用云臺高亮燈，遠光燈選用2顆高亮冷白LED（Light-Emitting Diode，發光二集管）燈，近光燈選用3顆高亮冷白發光二極管（LED）燈，可在黑暗中照明100 m以上，在管道或井底的黑暗的工作環境中工作，巡檢人員能主動調節和控制燈光亮暗，可協助圖像采集系統拍攝出所需的圖像等信息。近光燈鋁基板硬件如圖3所示。

圖2 高清攝像頭結構設計

2.3 無線傳輸系統

高清管道檢測儀視頻圖像的采集、保護裝置的信息傳遞、控制信號的數據交換，是實現高清管道檢測儀在地下管網中高效作業的基礎。電力巡檢中電纜溝內環境密閉，存在著無人機及有線控制智能設備使用易故障等問題。所以無線通信技術（Wireless Communication Technology）往往被視為能否在電纜溝中工作能否成功實施的決定因素。

無線通信技術主要應用于測量、收集、傳輸巡檢的電網管道信息，傳送至巡檢人員手中的終端，無線通信技術的運用改變了電力流和信息流單方向流動的現狀，使無線AP（Wireless Access Point，無線訪問接入點）在網絡連接中起到中繼作用，實現信號的中繼和放大，延伸無線網絡的覆蓋范圍，使信號更加穩定地傳輸。為巡檢人員在勘測時遇到地下信號微弱、無線信號受阻、無法接收和傳送信號時的人工勘測管網電力線作業提供可能。無線通信中繼模型如圖4所示。

圖3 近光燈鋁板硬件

2.4 便攜檢測系統

采用高強度碳纖維伸縮桿與可拆式電池組，可達到：設備主機重量≤2.5 kg，伸縮范圍≥3 m，連續續航時間≥8 h,防護等級≥IP65。配備長0.8 m的探針，保證檢測儀在工作時擁有完善的減震緩沖機制。高強度碳纖維伸縮桿模型如圖5所示。

2.5 終端控制系統

控制終端采用上位機與下位機無線通信方式，無需通訊電纜，在地下管網以及復雜地面能突破有線通信模式的諸多使用限制，攜帶方便。下位機用微型處理器控制技術，根據上位機指令控制云臺上下旋轉，同時通過傳感器獲取環境信息，進行處理并傳到上位機。上位機采用嵌入式技術，集成圖像處理，特殊控制算法等人工智能技術。用平板工程計算機的設計方案，高亮顯示屏設計配合靈活的控制手柄，穩定可靠，操作方便，滿足電力管道的環境使用，控制終端如圖6所示。

圖4 無線通信中繼

2.6 檢測儀測試效果

電纜溝是電力系統必不可少的基礎設施，地下電纜溝管網系統是電力行業的神經中樞，一旦電纜發生故障，不僅檢查處理難度大，還可能會使控制回路失效以至損壞主設備，電纜溝故障引起的火災甚至是爆炸同樣會帶來嚴重后果，另外由于故障而導致的停電，會給工業生產和人們的生活帶來不便。因此，加強對電纜溝的管理和定期檢測有著非常重要的意義。

便攜式可伸縮高清管道檢測系統可以對電纜溝進行巡檢維護，避免人員進入管道內存在的安全隱患，提升城市地下管網的巡檢維護水平。便攜式可伸縮高清管道檢測系統如圖7所示。實地檢測效果如圖8所示。便攜式可伸縮高清無線快速檢測系統，通過高清攝像技術以及軟件分析處理技術，能夠準確、清晰、快速檢測電力線纜存在的問題，并可以生成帶備注的視頻備份，視頻效果如圖9所示。

圖5 高強度碳纖維伸縮桿

圖6 控制終端

圖7 檢測儀主機

圖8 現場實地檢測效果

圖9 檢測系統視頻備份效果

3 結語

配電線路分布點多面廣，傳統的人工巡檢方法不僅工作量大、效率低下而且條件艱苦，甚至有一些巡檢項目靠常規方法難以完成，對此，在目前成熟的高清攝像模塊、智能軟件以及無線移動終端設備的基礎之上，通過結構整合、創新和軟件的定制開發，研制一款便攜式高清視頻檢測設備，協助人工快速有效且安全的完成電力線纜的巡檢工作，解決電力巡檢中，電纜溝內部環境惡劣，人員進入操作效率低安全性差的問題；電力巡檢野外作業，操作環境限制問題；采用傳感器在線檢測方式可行性差的問題。設備輕量化設計，可節省人力、降低人員受傷風險，實現線路巡視的智能化與數字化的同時，減輕勞動強度和在惡劣環境下工作的風險，保證城市電路管網的安全運行。