輸電線路無人機(jī)自主巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李輝 劉釗 陳玲 李永輝

關(guān)鍵詞：輸電線路;無人機(jī);自主巡檢系統(tǒng);設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

無人機(jī)是一種利用無線電遙控和自動(dòng)程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。在以往電力企業(yè)配電線路運(yùn)檢工作中，傳統(tǒng)的運(yùn)檢手段效率不高且存在較多的風(fēng)險(xiǎn)因素，相比之下，應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行配電線路的運(yùn)檢有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠切實(shí)緩解人力緊缺、檢修方式與檢修環(huán)境制約等多重問題。此外，創(chuàng)新應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行運(yùn)檢，輔助其他技術(shù)手段能實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)維檢修效果。

1無人機(jī)自主巡檢原理

傳統(tǒng)的無人機(jī)巡檢，由人工操控?zé)o人機(jī)對(duì)桿塔及線路各部件進(jìn)行近距離高清拍攝。但因地面無人機(jī)操控人員的視角不同，無法進(jìn)行精確定位，工作效率較低，且會(huì)因定位精度影響無人機(jī)巡檢圖像和線路設(shè)備檢測(cè)的有效性。輸電線路無人機(jī)自主巡檢，首先需要規(guī)劃出相應(yīng)的飛行航線。無人機(jī)航線由一系列航點(diǎn)構(gòu)成，航線規(guī)劃的實(shí)質(zhì)就是航點(diǎn)設(shè)計(jì)及巡檢點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)計(jì)。無人機(jī)飛巡時(shí)，無人機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)記錄GPS、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和飛控信息。利用飛控信息可重新構(gòu)建無人機(jī)巡檢的航線軌跡，且能利用航拍時(shí)記錄的時(shí)間和控制系統(tǒng)相關(guān)記錄，確定各航拍點(diǎn)的高精度位置信息及攝像頭的參數(shù)設(shè)置。然后，將無人機(jī)航跡和航拍點(diǎn)設(shè)置為控制點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)無人機(jī)平臺(tái)的編程接口（API）函數(shù)，對(duì)各控制點(diǎn)按順序進(jìn)行設(shè)置，并在航拍點(diǎn)對(duì)攝像頭進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和設(shè)置，最終就能進(jìn)行無人機(jī)高精度飛巡和航拍，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主精細(xì)化巡檢。

2輸電線路無人機(jī)自主巡檢總體設(shè)計(jì)

輸電線路無人機(jī)自主巡檢系統(tǒng)包含3大部分：無人機(jī)及機(jī)載計(jì)算平臺(tái)、無人機(jī)機(jī)場(chǎng)和無人機(jī)運(yùn)維管控系統(tǒng)（簡稱“管控系統(tǒng)”）。無人機(jī)機(jī)載計(jì)算平臺(tái)基于GPU的高性能前端計(jì)算分析在作業(yè)過程中實(shí)時(shí)識(shí)別對(duì)象。無人機(jī)機(jī)場(chǎng)內(nèi)置多組電池，可進(jìn)行充電或自動(dòng)更換電池，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)自動(dòng)回收、野外存放、能源補(bǔ)給。管控系統(tǒng)對(duì)巡檢任務(wù)、機(jī)場(chǎng)、無人機(jī)飛行作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和管控，實(shí)現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)閉環(huán)化管理。

3輸電線路無人機(jī)自主巡檢系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)傳輸

應(yīng)用無人機(jī)能夠保證在配電線路運(yùn)檢過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像傳播與處理，無人機(jī)會(huì)搭載高清攝像頭，在飛行過程中可以通過攝像頭將配電線路的實(shí)際情況反饋給地面接收裝置，從而可以幫助地面工作人員對(duì)配電線路的狀態(tài)信息進(jìn)行處理和分析，切實(shí)減少了以往人工巡檢的安全性問題，同時(shí)也減少了工作人員翻山越嶺的壓力和負(fù)擔(dān)。此外，應(yīng)用無人機(jī)的實(shí)時(shí)圖像處理作用，也能夠根據(jù)配電線路的不同高程和運(yùn)檢天氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，有效減少各類風(fēng)險(xiǎn)隱患，方便運(yùn)檢人員對(duì)無人機(jī)的飛行路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，提高運(yùn)檢效果。

3.2實(shí)現(xiàn)設(shè)備的飛行掛載

對(duì)配電線路進(jìn)行運(yùn)維檢修時(shí)，可以通過無人機(jī)實(shí)現(xiàn)飛行掛載，這也是無人機(jī)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)所在。可以掛載的設(shè)備種類繁多，能夠根據(jù)配電線路運(yùn)維檢修作業(yè)實(shí)際情況需求和工作環(huán)境等對(duì)掛載設(shè)備和掛載裝置進(jìn)行有針對(duì)性的選擇設(shè)計(jì)與開發(fā)。例如在針對(duì)配電線路進(jìn)行缺陷復(fù)核以及日常檢修時(shí)，可以分別掛載不同水平和功能的監(jiān)測(cè)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路相關(guān)信息的全面收集，方便工作人員開展運(yùn)維檢修作業(yè)。例如在無人機(jī)中掛載紅外線測(cè)溫?cái)z像頭，以更好的識(shí)別配電線路的發(fā)熱、放電隱患;或搭載刀具、噴火、噴水等簡易清障裝置，更安全、更迅速的開展隱患整治工作，進(jìn)一步提升配電線路運(yùn)維檢修的整體質(zhì)量與效果。

3.3實(shí)現(xiàn)并提高無人機(jī)的操控能力

由于巡檢輸電線路一般較長，部分線路或路段穿越山區(qū)、叢林或無人區(qū)。因此，在一些極端情況下可能受微氣象影響，此時(shí)能否保證無人機(jī)平穩(wěn)飛行、無振動(dòng)抖動(dòng)、能否有效捕捉線路故障點(diǎn)非常重要，這就需要無人機(jī)操作人員具備較高的飛行控制能力。常用的能力培訓(xùn)方式包括繞8飛行、原地360自旋飛行、第一視角飛行等訓(xùn)練。

3.4實(shí)現(xiàn)合理的航線規(guī)劃

現(xiàn)如今我國電力企業(yè)在針對(duì)輸電線路進(jìn)行無人機(jī)運(yùn)檢時(shí)，往往會(huì)搭載自主巡檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的巡檢需求，因此在進(jìn)行路徑點(diǎn)的規(guī)劃和獲取時(shí)，需要依賴于RTK差分技術(shù)高精度的定位裝置，在該裝置的引導(dǎo)和作用之下，能夠幫助無人機(jī)在更加復(fù)雜的自然生態(tài)環(huán)境影響之下，有效提高對(duì)路徑點(diǎn)的定位精準(zhǔn)度，確保無人機(jī)飛行航向的精度情況。因此在進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)，首先要做好路徑點(diǎn)的獲取，相關(guān)工作人員根據(jù)所要孕檢的輸電線路進(jìn)行路徑點(diǎn)的確定，合理規(guī)劃連接點(diǎn)、降落點(diǎn)以及起飛點(diǎn)等等必要的點(diǎn)位，為無人機(jī)的飛行奠定基礎(chǔ)。其次，在進(jìn)行路徑點(diǎn)整理時(shí)，需要針對(duì)已經(jīng)確定好的諸多路徑點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，有些路徑點(diǎn)相差距離過近或過大也要進(jìn)行刪除和修改，避免路徑點(diǎn)之間的空間距離或空間角度與無人機(jī)實(shí)際飛行情況相差過大。第三，在在路徑點(diǎn)的審核方面，可以結(jié)合無人機(jī)的具體性能進(jìn)行實(shí)地飛行和測(cè)量工作，此外也可以針對(duì)個(gè)別路徑點(diǎn)增加說明，提高精細(xì)度識(shí)別。最后要做好多級(jí)規(guī)劃，結(jié)合無人機(jī)的飛行要素將多基桿塔進(jìn)行順次連接，有效提升無人機(jī)運(yùn)檢的專業(yè)水平。

3.5提高遠(yuǎn)距離無人機(jī)的通信能力

當(dāng)前，無線通信技術(shù)仍有一定限制性，即無人機(jī)巡線作業(yè)都要操作人員在現(xiàn)場(chǎng)配合共同操作，且所巡檢范圍無法超出所設(shè)置的最大遙控距離，否則飛行數(shù)據(jù)、控制鏈路將受到影響。另外，盡管現(xiàn)階段市面上流通的分新型無人機(jī)可以接入4G、5G移動(dòng)通信和無線網(wǎng)絡(luò)模塊，然而因?yàn)槠渌矙z路線通常都沒有移動(dòng)信號(hào)，所以這一技術(shù)依舊受到較大限制。

3.6梳理無人機(jī)運(yùn)檢的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

無人機(jī)作為帶有圖像傳輸、數(shù)據(jù)采集檢測(cè)的飛行器，有設(shè)備精密、續(xù)航時(shí)間短等特點(diǎn)，因此，為了無人機(jī)在配電線路運(yùn)檢工作中“物盡其用”，必須需要積極梳理和明確無人機(jī)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。要建立健全組織措施，制定空域申報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)勘察、工作票、工作許可、工作監(jiān)護(hù)、工作間斷、工作終結(jié)等基本制度，規(guī)范全過程工作組織流程。要建立健全技術(shù)措施，制定無人機(jī)出入機(jī)庫管理、無人機(jī)養(yǎng)護(hù)、無人機(jī)檢查、飛行路徑規(guī)劃、無人機(jī)巡檢質(zhì)量及實(shí)施要求、無人機(jī)巡檢作業(yè)異常處理、資料編制和管理、安全和應(yīng)急策略等標(biāo)準(zhǔn)，確保規(guī)范進(jìn)行無人機(jī)全過程作業(yè)，充分發(fā)揮無人機(jī)運(yùn)檢的真正作用和價(jià)值。

結(jié)束語

無人機(jī)自主巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從任務(wù)制定、作業(yè)執(zhí)行、缺陷閉環(huán)處理的全流程智能化管控。從實(shí)際應(yīng)用情況看，輸電線路無人機(jī)自主巡檢系統(tǒng)有效擴(kuò)大了無人機(jī)作業(yè)范圍，全面提升了運(yùn)檢質(zhì)效，促進(jìn)了線路運(yùn)維向“數(shù)字化”、“智能化”邁進(jìn)，將有力支撐智慧輸電線路及設(shè)備運(yùn)檢數(shù)字化建設(shè)。

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