多旋翼無(wú)人機(jī)在配網(wǎng)線路帶電作業(yè)中的應(yīng)用研究

陳紅敏，徐睿，劉益江，于鵬，周鎮(zhèn)祥

(國(guó)網(wǎng)浙江永康市供電有限公司,浙江永康,321300)

0 引言

近幾年來(lái)人們對(duì)用電需求的增加，導(dǎo)致配網(wǎng)線路帶電作業(yè)需要進(jìn)行高效的運(yùn)行。必須要有覆蓋面廣、電流穩(wěn)定的特點(diǎn)。但是在很多環(huán)境較差的地區(qū)，線路往往會(huì)受到外部因素的影響，傳統(tǒng)的方式就是通過(guò)工人們的人工巡檢，在這樣的背景之下，巡檢效率較低，在環(huán)境惡劣之中還會(huì)面臨很大的危險(xiǎn)。無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)為配網(wǎng)線路帶電作業(yè)帶來(lái)了很大的便利，并且在我國(guó)已經(jīng)取得了初步的應(yīng)用。無(wú)人機(jī)可以通過(guò)人工的控制，在地形較差的地區(qū)進(jìn)行拍照、信息處理等。提高了線路巡檢的效率，快速發(fā)現(xiàn)故障并且進(jìn)行針對(duì)性地解決。但是在發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)無(wú)法修復(fù)的故障時(shí)，就需要工人與無(wú)人機(jī)共同合作，對(duì)其進(jìn)行解決。本文主要研究的是多旋翼無(wú)人機(jī)在配電線路帶電作業(yè)中的應(yīng)用，保證我國(guó)帶電作業(yè)的工作效率。

1 多旋翼無(wú)人機(jī)概述

就當(dāng)前我國(guó)在多旋翼無(wú)人機(jī)的發(fā)展而言，在配電線路帶電作業(yè)中有三個(gè)系統(tǒng)，無(wú)人積分系統(tǒng)、綜合保障分系統(tǒng)、任務(wù)荷載分系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)又被分為平臺(tái)、地面系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)。任務(wù)荷載分系統(tǒng)又被分為地面控制以及設(shè)備。綜合保障分系統(tǒng)被分為動(dòng)力補(bǔ)給、車輛等等。現(xiàn)在我國(guó)也致力于研究無(wú)人機(jī)的質(zhì)量，在質(zhì)量上海也可以將無(wú)人機(jī)分為大、中、小。更多使用是在小型無(wú)人機(jī)上，因?yàn)樾⌒蜔o(wú)人機(jī)比較容易攜帶和操控，對(duì)環(huán)境也造成不了污染。在配網(wǎng)線路中已經(jīng)取得了初步的應(yīng)用[1]。

無(wú)人機(jī)更多地使用來(lái)巡檢、在我國(guó)已經(jīng)成為一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括了無(wú)人機(jī)、能源系統(tǒng)、巡檢設(shè)備系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。無(wú)人機(jī)的動(dòng)力大多數(shù)是來(lái)源于鋰電池，在無(wú)人機(jī)上，有紅外線設(shè)備，可以通過(guò)紅外線設(shè)備進(jìn)行拍照，發(fā)現(xiàn)線路當(dāng)中的故障，并且小型的無(wú)人機(jī)設(shè)備還能在空中懸停，一般來(lái)說(shuō)，會(huì)將無(wú)人機(jī)與控制系統(tǒng)控制在2km以內(nèi)，防止失控的情況出現(xiàn)。多旋翼無(wú)人機(jī)如圖1所示。

圖1 多旋翼無(wú)人機(jī)

2 無(wú)人機(jī)在配網(wǎng)線路帶電作業(yè)巡檢的應(yīng)用現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)最早出現(xiàn)在19世紀(jì)，19世紀(jì)是戰(zhàn)爭(zhēng)的高發(fā)期，更多的發(fā)達(dá)國(guó)家側(cè)重于將無(wú)人機(jī)應(yīng)用在戰(zhàn)爭(zhēng)當(dāng)中。直到上個(gè)世紀(jì)末，無(wú)人機(jī)才開始進(jìn)入了人們的生活，在監(jiān)控等方面得到了初步應(yīng)用。直到近年來(lái)才將無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在配網(wǎng)線路帶電作業(yè)的巡檢上面，自從進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，我國(guó)很多的科研單位都對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)進(jìn)行了研究，并且在我國(guó)很多電網(wǎng)都取得了應(yīng)用[2]。在2012年，我國(guó)開始進(jìn)行了巡檢試驗(yàn)，并且想要在三年之內(nèi)形成完整的體系，將小型無(wú)人機(jī)全面的應(yīng)用，通過(guò)無(wú)人機(jī)與人工巡檢的合作，提高配網(wǎng)電路帶電作業(yè)的巡檢效率。

2.1 初見成效

因?yàn)槲覈?guó)國(guó)土面積較大，地形比較復(fù)雜，所以無(wú)人機(jī)需要有很強(qiáng)的地形適應(yīng)能力。無(wú)人機(jī)主要發(fā)現(xiàn)的故障是在鐵塔瓶口以上，經(jīng)過(guò)初步的應(yīng)用之后，發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的巡檢效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工巡檢，特別是對(duì)于跨區(qū)線路的巡檢。經(jīng)過(guò)近幾年的不完全統(tǒng)計(jì)，在2014年的時(shí)候，就已經(jīng)巡檢了桿塔4000多基，巡檢公里數(shù)達(dá)到了3000多公里，找出故障1000多個(gè)，可以說(shuō)為當(dāng)代人民的安全用電做出了卓越的貢獻(xiàn)。

2.2 建立了較完善的培訓(xùn)體系

基于無(wú)人機(jī)的初步應(yīng)用，我國(guó)已經(jīng)建立了較為完善的無(wú)人機(jī)培訓(xùn)體系，也建立了一批專業(yè)能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)過(guò)關(guān)的無(wú)人機(jī)研究隊(duì)伍。已經(jīng)有成百上千人具有無(wú)人機(jī)駕駛資格，并且每年也在不斷的上漲，這也是無(wú)人機(jī)人才建設(shè)的主要途徑。

2.3 工作范圍仍在不斷增加

首先是無(wú)人機(jī)與人工共同巡檢：小型無(wú)人機(jī)可以在空中進(jìn)行懸停，通過(guò)無(wú)人機(jī)觀察桿塔的俯視角，保證輸電工作的正常運(yùn)行，而且在環(huán)境較差的地區(qū)，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)桿塔的觀察，并且錄像，防止出現(xiàn)用電故障。

故障監(jiān)測(cè)：在每次配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障的時(shí)候，無(wú)人機(jī)作為巡檢的主要工具，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速地勘察，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的原因，方便維修。而且小型無(wú)人機(jī)因?yàn)樽陨碣|(zhì)量較小，受到外部因素的影響較小，提高了監(jiān)測(cè)效率。

診斷性巡視：在地里位置較差的桿塔上，能夠通過(guò)無(wú)人機(jī)迅速掌握周邊地形，防止出現(xiàn)安全事故。

現(xiàn)場(chǎng)勘查：在進(jìn)行線路的施工之前，必須要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的勘察，但是勘察的工作量比較大。為了提高勘察的效率，可以通過(guò)小型無(wú)人機(jī)的廣闊視角進(jìn)行勘察，從而掌握周圍環(huán)境的情況。

日常監(jiān)測(cè)：配網(wǎng)線路往往會(huì)受到外部因素的影響，譬如天氣、自然災(zāi)害等等。尤其是在偏遠(yuǎn)的地區(qū)是自然災(zāi)害的多發(fā)區(qū)域，通過(guò)無(wú)人機(jī)的監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)自然災(zāi)害，臺(tái)風(fēng)能夠?qū)ε渚W(wǎng)線路產(chǎn)生較大的影響，所以一定要注意日常的監(jiān)測(cè)。

緊急人員救援：配網(wǎng)線路工作人員因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境比較差，往往在山區(qū)里面沒(méi)有信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)自然災(zāi)害很有可能引起安全隱患。在搜救的過(guò)程中，借助無(wú)人機(jī)的視角可以迅速探索到被困人員的位置，從而進(jìn)行搜救[3]。

3 無(wú)人機(jī)在配網(wǎng)線路帶電作業(yè)中的應(yīng)用項(xiàng)目

3.1 拋擲絕緣繩

通過(guò)輔助架線的優(yōu)勢(shì)，工作人員可以在實(shí)踐中使用無(wú)人機(jī)拋擲絕緣繩，譬如在2015年，大連就首次通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行絕緣繩的拋擲，在很大程度上保證了工作人員的安全性。

3.2 無(wú)人機(jī)帶電現(xiàn)場(chǎng)勘查及故障分析

在小型無(wú)人機(jī)上都會(huì)存在紅外線以及相機(jī)，這些都是屬于任務(wù)設(shè)備，在進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)的拍攝判斷故障的類型，從而進(jìn)行針對(duì)性的修復(fù)方案。譬如在2014年，我國(guó)山東電網(wǎng)就通過(guò)無(wú)人機(jī)拍攝的方式，對(duì)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行勘察，并且分析出了線路故障，在修復(fù)過(guò)后通過(guò)無(wú)人機(jī)的視角確定解除了故障[4]。如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)故障勘察

3.3 進(jìn)行安全監(jiān)控

工作人員所看到的視角無(wú)法與無(wú)人機(jī)相比，為了使工作人員全面掌握桿塔的情況，必須要使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行安全的監(jiān)控，將拍攝到的畫面實(shí)時(shí)的傳送到控制系統(tǒng)中，在通過(guò)通訊系統(tǒng)告知工作人員，消滅桿塔的安全隱患。譬如，在2015年中，河南就通過(guò)安裝了安全監(jiān)控設(shè)備，完成了很多次電網(wǎng)修補(bǔ)。

4 高精度定位裝置實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)巡視

由于配網(wǎng)線路比較復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航的原因就是因?yàn)闆](méi)有高精度的定位裝置，雖然GPS在近幾年得到了很大的發(fā)展空間，但是因?yàn)楦呖罩袝?huì)受到很多外部因素的影響，也有產(chǎn)生10米左右的誤差。但是隨著科技的進(jìn)步，可以將近年來(lái)比較流行的RTK技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可是在具體落實(shí)的過(guò)程中非常困難，配網(wǎng)局部的線路比較復(fù)雜，要將現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、天氣等外部因素進(jìn)行預(yù)測(cè)，如果只是從一個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用還是會(huì)有很大的問(wèn)題。可以將GPS技術(shù)與RTK技術(shù)一起應(yīng)用，通過(guò)高清的相機(jī)在高精度的定位之下進(jìn)行拍照，從而實(shí)現(xiàn)故障的識(shí)別。因?yàn)镽TK可以彌補(bǔ)GPS定位精度不夠的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的定位，并且嚴(yán)格把控RTK的運(yùn)動(dòng)路線，對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行智能的追蹤。通過(guò)無(wú)人機(jī)上的相機(jī)拍到的照片進(jìn)行處理和分析，將配網(wǎng)的桿塔進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別，應(yīng)用現(xiàn)代化的技術(shù)分析桿塔的特征，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)位置的獲取。

5 無(wú)人機(jī)自主巡視作業(yè)

對(duì)于傳統(tǒng)的人工規(guī)劃無(wú)人機(jī)路線來(lái)說(shuō)，缺點(diǎn)比較明顯，主要的缺點(diǎn)表現(xiàn)為工作效率不高，定位精度誤差較大。基于此，可以在無(wú)人機(jī)上安裝GPS和RTK的定位裝置，借助圖像識(shí)別算法發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)位置，將桿塔作為坐標(biāo)，直接控制無(wú)人機(jī)的位置巡視。

一般來(lái)說(shuō)，多旋翼無(wú)人機(jī)是用于桿塔的精細(xì)巡視，在無(wú)人機(jī)起飛之后，按照預(yù)期的計(jì)劃進(jìn)行拍攝，當(dāng)電量時(shí)或者受到外部影響較大時(shí)進(jìn)行返回，所以不會(huì)造成特別大的損失和意外。通過(guò)對(duì)桿塔坐標(biāo)的分析，可以在衛(wèi)星地圖上進(jìn)行操作，一般都是規(guī)劃為“C”字航線，因?yàn)椤癈”字航線一直都是在統(tǒng)一水平高度進(jìn)行飛行，拍攝時(shí)采取45°的俯角進(jìn)行拍攝。為了節(jié)省無(wú)人機(jī)的用電，在飛行的過(guò)程當(dāng)中，相機(jī)的拍攝是由控制臺(tái)完成，保證無(wú)人機(jī)在空中不會(huì)出現(xiàn)事故。與傳統(tǒng)的巡檢航線相比，“C”字航線可以在一定程度上增加工作的效率和無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力，保證無(wú)人機(jī)自主巡視作業(yè)的順利完成。“C”字航線如圖3所示。

圖3 C字航線示意圖

6 多旋翼無(wú)人機(jī)在配網(wǎng)線路帶電作業(yè)中的未來(lái)展望

無(wú)人機(jī)作為帶電作業(yè)中比較重要的載體，最主要的是起到信息傳遞的作用。在具體的實(shí)踐中還是需要專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行維修，為了保證無(wú)人機(jī)在配網(wǎng)線路帶電作業(yè)中的工作效率，對(duì)未來(lái)的展望主要有以下幾點(diǎn)。

6.1 將無(wú)人機(jī)與配網(wǎng)線路設(shè)備結(jié)合

就目前而言，我國(guó)的無(wú)人機(jī)進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期，科學(xué)技術(shù)得到了很大的進(jìn)步。傳感器的應(yīng)用也為無(wú)人機(jī)帶來(lái)了很大的發(fā)展空間。無(wú)人機(jī)攜帶的不再是相機(jī)與紅外成像設(shè)備，更多的是攜帶配網(wǎng)線路機(jī)器人，直接替代了人工巡檢。這也在一定程度上降低了勞動(dòng)力的使用，提高了工作效率，增加了安全性能。

6.2 無(wú)人機(jī)可以在高壓配網(wǎng)線路上驗(yàn)電

很多偏遠(yuǎn)的地區(qū)在對(duì)于高壓配網(wǎng)線路帶電作業(yè)上依舊使用的是非接觸驗(yàn)電，一般都是通過(guò)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的感應(yīng)來(lái)判斷線路是否有電。可是這樣做的整體效率并不是很高，而且受到外部因素的影響較大，可能會(huì)出現(xiàn)線路有電，卻驗(yàn)不出電的情況。可是隨著無(wú)人機(jī)的高速發(fā)展，可以使用絕緣桿將驗(yàn)電器固定在無(wú)人機(jī)上面，由工作人員進(jìn)行控制，直接使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行驗(yàn)電，保證效率的同時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)漏檢的情況。

7 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的配網(wǎng)線路帶電作業(yè)中離不開無(wú)人機(jī)的存在，無(wú)人機(jī)在人們的生活中越來(lái)越重要，對(duì)很多危險(xiǎn)性較高，難度較高的工作都有較大的作用。這也為工作人員減輕了工作壓力，可以說(shuō)無(wú)人機(jī)的發(fā)展為配電線路帶電作業(yè)帶來(lái)了非常大的便利，在未來(lái)必定會(huì)成為主流的趨勢(shì)。我國(guó)應(yīng)該繼續(xù)對(duì)無(wú)人機(jī)保持重視，保證科研人員取得進(jìn)一步的研究成果，以此來(lái)保證當(dāng)前人們對(duì)電網(wǎng)的高質(zhì)量需求，促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展。在配網(wǎng)線路帶電作業(yè)的具體實(shí)踐中，多旋翼無(wú)人機(jī)可以發(fā)揮出應(yīng)用的作用，解決了拍照時(shí)的掉幀、模糊等問(wèn)題。借助GPS與RTK的聯(lián)合技術(shù)，可以保證無(wú)人機(jī)在精確的定位之下，完成拍照工作。最后，通過(guò)“C”字航線的應(yīng)用，提高了多旋翼無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力和工作效率，很適合當(dāng)前配網(wǎng)線路帶電作業(yè)的巡視工作。并且擁有非常廣闊的應(yīng)用前景，在未來(lái)有很大的發(fā)展空間，希望多旋翼無(wú)人機(jī)在配網(wǎng)線路帶電作業(yè)中能夠取得長(zhǎng)足的應(yīng)用。