無人機(jī)電力巡檢視覺避障技術(shù)研究

魯 杰，侯力楓，宋新利

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司，承德 067000）

由于電力技術(shù)特別是特高壓技術(shù)的突破，以及人工智能和大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展不斷前進(jìn)，取得了大量的成果，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展提供了清潔的能源和動(dòng)力。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效運(yùn)行，需要電力設(shè)備運(yùn)維部門投入大量的資源和人力進(jìn)行電網(wǎng)維護(hù)，電力巡檢是設(shè)備運(yùn)維單位日常的工作，無人機(jī)技術(shù)由于其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在電力巡檢中得到的廣泛的應(yīng)用。

1 無人機(jī)電力巡檢用途

一個(gè)國(guó)家要想不斷的發(fā)展就需要強(qiáng)大的電力系統(tǒng)作為后盾[1]。近幾年的電力事業(yè)的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，已經(jīng)逐步成為國(guó)家、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障和關(guān)鍵。特高壓、超高壓等輸電技術(shù)的成熟和推廣，輸電線路送電距離可達(dá)上千公里，給電力巡檢工作帶來更大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于輸電線路所處位置經(jīng)常在高山大嶺、地勢(shì)險(xiǎn)峻、路途坎坷等野外環(huán)境，也給電力巡檢工作增加了難度，增大了巡檢人員的人身安全風(fēng)險(xiǎn)。無人機(jī)應(yīng)用剛開始是在軍事方面，現(xiàn)如今科技不斷發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)不斷的走向各個(gè)領(lǐng)域，在電力巡檢中引入無人機(jī)作業(yè)，通過無人機(jī)搭載的攝影設(shè)備，能夠進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)備的影像捕捉，使得巡檢人員不需通過有人身安全隱患的地方就可以完成巡檢任務(wù)。

通過無人機(jī)電力巡檢技術(shù)的應(yīng)用，能有效解決電力巡檢遇到的很多問題，特別是在自然災(zāi)害或重大災(zāi)害發(fā)生之后，由于市政基礎(chǔ)設(shè)施的損壞或不健全，致使相關(guān)巡檢和搶修人員不能夠及時(shí)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，而在人員無法到達(dá)的情況下，可以充分利用無人機(jī)系統(tǒng)部署靈活的特點(diǎn)，利用無人機(jī)對(duì)整片區(qū)域進(jìn)行電力巡檢，為搶修工作提供第一手的影像資料，提高決策效率、縮短搶修時(shí)間。因?yàn)槠洳粫?huì)受到地面因素和地形限制的影響，在很大的程度上提高了工作效率，保證了人員的安全。但由于無人機(jī)在巡檢作業(yè)時(shí)，可能遇到復(fù)雜的空中環(huán)境障礙，所以需要在無人機(jī)智能避障技術(shù)等方面進(jìn)行深入的分析，提出有關(guān)確實(shí)可行的解決方案。通過對(duì)技術(shù)方案的不斷優(yōu)化和相關(guān)方面經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，可以在一定程度上不斷提升無人機(jī)電力巡檢的智能化和可靠性。

2 無人機(jī)避障技術(shù)的研究

在無人機(jī)實(shí)際運(yùn)用的領(lǐng)域其關(guān)鍵的研究就是對(duì)于在機(jī)器視覺基礎(chǔ)上的避障系統(tǒng)有關(guān)分析[2]。通過避障含義的初步認(rèn)識(shí)，就可以了解到無人機(jī)在具體的飛行過程中會(huì)遇到各種復(fù)雜的情況，這就需要建立一個(gè)智能的規(guī)避系統(tǒng)來完成相關(guān)工作。其技術(shù)的分類主要有一下幾點(diǎn)：

2.1 自動(dòng)避障

自動(dòng)避障，顧名思義就是依據(jù)自身預(yù)先設(shè)定的條件進(jìn)行規(guī)避，它是利用有關(guān)探測(cè)設(shè)備的搭建，進(jìn)行障礙信息的傳遞，用其在實(shí)際過程中實(shí)時(shí)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行積極的搜集和總結(jié)。無人機(jī)上裝有的超聲波發(fā)送和接受的儀器，通過不斷的信號(hào)傳遞來實(shí)時(shí)的對(duì)于其實(shí)際的位置和狀況進(jìn)行分析與反饋。在中、大型無人機(jī)上配有雷達(dá)裝置，可以很好的達(dá)到預(yù)期的效果，輔以相應(yīng)的自動(dòng)化操控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)避障。然而在小、微型無人機(jī)的中，由于雷達(dá)本身成本的昂貴和裝載難度大，可以用結(jié)構(gòu)光相關(guān)的光學(xué)原理的方式，輔以相應(yīng)的自動(dòng)化操控系統(tǒng)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)避障。結(jié)構(gòu)光多半實(shí)踐在測(cè)繪方面，結(jié)構(gòu)光在進(jìn)行測(cè)量距離的時(shí)候，能夠有效的避免電磁波的影響，然而在實(shí)際的運(yùn)用中，會(huì)有很多強(qiáng)光對(duì)其產(chǎn)生一定程度上的影響，導(dǎo)致其測(cè)量數(shù)值的不準(zhǔn)確性。

2.2 間接避障

間接避障最主要的方式就是避障場(chǎng)景數(shù)據(jù)的收集分析。其具體實(shí)現(xiàn)方式是給無人機(jī)安裝視覺傳感器，使其具有視覺的功能，可以間接的模仿人類的“眼睛”，通過相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一定程度的模擬。現(xiàn)如今，在這一方面的運(yùn)用主要利用的是三角測(cè)量的原理，通過相關(guān)位置之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行對(duì)應(yīng)的計(jì)算，最終得出結(jié)果。由于這種方式在成本方面比較經(jīng)濟(jì)劃算，在小型和微型無人機(jī)的使用中具有非常重要的意義。

2.3 綜合避障

在自動(dòng)避障和間接避障的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，就需要充分考慮到各自的長(zhǎng)短，及時(shí)的做出相應(yīng)的技術(shù)上的優(yōu)化，要盡可能的結(jié)合這兩者之間的對(duì)應(yīng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出可以有綜合性能的解決方案。在以往的研究分析中，也充分的考慮到二者彼此之間的關(guān)系和對(duì)應(yīng)特點(diǎn)，也在一定程度上完成了有關(guān)領(lǐng)域的突破，在這個(gè)研究成果的基礎(chǔ)上，就需要我們結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，不斷的進(jìn)行有關(guān)技術(shù)上的創(chuàng)新。在實(shí)踐的過程當(dāng)中，不但需要深入的了解二者存在的相關(guān)聯(lián)系，制定出最適宜的方式，使其不斷的發(fā)展。

3 視覺避障技術(shù)分析

通過對(duì)視覺避障技術(shù)的分析，能夠發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)是對(duì)電力巡檢中的特殊情況進(jìn)行相關(guān)的分析討論，因?yàn)楝F(xiàn)在野外工作的特殊性，就致使其在一定范圍內(nèi)就具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性和一定艱難程度，需要通過這種實(shí)際情景的引進(jìn)，不斷總結(jié)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，不斷去分析和解決在發(fā)展當(dāng)中遇到的問題。無人機(jī)在具體實(shí)際巡檢的過程中，需要同時(shí)考慮到巡檢作業(yè)對(duì)象本身的巡檢差異，如砼桿、鐵塔、鋼管桿、導(dǎo)地線之間巡檢方式的差異，以及外界條件的制約因素，如氣溫差異、地理差異等不同的外部條件，其具體的算法也需要適應(yīng)這不同的應(yīng)用場(chǎng)景，這就使得其在設(shè)計(jì)和有關(guān)避障技術(shù)的解決方面需要綜合性的考量，以求達(dá)到最佳的效果。

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)無人機(jī)電力巡檢用途的有關(guān)闡述，使得讀者可以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行深入的了解，也從無人機(jī)電力巡檢的有關(guān)避障技術(shù)方面的分析，得出在對(duì)應(yīng)的自動(dòng)避障、間接避障、綜合避障的解決方案的具體實(shí)施的過程中，需要結(jié)合實(shí)際的情況，不斷的總結(jié)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，在前人總結(jié)的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不斷的進(jìn)行有關(guān)技術(shù)難題上的創(chuàng)新，緊跟時(shí)代的步伐，努力尋找出無人機(jī)電力巡檢避障技術(shù)在今后發(fā)展上的新道路。