多旋翼無人機(jī)在輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收中的應(yīng)用研究

謝秋偉，鄧淋升，寧仕元，湯 浩，吳小虎

(湖南電力工程咨詢有限公司，長沙 430029)

0 引 言

近些年來，隨著我國電網(wǎng)特高壓線路建設(shè)不斷加快，電網(wǎng)規(guī)模急劇增加，電網(wǎng)電力設(shè)備安全可靠性提出了更高要求。輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收作為工程建設(shè)重要環(huán)節(jié)，是保障輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。因此，制定標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量驗(yàn)收作業(yè)流程，創(chuàng)新工程驗(yàn)收技術(shù)手段，提升工程質(zhì)量驗(yàn)收管理水平，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義[1-4]。

傳統(tǒng)架空輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收為人工檢查作業(yè)，不僅工作量大、效率低、投入經(jīng)費(fèi)高，而且在復(fù)雜地形條件下進(jìn)行高空作業(yè)還存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅作業(yè)人員生命安全。同時(shí)架空輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收內(nèi)容較多，人工檢查成果在很大程度上受到人員專業(yè)素質(zhì)影響而良莠不齊，為輸電線路運(yùn)行埋下安全隱患[5-7]。

近些年來，多旋翼無人機(jī)的安全性和可操控性實(shí)現(xiàn)了突破性發(fā)展，具有安全高效、操控靈活、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)勢。通過搭載高分辨率傳感器，在無人機(jī)飛手操控下，可快速實(shí)現(xiàn)對架空輸電線路、桿塔等關(guān)鍵部件的安全巡查、狀態(tài)檢測、清障作業(yè)等相關(guān)工作，從一定程度上緩解了人工作業(yè)的壓力，目前已廣泛運(yùn)用于電力巡檢、通道清理、狀態(tài)檢測、電力勘測等領(lǐng)域[8-11]。

綜上所述，本文針對輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收常見缺陷及作業(yè)特點(diǎn)，制定利用多旋翼無人機(jī)進(jìn)行架空輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收方案，結(jié)合電網(wǎng)基建工程驗(yàn)收精細(xì)化管理需求，構(gòu)建架空輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收信息化平臺(tái)，將工程信息，任務(wù)管理、驗(yàn)收成果進(jìn)行有效管理。實(shí)現(xiàn)對架空輸電線路質(zhì)量作業(yè)成果從任務(wù)計(jì)劃、現(xiàn)場作業(yè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的科學(xué)管理，提升輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收效率和準(zhǔn)確度。

1 基于多旋翼無人機(jī)的輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收方案

1.1 技術(shù)流程

為確保無人機(jī)輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收方案安全高效進(jìn)行，通過調(diào)研與實(shí)踐，本文提出一套較為完善的基于多旋翼無人機(jī)的輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收方案，主要包括任務(wù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)獲取、缺陷識(shí)別三個(gè)步驟，技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

首先，任務(wù)準(zhǔn)備需將獲取的工程信息相關(guān)信息錄入輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收平臺(tái)，并根據(jù)工程具體情況制定質(zhì)量驗(yàn)收作業(yè)計(jì)劃，提交飛行計(jì)劃申請。然后，根據(jù)不同桿塔類型和周圍環(huán)境，依據(jù)已有方案規(guī)劃無人機(jī)航拍方案，并拍攝桿塔關(guān)鍵部件照片。最后，將獲取照片根據(jù)桿塔施工階段分類并上傳輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收系統(tǒng)，進(jìn)行桿塔質(zhì)量缺陷判別，并生成質(zhì)量驗(yàn)收成果報(bào)告。

1.2 多旋翼無人機(jī)平臺(tái)

本研究采用深圳大疆創(chuàng)新公司于2018年6月發(fā)布的四旋翼無人機(jī)DJI Phantom 4 RTK(如圖2所示)，該無人機(jī)由飛行器、遙控器、云臺(tái)相機(jī)組成，飛行重量1391g，最長續(xù)航時(shí)間可達(dá)30 min。其搭載的云臺(tái)相機(jī)，內(nèi)置2000萬像素1英寸CMOS圖像傳感器，能夠更清晰的獲取桿塔部件和金具的影像信息。

圖2 DJI Phantom 4 RTK無人機(jī)

DJI Phantom 4 RTK無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)、安全高、獲取影像分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，其配置的全新的圖像穩(wěn)定系統(tǒng)，能夠有效解決因飛行器的激烈運(yùn)動(dòng)而造成的影像模糊等問題。該款無人機(jī)自帶紅外感知系統(tǒng)，可有效的避開障礙物，大大減小無人機(jī)與桿塔碰撞風(fēng)險(xiǎn)，保障輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收作業(yè)的安全和效率。

1.3 多旋翼無人機(jī)輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收方案

輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收方案應(yīng)具備動(dòng)態(tài)性，實(shí)時(shí)性及可操作性，需要全面分析輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收對象及特點(diǎn)，制定合理的質(zhì)量驗(yàn)收作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立完善質(zhì)量驗(yàn)收作業(yè)體系，選擇科學(xué)、創(chuàng)新、高效的質(zhì)量驗(yàn)收技術(shù)手段，才能真正實(shí)現(xiàn)對輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收工作的全面高效管理。

通過對已有輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收工作成果總結(jié)，發(fā)現(xiàn)常見的質(zhì)量缺陷分為金具及絕緣子、桿塔、導(dǎo)線三大類，具體包括鳥巢、導(dǎo)線異物、絕緣子自爆、絕緣子污穢、導(dǎo)線斷散股、銷釘缺失、均壓環(huán)傾斜及損壞、螺母缺失、防振錘損壞、放電間隙損壞、線夾傾斜等11種細(xì)節(jié)缺陷[12-14]。

根據(jù)線路工程電壓等級不同，桿塔選型及驗(yàn)收部件也會(huì)有所差異。本次研究針對常見的塔型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合常見桿塔缺陷位置和特點(diǎn)，制定出不同的巡檢拍攝路徑及規(guī)則。利用多旋翼無人機(jī)進(jìn)行輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收工作時(shí)應(yīng)遵循面向大號(hào)側(cè)先左后右，先宏觀后局部，先下后上(對側(cè)先上后下)，先小號(hào)測后大號(hào)測的基本原則[15]，如圖3所示。

圖3 無人機(jī)質(zhì)量驗(yàn)收示意圖

2 輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收系統(tǒng)

輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收系統(tǒng)是為更好保障工程質(zhì)量驗(yàn)收工作高效、有序開展，使項(xiàng)目管理人員能夠全面掌控質(zhì)量驗(yàn)收工作進(jìn)度，方便項(xiàng)目管理者、作業(yè)員查看驗(yàn)收成果。本研究基于B/S架構(gòu)，構(gòu)建從工程信息管理、任務(wù)申請到質(zhì)量驗(yàn)收成果存儲(chǔ)管理的輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對質(zhì)量驗(yàn)收工作的閉環(huán)管理。

2.2 功能模塊

系統(tǒng)主要分為權(quán)限管理、項(xiàng)目管理兩個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)包括遠(yuǎn)程訪問及用戶管理、工程管理、任務(wù)管理、照片管理、視頻管理及統(tǒng)計(jì)分析等六個(gè)主要功能。

(1)遠(yuǎn)程訪問及用戶管理：系統(tǒng)采用B/S模式，可通過網(wǎng)頁認(rèn)證的方式對系統(tǒng)進(jìn)行登錄訪問，由于系統(tǒng)涉及質(zhì)量驗(yàn)收工作參與各方登陸系統(tǒng)目的及所需信息不同，系統(tǒng)建立了用戶信息數(shù)據(jù)庫，并對用戶角色劃分。

(2)工程管理：是對輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收工程信息及相關(guān)責(zé)任單位信息的管理，實(shí)現(xiàn)檢查驗(yàn)收照片和影像成果分階段按桿塔編號(hào)進(jìn)行分類存儲(chǔ)。

圖4 平臺(tái)整體框架圖

(3)任務(wù)管理：該模塊實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)質(zhì)量驗(yàn)收任務(wù)的申請及審批功能，從質(zhì)量驗(yàn)收作業(yè)源頭，提升對質(zhì)量驗(yàn)收作業(yè)監(jiān)管。

(4)照片管理：實(shí)現(xiàn)根據(jù)照片內(nèi)容，判別工程建設(shè)質(zhì)量缺陷，并對缺陷內(nèi)容進(jìn)行描述。

(5)視頻管理：存儲(chǔ)和管理質(zhì)量驗(yàn)收過程中無人機(jī)拍攝視頻資料。

(6)成果分析功能：通過對上傳數(shù)據(jù)及檢查人員分析判別成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析各施工階段工程質(zhì)量驗(yàn)收進(jìn)度，按施工標(biāo)段、檢查內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)缺陷成果。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 無人機(jī)數(shù)據(jù)獲取

本研究根據(jù)已制定多旋翼無人機(jī)輸電線路驗(yàn)收方案，利用DJI Phantom 4 RTK無人機(jī)對已有在建線路工程質(zhì)量驗(yàn)收檢查，獲取輸電線路桿塔關(guān)鍵部件的高分辨率影像，從影像中可以清晰的分辨出桿塔小尺寸金具、螺栓、絕緣子等，如圖5所示。

圖5 質(zhì)量驗(yàn)收關(guān)鍵部件

3.2 輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收系統(tǒng)

利用無人機(jī)輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收系統(tǒng)，對無人機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，依據(jù)無人機(jī)影像判別金具安裝質(zhì)量缺陷。對質(zhì)量驗(yàn)收成果進(jìn)度、缺陷成果按施工標(biāo)段及檢查內(nèi)容分別統(tǒng)計(jì)分析，可有效監(jiān)管安全質(zhì)量驗(yàn)收工作進(jìn)度，直觀反映出各施工標(biāo)段及工程質(zhì)量突出問題，提升質(zhì)量驗(yàn)收監(jiān)管力度，有效杜絕工程質(zhì)量隱患。

4 結(jié)束語

利用多旋翼無人機(jī)進(jìn)行輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收工作，能夠降低人工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，提高質(zhì)量驗(yàn)收工作效率，保障質(zhì)量驗(yàn)收成果準(zhǔn)確度。無人機(jī)輸電線路工程質(zhì)量驗(yàn)收系統(tǒng)可以有效的對輸電線路質(zhì)量驗(yàn)收工作進(jìn)行全面管理，保存質(zhì)量驗(yàn)收影像成果，方便管理人員宏觀掌控質(zhì)量驗(yàn)收進(jìn)度，避免漏檢、錯(cuò)檢事件發(fā)生，為電網(wǎng)電力設(shè)備安全高效運(yùn)營提供保障。