夜視無人機研發及巡檢勘災應用

蔣鈺

【摘 要】隨著社會的飛速發展，我國的現代化科學技術的發展也有了很大的改進。為了保障電網的全時段安全穩定可持續發展，電網巡維的時效性是重中之重。無人機自推廣以來，都是在白天進行，市面上銷售的成品無人機普遍搭載傳感器是廣角可見光相機，在夜間巡視受環境光線低的影響，無法得到清晰的成像效果。這樣一來，在夜間時段，無人機不僅無法對輸電線路進行有效的巡視，而且隨時可能會對無人機飛行造成毀滅性的損壞，無論對電網還是設備都存在較高的安全風險。根據夜間應急作業的實際需求，通過分析無人機在夜間應急巡檢作業中的不足，著重解決夜間光線不足帶來的限制，通過技術手段和能力解決了工作中的實際問題，提高夜間應急巡檢的效率，如山、臺風以及故障特巡，實現無人機夜間巡視作業。

【關鍵詞】夜視無人機；研發；巡檢勘災應用

本文主要針對夜視無人機進行研究與分析，指出當前夜視無人機研發的背景和目的，并且分析夜視無人機巡檢勘災的關鍵技術，并最終以實證為例分析夜視無人機的研發設計，并分析其巡檢勘災的具體應用。

1夜視無人機巡檢勘災關鍵技術

1.1飛行姿態控制技術

夜視無人機在進行巡檢勘災的過程中，會受到風雨等天氣的影響，同時在電網當中的應用也往往離輸電線路較近。針對這些情況要實現夜視無人機的巡檢勘災功能，就必須要對夜視無人機的姿態進行控制。在當前夜視無人機的開發中引入PID控制器來控制夜視無人機的偏行狀況。經過實驗以及實際應用，這個控制器的應用就能夠很好實現夜視無人機飛行姿態的控制。

1.2多傳感器高精度時間同步

夜視無人機通過引入大量的傳感器實現其巡檢勘災功能，而保證其功能的實現就必須要將這些傳感器獲得的數據進行串聯。實現這一功能的關鍵是建立統一時間坐標來實現傳感器時間的高精度同步。在夜視無人機中還配備了GPS接收機，通過其輸出定位數據和1PPS脈沖，為保證高精度時間同步可以設計授時型GPS以及時間同步控制器，通過這種方法與措施能夠將夜視無人機中的傳感器數據進行關聯同步。將POS、CCD相機以及傳感器數據的時間進行同步，最終統一到GPS當中，和GPS的時間同步，將多個部分的數據源時間進行統一。

1.3線路缺陷、隱患探測技術

1.3.1視覺探測

對于夜視無人機而言也必須具有普通無人機的探測功能，因此必須要引入視覺探測技術，在夜視無人機中搭載高清攝像設備，來進行拍攝、錄制巡檢線路的詳細情況，并且能夠將采集到的信息傳遞回到基站當中，并進行存儲。地面數據處理中心的工作人員能夠對收集到的信息進行處理和分析，確定故障所在，并分析故障成因。視覺探測技術主要應用于輸電線路當中的顯性故障探測，故障識別的精度和成像技術密切相關。

1.3.2紅外和紫外探測技術

紅外熱成像儀以及紫外探測技術是也是無人機中的探測的關鍵部分。夜視無人機在電網中應用功能的時候，紅外熱成像儀能夠采集線路表面溫度信息并形成紅外光譜圖像，將圖像傳回數據中心，在數據中心當中能夠通過紅外光譜圖來辨別電路設備，并且進一步分析判斷故障所在。再當前研究當中，還應該尤其注意復雜背景下的紅外圖像處理技術，來提高巡檢勘災精度。通過紫外成像儀能夠接收電力相關設備的放電情況，并形成紫外光訊號，將采集到的信息成圖，進行顯示，表征電暈的位置和強度，以此推測放電現象和線路故障所在。

1.3.3激光雷達探測技術

激光良好的單色性以及良好的相干性和方向性使其具有重要的應用，能夠應用于距離、長度以及角度的測定，目前激光已經應用于激光測距方面。在夜視無人機的巡檢勘災中引入激光雷達技術，能夠獲得大量的高精度激光點運輸局，然后結合成像技術，能夠形成高精度的三維模型，并結合測距技術了解故障、線路和建筑物之間的距離，進行快速定位和分析判斷險情。

1.4無線通訊技術

夜視無人機要想實現其功能還必須要保證其無線通信技術，通過該技術能夠對夜視無人機進行控制，無線通訊技術中的遙測技術還能夠對夜視無人機的運行情況進行實時監測，跟蹤定位主要是實現對夜視無人機所處位置的監控，同時還能夠通過該技術來實現和夜視無人機之間的信息傳遞。在當前夜視無人機的無線通訊中主要由完善的三部分構成，包括地面站模塊、中繼模塊以及機載模塊，這三個模塊之間相互配合最終實現通信和各項功能。

1.5地面數據處理技術

地面數據處理技術是夜視無人機實現其巡檢勘災功能的關鍵。地面數據處理中心采用攝影測量、遙感的數據處理方法和技術流程，自主研發激光、相機、紅外成像儀、紫外成像儀、POS系統等多種傳感器獲取的影像、點云、視頻、坐標、姿態數據處理系統，實現多種數據的高精度幾何處理。在此基礎上，針對電力線、電塔、走廊地物等及其附屬物的特點，開發無人機多傳感器電力線路安全巡檢智能專家系統，通過專家系統、人工智能、模式識別及多種可視化技術，實現輸電線路和通道安全隱患和異常的判識、確認，快速定位輸電線事故點，實現線路安全狀況的及時診斷和故障排查。

2夜視無人機設計及其巡檢勘災應用實證

2.1硬件集成

2.1.1抗風防水無人機飛行平臺選型

本設計選擇的飛行平臺，具備防水、防塵能力，圖像傳輸距離高達7km，擴展負載能力強、改裝空間大，機臂可折疊、腳架可伸縮，方便攜帶運輸，適合場外惡劣環境下使用，特別是臺風過后的中小雨、夜間、山區復雜環境。

2.1.2“高亮度LED探照燈”+“夜光夜視變焦相機”負載集成

探照燈選用功耗低、聚光性能好、探測距離高達60-100米的LED燈，相機部分是搭載具備10倍光學變焦星光級夜視攝像頭，可在完全無光照的環境下，攝制清晰視頻和可見光照片，并實時傳回地面。

21.3“紅外熱成像相機”負載集成

飛行器搭載分辨率為640*512的紅外相機，實現地面隱藏火點快速偵查。

2.2軟件集成

2.2.1飛行控制軟件研發

項目基于飛行器SDK，開發出自動飛行控制軟件，實現正攝影像飛行、帶狀飛行，360全景飛行，使得勘災作業更高效，應用于山火自動飛行。

2.2.2著火點坐標結算軟件應用

普通紅外相機，拍照后雖然能發現火點，但無法和坐標信息關聯，本設計，通過二次開發，將照片位置和高精度GPS信息進行集成，正攝影像拼圖后，精確計算出火點坐標，用于偵察明火，指導滅火作業，發現隱藏火點，滅火防患于未然。

2.3夜視無人機在巡檢勘災中的應用效果分析

2.3.1直接效果

漆黑夜間巡查15米遠距離，看清螺絲防松銷釘.

2.3.2經濟效益

在珠海臺風“天鴿”，使用夜視無人機，對220kV國珠甲乙線#60-#64進行夜間巡查，及時掌握現場情況，將送電時間提前了1.5小時。該夜視無人機，在廣東電網2017年年底至2018年清明節期間，共飛機54個架次，發現隱藏火電123處，及時核定缺陷23處，為廣東電網安全運行提供了做出了重要貢獻，節約了大量的停電成本及人工夜間巡視成本。

結語

（1）首次實現無人機夜間精確巡視，可查看銷釘級缺陷；（2）首次實現線路山火點坐標精確計算，可精確定位隱藏火點位置。具備多項先進指標：集成高清圖傳、10倍變焦夜視、一體化集成控制、紅外、可折疊、防塵防雨等功能，市面上暫無同類產品，總體處于國際先進水平。

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（作者單位：國網長治供電公司）