基于無人機(jī)線路巡視的二次開發(fā)應(yīng)用研究

侯飛

【摘 要】無人機(jī)具有作業(yè)空間受限小，成本相對較低，作業(yè)靈活且風(fēng)險較低等優(yōu)勢，具有十分廣闊的發(fā)展前景。在公共安全監(jiān)控領(lǐng)域，相比于傳統(tǒng)固定監(jiān)控攝像頭，無人機(jī)運(yùn)動靈活，更容易持續(xù)鎖定跟蹤目標(biāo)。同時可以自由的切換采集圖像的角度和距離，獲得比傳統(tǒng)相機(jī)更加豐富的信息。因此搭載高清相機(jī)的無人機(jī)作為一種圖像采集設(shè)備，在巡航監(jiān)控上的可應(yīng)用性逐漸引起人們的重視。本文在此基礎(chǔ)上主要研究了基于無人機(jī)線路巡視的二次開發(fā)應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；線路巡視；二次開發(fā)；應(yīng)用研究

1引言

我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展促使無人機(jī)在輸電線路巡視工作中也得到了廣泛的應(yīng)用，并且使巡視的全面性跟準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步的提升。因此各電力企業(yè)還需要加強(qiáng)無人機(jī)技術(shù)在輸電線路巡視工作中的利用效率，借此來提高輸電線路的運(yùn)行穩(wěn)定性，來給人們提供更加優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)，并促進(jìn)我國的電力行業(yè)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

2無人機(jī)的概述

目前主要應(yīng)用于配電線路巡檢的無人機(jī)機(jī)型有固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)以及多懸翼無人機(jī)。固定翼無人機(jī)荷載大，飛行速度快，續(xù)航時間長，但是不能進(jìn)行懸停，該機(jī)型一般用于配電線路走廊的整體普查，及時發(fā)現(xiàn)線路走廊內(nèi)違章建筑和高大樹木，以及用于災(zāi)后應(yīng)急評估，可為救災(zāi)搶險提供第一手的現(xiàn)場資料。無人機(jī)直升機(jī)能夠定點(diǎn)起飛和降落，并且可以進(jìn)行空中懸停，但是速度不如固定翼無人機(jī)，續(xù)航時間較短，不適合長距離巡線，而且成本較高，飛行操作較為困難。多旋翼無人機(jī)飛行機(jī)動靈活、操作簡單、懸停穩(wěn)定性高，抵御陣風(fēng)能力強(qiáng)，可以對線路桿塔、絕緣子串、金具等設(shè)備進(jìn)行圖像信息采集，取得圖像或視頻供技術(shù)人員進(jìn)行分析，也可在線路大型檢修作業(yè)前進(jìn)行勘測，提前檢查設(shè)備狀況，便于檢修方案的制定。無人機(jī)需具備GPS導(dǎo)航控制功能、地理匹配功能、線路以及桿塔跟蹤控制功能，未來無人機(jī)線路巡視的發(fā)展方向是自動化和智能化的。無人機(jī)在開展巡查作業(yè)過程中需能夠保持穩(wěn)定飛行，或能夠在安裝可視紅外攝像系統(tǒng)、攜帶可攝像云臺等情況下保持平穩(wěn)的飛行狀態(tài)，進(jìn)而保證能夠高分辨率拍攝地面桿塔航空影像。無人機(jī)需能在作業(yè)過程中快速生成線路、桿塔、絕緣子、環(huán)境等高清可視紅外影像，以便開展線路及設(shè)備準(zhǔn)確分析。如果能夠具備線路故障識別攝像技術(shù)，將達(dá)到更加理想的巡查效果。

3目前線路巡視情況

架空線路一般分為定期巡視、特殊巡視、夜間巡視、故障巡視及監(jiān)察性巡視。定期巡視指由線路運(yùn)行班組巡視員進(jìn)行，掌握線路的運(yùn)行狀況及沿線環(huán)境情況，110-220KV線路每月至少一次。特殊巡視是在天氣惡劣（如臺風(fēng)、暴雨等）、河水泛濫、火災(zāi)、線路過負(fù)荷、外力影響、異常運(yùn)行或其他特殊情況下，對線路的全部或部分進(jìn)行檢查。夜間巡視是指在高峰負(fù)荷或陰霧天氣時進(jìn)行，檢查導(dǎo)線、開關(guān)鏈接點(diǎn)發(fā)熱及絕緣子表面有無閃絡(luò)放電現(xiàn)象，故事發(fā)生后及時執(zhí)行。負(fù)荷重或污穢較大地區(qū)，每半年不少于一次，重要線路和隨機(jī)抽查的線路每年至少一次。故障巡視指在線路發(fā)生故障后，查明線路發(fā)生故障的地點(diǎn)和原因，有急修班或搶修班人員負(fù)責(zé)進(jìn)行。按調(diào)度或值班室通知進(jìn)行故障線路巡視。斷路器跳閘后，無論重合是否成功都有安排故障巡視。監(jiān)察性巡視是指有生產(chǎn)運(yùn)行部門領(lǐng)導(dǎo)和線路專門負(fù)責(zé)人員負(fù)責(zé)進(jìn)行，目的是了解線路及設(shè)備運(yùn)行狀況，檢查指導(dǎo)巡線員工作。重要線路和發(fā)生故障比較多的線路，每年至少一次。目前的線路巡視中，線路巡視員依然是工作的主體。由于線路長、范圍廣，地形、地貌的分布不同，給巡查帶來很多難度，經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)溝通協(xié)商決定購置無人機(jī)對線路進(jìn)行巡視，已減輕線路巡視員的工作負(fù)擔(dān)。

4基于無人機(jī)線路巡視的二次開發(fā)應(yīng)用研究

4.1開發(fā)概況

基于無人機(jī)巡視的線路信息采集識別的二次開發(fā)包含移動終端操作系統(tǒng)研究與開發(fā)及PC后臺信息綜合管理系統(tǒng)研究與開發(fā)兩部分。其中，移動終端操作系統(tǒng)主要實現(xiàn)無人機(jī)巡線任務(wù)查詢、到崗簽到、巡線數(shù)據(jù)采集及回傳等功能；而PC端后臺信息綜合管理系統(tǒng)則主要實現(xiàn)對無人機(jī)的巡視軌跡進(jìn)行跟蹤，對采集的信息（特別是圖像）自動識別，并對無人機(jī)GPS地理信息及圖像進(jìn)行分類，同時實現(xiàn)與相對應(yīng)的線路、桿塔及其上的設(shè)備相關(guān)聯(lián)等功能。此外，巡檢人員還可在后臺刪減圖像等信息，添加缺陷文字記錄，完成審核、消缺登記等操作。基于無人機(jī)巡視的線路信息采集識別的二次開發(fā)平臺的研究與開發(fā)概況如圖1所示。

4.2無人機(jī)的硬件設(shè)計

無人機(jī)由電機(jī)、槳葉、電池、主控MCU、電機(jī)驅(qū)動、氣壓計、電子羅盤、藍(lán)牙透傳模塊、USB轉(zhuǎn)串口芯片、鋰電池充電管理、遙桿電位器以及陶瓷天線組成。電機(jī)為有刷空心杯電機(jī)，中心軸直徑1mm。槳葉直徑為75mm槳葉，槳葉中心孔直徑為1mm，正好配中心軸直徑為1mm的720電機(jī)。電池為650mAh，3.7V，25C航模電池。主控芯片為STM32F103T8U6，包括復(fù)位電路，外部時鐘電路，啟動模式選擇電路，電源退偶電路等。電機(jī)驅(qū)動為SI2302，N溝道增強(qiáng)型MOS，導(dǎo)通電阻82mΩ。氣壓計為MS5611，10cm精度氣壓計。電子羅盤為HMC5883L。藍(lán)牙透傳模塊為HM-06，硬件焊盤上相容藍(lán)牙2.1和藍(lán)牙4.0BLE技術(shù)。USB轉(zhuǎn)串口芯片為cp2102USB轉(zhuǎn)串口芯片，用于主機(jī)與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及傳遞，進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。鋰電池充電管理采用了型號為LTC4054的鋰電池，原因在于其電路簡單方便研究使用。其充電電流最大可達(dá)600mA。陀螺儀使用MPU6050。MPU6050內(nèi)部集成的處理單元，可以直接運(yùn)算出四元數(shù)和姿態(tài)，而不再需要另外進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。MPU6050的使用大大簡化了代碼設(shè)計。其并不光作為傳感器而存在，硬件內(nèi)部還包含了可以獨(dú)立完成姿態(tài)解算的運(yùn)算單元。可以說，繁雜的算法將直接在MPU6050完成，大大節(jié)省了單片機(jī)的運(yùn)行壓力。經(jīng)過運(yùn)算之后，就可以得到姿態(tài)四元數(shù)，程序繼續(xù)運(yùn)行，公式處理之后就得到了無人機(jī)實時姿態(tài)。

4.3操作系統(tǒng)研究與開發(fā)

4.3.1移動終端操作系統(tǒng)研究

無人機(jī)線路巡視地面操控人員通過登錄基于智能手機(jī)或平板電腦的移動終端系統(tǒng)查看巡線任務(wù)，選擇巡線任務(wù)，并完成下載后根據(jù)任務(wù)詳情開始巡線作業(yè)。在無人機(jī)到達(dá)作業(yè)點(diǎn)時完成電子到崗簽到，以桿塔為單位根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)卡項目任務(wù)完成相應(yīng)巡線操作及作業(yè)卡填報，發(fā)現(xiàn)線路缺陷時完成系統(tǒng)在線風(fēng)險點(diǎn)登記等。移動終端所采集到的信息將實時回傳至PC后臺。

4.3.2PC后臺信息綜合管理系統(tǒng)研究

PC后臺信息綜合管理系統(tǒng)可對無人機(jī)的巡視軌跡進(jìn)行跟蹤，對采集的信息（特別是圖像）自動識別，并對無人機(jī)GPS地理信息及圖像進(jìn)行自動分類，同時與相對應(yīng)的線路、桿塔及其上的設(shè)備進(jìn)行自動關(guān)聯(lián)。管理人員還可在后臺刪減圖像信息，添加缺陷文字記錄，完成審核、消缺登記等操作。同時對無人機(jī)巡視任務(wù)進(jìn)行分級、分類管理。

5結(jié)束語

本文根據(jù)實際需要對基于無人機(jī)巡視的線路信息采集識別的二次開發(fā)平臺這一新的信息技術(shù)管理平臺進(jìn)行了研究，解決了無人機(jī)進(jìn)行線路巡線時存在的信息采集無法自動識別和分類等問題，在管理上、技術(shù)上及應(yīng)用實施上都充分發(fā)揮了無人機(jī)線路巡檢的作用和優(yōu)勢。本系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計將在實際應(yīng)用中進(jìn)行檢驗，并在向各電力公司進(jìn)行的項目推廣中根據(jù)用戶需求做進(jìn)一步的完善，使本系統(tǒng)平臺技術(shù)更加成熟，功能更加完備與人性化。

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（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）