基于多旋翼無人機的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃

袁虎強，蘇志龍，蔣新華，洪懷玉

（1.中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司昆明局，云南昆明 650217；2.廣州中科智云科技有限公司，廣東 廣州 510660）

特高壓換流站輸電線路逐漸成為國家互聯電網中較為關鍵的一部分，電網的安全關系到國家經濟的發展以及社會秩序的穩定。在電網運行的同時，需定期檢驗電網中的輸電信息，保證電網時刻處于正常工作狀態[1-2]。為此，不少研究學者針對特高壓換流站設備巡檢路線進行規劃，以提高設備的安全運行，促進電網事業的發展[3]。由于特高壓換流站設備進行巡檢路徑規劃時，需要考慮巡檢過程中的各種影響因素，故在規劃時需不斷添加新的操作信息系統數據，按照標準處理方式檢驗不同路徑間的信息，防止數據的外漏，并匹配信息參數，提前得知路徑數據操作流程，方可完成巡檢路徑的整體規劃[4]。

目前，在換流站復雜環境下，國內外研究搭建信號全覆蓋式地面基地，不斷調整信號信息，促進設備獲取信息的性能[5]。傳統基于智能電網的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃，通過模擬路徑信息檢驗設備的巡檢流程，匹配相關內部路徑檢驗數據，不斷完善不同巡檢設備間的巡檢差異，調整差異范圍，獲取較好的巡檢路徑。傳統基于GPRS 的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃規定了巡檢的基礎路線，時刻監控路徑狀況，并提取路徑狀況信息，達到路徑數據完整收集的目的[6]。但由于傳統研究處于起步階段，具有一定的局限性，對巡檢的數據調整力度較小。

為此，文中提出基于多旋翼無人機的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃，對上述問題進行分析與解決。

1 巡檢路徑數據獲取

多旋翼無人機系統以UMR 作為系統主體，同時搭建相應的機載電源，利用其主控飛行系統實現飛行監控操作，保證無人機在運行中處于穩定飛行狀態。文中利用多旋翼無人機的數據追蹤功能進行系統追蹤，不斷轉化不同的路徑信息，同時檢驗路徑信息間的綜合差異，選取目標直接驅動信號檢查路徑的關聯程度，采用無人機系統調節關聯程度較小的數據，保證數據的關聯程度處于統一標準水平中[7]。

按照多旋翼無人機機載系統中的機載構成模式，配置數據監控系統，時刻監控此時的路徑信息，將無線影像數據通過傳輸通道實現數據傳輸，并在傳輸的過程中不斷擴展傳輸通道寬度，保證數據的完整傳輸。在實現數據基礎傳輸后，接收端口執行路徑數據收集任務，并傳達任務指令，在無人機操作前轉化路徑信息，同時調整此時的路徑狀態，促使路徑狀態與無人機操作狀態相吻合[8]。按照機載系統的數據控制方式對路徑數據進行內部輸出操作，選擇相應的輸出實現輸出檢驗，即：

式中，p表示為輸出檢驗參數，VC、VR與VL為無人機機載內部信息參數，D表示為相關的輸出系數，ωC為無人機調控狀態下的路徑信息。

獲取輸出函數，在實現內部路徑監控的基礎上達到路徑分析目的，同時掌控不同的路徑信息，加強對中心調控系統的檢驗力度，完善無人機機載信息，強化對路徑數據的收集性能，并標定收集空間，將收集的信息集中存儲于同一空間中，配備空間監控程序，時刻保護內部存儲數據狀況[9]，巡檢設備工作框圖如圖1 所示。

圖1 巡檢設備工作框圖

利用不同空間路徑信息調節路徑數據的收集渠道，調整渠道信息數據，將巡檢路徑數據完整錄入檢測系統中等待檢測，在完成檢測后，提取數據并過濾數據中的信號信息，減少外界信號對數據提取結果的影響程度[10]。

2 設備巡檢路徑數據模塊調試

在巡檢路徑數據提取的基礎上，利用多旋翼無人機定位數據以及中心功能操作技術，分析路徑數據的存在模式，同時整理操作模式，調節巡檢設備的上位機與集中控制器間的關系，并關聯操作數據，傳導巡檢路徑基礎信息，不斷完善不同路徑間巡檢差異，構建差異整合模型。利用TCP 協議[11]實現數據通信，保證巡檢數據的正常傳輸，將通信模塊與集中控制器相連接，并測試串口通信模塊狀態，在數據PC 機中打開巡檢空間內部數據，研究不同數據在相同操作范圍內的操作流程。

將巡檢數字示波器與設備中心調控器結合，在結合過程中，根據相應巡檢數據存儲模式，對其進行模塊化處理。傳達上機位任務指令，并通過指令傳輸通道擴展內部空間巡檢數據的調試傳輸[12]。下發巡檢路徑信息，利用閾值分割法收集巡檢紅外熱圖像，并觀察圖像間差異，對差異數值進行基礎調試，設置調試公式為：

式中，a、b、c為不同的調試參數，f(x,y)為巡檢紅外熱圖像，T1與T2為調試可控范圍。利用巡檢調試參數對巡檢路線空間進行數據清理操作，避免無關數據對巡檢操作的干擾。調配無人機功能性檢驗操作，審核不同路徑區域的巡檢信息，時刻監控巡檢設備的運動軌跡，將巡檢頁面轉移至空間監控頁面，確保數據圖像的安全，查找其內部電機驅動原理。

優化巡檢路徑信息存儲空間結構，在空間內部配置數據引流裝置，引導路徑信息流通過空間結構，并調整巡檢數據信息，設置不同圖像像素點，作為巡檢圖像中數據查找介質[13]，按照像素點在圖像中的位置，推斷巡檢位置信息，并標記信息數據，使數據處于允許范圍之內，并集中存儲空間數據。

3 設備巡檢路徑規劃

利用調試的路徑數據信息對巡檢路徑進行規劃，調節巡檢設備的下機位系統，同時，完整處理巡檢設備后臺數據，按照后臺信息查找標準，增強巡檢機制操控力度，集中調節多旋翼無人機的中心系統數據，并配置數據檢驗裝置[14]。利用影像追蹤技術時刻反映巡檢設備的監控狀態，獲取設備溫度數據，利用后臺數據對無人機進行遠程操控，配合紅外圖像軟件程序處理，對空間信息內容進行檢驗，識別巡檢設備的故障數據；利用監控云臺實現路徑云端監控，管理路徑障礙數據，提取存儲數據庫中的路徑信息，與檢測到的路徑數據進行匹配對比[15-16]，檢驗差異程度對巡檢設備的路徑自主規劃為：

式中，Kσ(S)為系統所需的規劃參數，σ表示路徑變量，S為監控云臺內部信息。

在獲取相應路線規劃參數后，將規劃參數數據代入規劃系統中等待系統檢驗操作，構建云臺操作，如圖2 所示。

圖2 云臺操作圖

在空間系統中傳輸過濾數據，并加強對規劃路徑的管理力度，進行多旋翼無人機通信，將地面基站信息及時傳導至無人機機載空間，搭配配套的數據無線收發端，并在端口連接路徑檢驗串口，結束內部信息檢驗操作，實現特高壓換流站設備巡檢路徑規劃。

4 實驗分析

4.1 實驗環境及實驗參數

為檢驗文中研究路徑規劃方法，將該方法與傳統方法進行對比，并獲取所需的對比數據，驗證文中方法的有效性。構建實驗操作框架如圖3 所示。

圖3 實驗操作框架圖

解析云南特高壓換流站的地理位置情況，按照地理位置對應的信息轉換不同的無人機飛行模式。實驗參數如表1 所示。

表1 實驗參數

根據上述參數設計，在昆北換流站中利用環流信息差異配置相應的巡檢裝置，調節控制電機速率，確保電機正常運行。

4.2 結果分析

4.2.1 不同方法巡檢角度分析

為了驗證所提方法的科學有效性，實驗分析了所提方法以及傳統方法在進行巡檢時的角度，實驗結果如圖4 所示。

圖4 巡檢角度對比

分析圖4 可知，在相同實驗環境下，文中方法巡檢角度優于其他兩種巡檢方法。其中，文中方法巡檢的角度適中，基于智能電網的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃的巡檢角度較大，基于GPRS 的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃的巡檢角度最小。這是由于文中在巡檢路徑規劃的過程中利用無人機進行追蹤，時刻監控路徑狀況，并調節不同的路徑狀況信息，配置狀況查詢與檢驗系統，完善內部巡檢空間的中心檢驗功能，進而提升了巡檢路徑的效果。

4.2.2 不同方法勞動強度分析

實驗對云南特高壓換流站的內部空間特征進行解析，查找相關度較大的巡檢路徑數據，將數據信息通過無人機系統展現至圖像空間中，對比獲取的圖像清晰程度，通過清晰程度推斷出具體工作所需的勞動強度，實驗結果如圖5 所示。

分析圖5 可知，基于GPRS 的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃具有較小的勞動所需強度，傳統基于智能電網的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃的勞動所需強度較大，而文中基于多旋翼無人機的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃的勞動所需強度均小于其他兩種方法。

圖5 勞動所需強度對比圖

5 結束語

文中在傳統特高壓換流站設備巡檢路徑規劃的基礎上，提出基于多旋翼無人機的特高壓換流站設備巡檢路徑規劃，整合不同路徑數據信息，利用無人機內部調控模板，掌控較為精準的路徑研究數據，具有較強的數據可操作性，獲取準確的路徑信息，具有很好的操作效果。