配網無人機與數字化建設的應用

張彬，陳斯炯，黃子建，蔡依麟，許國偉

（廣東電網有限責任公司汕頭供電局，廣東汕頭， 515000）

0 引言

在電力系統中，配電線路是地區電力輸送的毛細血管，直接面對用戶，與其相關的線路巡檢工作是保障地方配電網絡安全運行的關鍵一環。

伴隨著我國電力發展步伐的逐年加快，規模日漸龐大的配電線路在惡劣環境長期運行過程中容易產生高頻次的設備異常情況，依靠傳統人工逐基桿塔巡檢的作業方式不僅工作量大、效率低、費用高，且在復雜地理環境下的人力巡檢工作還會威脅作業人員的生命安全[1]。

為此，本單位積極探索配電網電力巡檢新模式，先后開展了無人機巡檢作業、無人機全景采集作業、無人機航測作業，且利用科技手段挖掘無人機作業后的數據進行相關的數字化應用。其中，無人機自動駕駛雙光巡檢架空配電線路緩解了以往的人工巡檢作業壓力，克服人工巡檢“慢、難、粗、險” 的技術弊端，還能夠與人工巡檢形成優勢互補，從而為實現真正意義上的智能化無人巡檢作業夯實基礎；720全景的配網通道走廊“空中街景”的采集和應用解決了在配網運維中的現場勘察、作業交底、通道情況無死角全覆蓋存檔等問題，大大減少了修理技改頻繁重復跑現場的問題，提高勘查效率，節省勘查的時間；數字模型的建設包含了二維模型采集解算[2]、三維實景模型采集解算、點云模型采集解算和點云模型矢量化建設，更是徹底解決了配網線路管理中的各種工程測量、方案路演、方案安全交底等其它工作問題，為配網線路的運維管理走向數字化打下了數字基礎。

1 配網無人機自動駕駛航線規劃與自動駕駛雙光精細化巡視

目前，本單位已完成 10kV架空線路機巡自動駕駛全覆蓋工作，無人機自動駕駛技術的深度應用大大提升了配網巡視質量和效率，為數字配網建設奠定了堅實基礎[3]。三維航線規劃如圖1所示。

圖1 三維航線規劃演示

無人機精細化巡視對飛手操作要求相對較高，以往開展無人機巡視需要花大量時間對飛手進行培訓，巡視效率取決于飛手的熟練程度。隨著RTK無人機技術的成熟，利用自動駕駛技術，運維人員只需掌握無人機的基本操作，便可以使用規劃的航線進行巡視[4]，不僅提高了效率，降低了飛手的年齡覆蓋層，讓大部分員工可以參與，減輕了運維人員的工作壓力，而且保證了巡視數據的質量。

此外，紅外雙光無人機的使用也帶來了極大的便利，在自動精細化巡視的同時，利用無人機自帶的高溫報警功能，可對設備溫度進行實時觀測（圖2所示），提高紅外測溫效率，達到及時發現熱缺陷的目的。

圖2 紅外雙光無人機測溫效果

2 在配網運維中應用720度全景

720度全景相片利用無人機在桿塔附近進行360°的圖片采集，通過720全景合成軟件進行拼接，可以展示拍攝位置周圍的所有環境情況。720全景可用于線路建設規劃、現場勘查等場景（如圖3所示）。

圖3 720 全景演示

在線路建設中，利用720全景可以對桿塔周圍地形、環境進行初步勘查，只需利用一臺普通無人機進行一鍵全景拍攝，通過簡單圖片拼接便能得到720全景。相比于以往的現場拍攝圖片，全景能夠展提供高空采集的全方位影像信息[5]，同時，由于720全景具有畫面質量高、數據量小等特點，往往將其部署在云端服務器，便于在不同設備上進行查看，為規劃工作提供便利。

除此之外，720全景也適用于其他勘查場景，例如帶電作業前期勘查。前期勘查通過720全景提供的全方位信息，能夠判斷作業位置的基本情況、設備進場條件等信息，提高勘查效率，節省現場勘查的時間。

3 數字模型在配網運維中的應用

數字模型包括了二維模型和三維模型，通過RTK無人機的外業采集和內業數據處理，可生成帶有經緯度信息的二維正射影像和傾斜攝影三維模型。

3.1 二維模型

無人機二維正射影像是通過RTK無人機對所選區域進行掃描，利用大疆智圖生成的具有正射投影性質的遙感影像。相比于衛星高空遙感影像，無人機采集的正射影像具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優點，利用現有的電纜位置信息，結合二維正射影像，可對電纜走向信息進行標繪和修正，便于日常運維管理（如圖4所示）。

圖4 電纜走向標繪效果

3.2 三維模型

傾斜攝影三維模型分為點云模型和實景模型，這兩種模型都具有空間位置信息。

三維點云模型數據是最為常見也是最基礎的三維模型。點云模型往往由測量直接得到，每個點對應一個測量點，未經過其他處理手段，故包含了最大的信息量。在配網運維中，利用含有導線信息的點云數據可對導線進行矢量化擬合[6]，使其具備矢量特性，可對線路通道的障礙物和風險點進行測量分析，提高安全距離判斷的準確性（如圖5，6所示）。

圖5 點云導線擬合效果

圖6 利用點云進行安全距離測量

三維實景模型則是帶有真實紋理的三角網格模型，所輸出的三維網格模型能夠準確、精細地復原出建模主體的真實色澤、幾何形態，具有逼真的精美細節、清晰的邊緣及精確的幾何特性。通過傾斜攝影對配網線路通道進行高空采集，對桿塔進行環繞采集，利用大疆智圖等軟件解算，可得到配電線路三維實景模型。配電線路三維實景模型與利用點云模型所擬合的導線相結合，可組成具有矢量導線的實景模型。

三維實景模型可用于現場勘查、相序標注等場景。

3.2.1 現場勘查

在現場勘查工作中，以往的現場勘查需要花費大量的人力成本和時間成本，利用三維實景模型，可以在電腦上方便地對現場環境、地形、安全距離、設備進場條件等進行勘查，三維實景模型所具有的空間位置信息也能夠提供準確的測距功能（如圖7所示），對現場作業進行預演，提高現場作業效率。

圖7 三維實景模型測距效果

3.2.2 相序標注

配網的相序核定是運行中存在的痛點，時常存在設備標色不準確的情況，給運維帶來不便。通過三維實景模型中矢量化的導線，運維人員可在進行基礎數據采集時進行定相，將矢量化導線進行顏色標注，便于在接入設備時進行核對相序是否正確，減輕運維壓力。

圖8 具有矢量導線的配電線路實景模型

4 結論

近年來，電網結合我國實際情況提出“著力推進電網高質量發展”與“推進電網數字化轉型”的戰略思路，電網在構建安全高效配電網絡、配電線路運維與巡檢設備理論研究、關鍵技術研發[7]、建設實踐和標準制定等方面開展了較為深入的研究，并取得了一系列具備自主知識產權的創新性科技成果。

本文參考該技術領域的階段性研究成果，首先本通過介紹本單位配網巡檢無人機巡檢由手動飛行駕駛到自動駕駛轉變的應用現狀，同時對于無人機在本單位的其它應用場景和數字化建設應用案例介紹，了解無人機的作用及其相關的數據挖掘處理與數字化應用手段，了解全面利用無人機進行配網巡檢與數字化建設管理涉及到配網線路運維[8]、低空遙感航測、點云分析處理技術等多個專業領域，需要多種技術跨領域交叉融合，極具創新性和挑戰性性。但不難預見的是，隨著無人機應用的深度和廣度持續提升，還有數字化數據處理應用手段的提升，該技術在未來相當長的一段時間內將會是配網數字化建設應用研究和應用熱點之一。本單位已完成10kV架空線路機巡自動駕駛全覆蓋工作，無人機自動駕駛技術的深度應用大大提升了配網巡視質量和效率，為數字配網建設奠定了堅實基礎。