簡析智能機器人在輸電線路巡檢中的應用

王舒平

（中國石油集團電能有限公司，黑龍江 大慶 163000）

在輸電線路當中，許多的電線桿和電線都處于野外環境當中，長時間受到太陽照曬以及不同氣候條件的影響，使得材料的老化速度不斷加快，出現了大量的磨損腐蝕情況，線路當中經常出現導線斷股或者異物懸掛等問題，假如不及時的進行檢查和維修，就會產生大量的風險隱患問題，不但會引發大面積電力供應中斷，還可能對一些區域居民的生命和財產安全產生威脅。輸電線路巡檢的智能化是電力供應網絡智能化的關鍵環節，也是難度較高的部分。由于在輸電線路當中存在著許多地理條件十分險峻的地段，人工巡檢的危險性較高，假如可以應用智能機器人代替人工，那么不但可以有效地規避這些風險問題，還可以對輸電線路進行全面的巡視檢查，利用遠程控制手段，完成對人工無法達到區域的巡檢。

1 智能巡線機器人系統設計

1.1 電力供應

智能巡線機器人通常都能夠通過遠程技術進行控制，具備一定的學習能力，可以依據提前設定的巡視檢查任務在輸電線路上自主的開展巡檢，并及時將檢查的結果反饋到控制中心系統當中，并依據輸電線路中發現的問題采取有效的手段進行處理。針對智能機器人來說，電力供應問題具有非常重要的作用。當前主要的問題解決方式是進行動態供電，也就是智能巡線機器人在對通電線路進行巡視檢查的過程中，輸電線路可以為智能機器人進行電力的供應，并為智能巡線機器人內配置的電池進行充電，使電池始終維持飽和狀態，當發現存在故障的線路時，打開電源為智能機器人提供能源。這一電力供應方式，可以保證智能巡線機器人在各種環境中干工作，并且可以最大限度的避免對電池造成損害，使電池的使用壽命得到了有效的延長，而且在完成一次巡線任務以后，智能機器人返回控制中心，可以對電池的具體情況進行及時檢測，從而判斷是否需要為電池充電，為下一次巡線任務的開展做好準備。

1.2 應用技術

為了使智能機器人更好地完成巡線任務，一定要讓其可以感知到方向，才可以準確的在巡線區域內完成既定的任務。當前主要采用的技術包括GPS技術、激光定位技術以及軌道導航技術，也就是通過各種即時定位手段進行定位導航模塊的構建，從而幫助智能機器人進行準確的定位。通過這一方法，可以使智能巡線機器人更加靈活，促進了巡檢工作效率的提高。隨著5G通信技術的發展和應用，可以有效地使控制中心與巡線機器人進行更加快速準確的交互，改變了以往因為信號問題使得智能機器人無法完成巡線工作的問題，并使數據傳輸的速度和質量大幅提高，使前方與后方的交互更加密切。智能巡線機器人在工作過程中，一般會利用熱成像儀來識別故障線路，依據溫度分布情況進行圖像化處理，從而有效地對故障線路進行準確的判斷。這一方法的優勢主要體現在測量范圍大、精度高，不但可以對很寬的溫度范圍進行檢測，而且不會對智能機器人造成傷害。熱成像儀的功率很小，在智能機器人中占據了很小的空間，具有極高的靈活性。

智能巡線機器人在進行整體結構的設計時，通常會利用具有電磁屏蔽功能的材料，從而避免外界電磁干擾對機器人造成的影響。同時，巡線機器人還需要具備一定的學習能力，可以將線路巡查過程中收集到的信息快速的輸送到數據庫內進行保存，而數據庫會對傳輸來的數據進行科學的分析，并將結果再次反饋給智能巡線機器人，通過這樣的數據傳輸模式，智能巡線機器人可以及時了解各種故障問題，在發現線路故障時，能夠準確的進行判斷并采取設定的程序進行處理。同時，智能巡線機器人配備的機械摩阻，能夠使其快速安全的翻閱各種防震錘、電線桿等，并自動完成攀爬等動作，依靠自身具備的學習功能，智能機器人在完成這些動作的過程中，可以很好的對速度、位置和方向進行把控。

2 智能機器人的狀態

（1）待機狀態。當智能巡線機器人沒有接收到后方控制系統發出的任何指令時，就會一致保持待命狀態，使自身配備的各種設備都處于關閉狀態，從而保證電池電量不被消耗，等待后方控制中心進行巡線任務的下達。

（2）充電狀態。智能巡線機器人在工作過程中，會通過傳輸線路進行充電，將輸電線路內的電能當做自身行動的能量來源，使電池一致保持飽和狀態，假如因為故障的修理而需要損耗大量的電量，這時巡線機器人會快速的向后方控制中心進行這一具體狀況的匯報，并及時的返回距離最近的充電位置進行電池充電。

（3）工作狀態。智能巡檢機器人處于工作狀態時，通常包括三種工作模式，分別是手動控制模式、半自動巡檢模式和全自動巡檢模式。①手動控制模式。在這一模式下，智能巡檢機器人進行巡檢任務時都由工作人員負責控制，依據工作人員下發的指令開展工作，一般應用于地形十分復雜的輸電線路巡檢當中或者需要對大型故障進行確認的情況下。②半自動巡檢模式。這一模式下，智能巡檢機器人會依據提前設定好的工作計劃進行線路的巡視檢查，在完成既定的巡檢工作以后返回到距離最近的充電站進行充電或者進入待機狀態等待控制中心下發的任務。③全自動巡檢模式。在這一模式下，智能巡線機器人會根據自己的想法主動對輸電線路進行巡視檢查。在常規巡檢中通常會應用半自動和全自動巡檢模式。

3 智能巡檢機器人的應用

3.1 主要功能

由于輸電線路的巡檢過程較為繁瑣，因此智能巡檢機器人也需要具備多種功能。比如在巡檢過程中需要技術人員進行控制，在機器人上配備攝像功能，并且需要攝像功能達到較高的要求，可以對黑暗地區進行清晰的攝像，因此必然需要安裝可見光攝像機和紅外線成像儀等，從而將拍到的照片進行儲存和傳輸。智能機器人在工作時要注意區分平穩地區和地形起伏較大的地區，在坡度超過8度時機器人要采取蠕動模式，在坡度低于8度時要注意防震裝置的應用。在平穩地區行進時也要注意防滑問題。因為輸電線路的范圍較大所以需要對電能情況進行科學的考察，為了避免智能機器人在工作時出現斷電問題，需要保證其電能供應，可以設計太陽能板，從而可以使在較高的地方工作。為了解決圖像和視頻的傳輸問題，需要在機器人中進行網絡的安裝，并對機器人的內存進行合理的設計，避免完成拍攝后出現無法有效保存的問題。此外，還要對拍攝的視頻和圖像進行清晰化處理，從而為故障的判斷提供基礎。

3.2 關鍵技術

由于一些地區地形十分復雜，對機器人本體的機械機構提出了更高的要求，因此在對機器人的本體機械進行設計時，需要充分考慮在起伏和平緩地區內的不同行進方式。同時，智能機器人在工作中可能面臨惡劣天氣帶來的影響，因此機器人行走的齒輪也要進行防護處理，并且可以通過聚氨酯材料的應用解決其能量消耗問題，促進其使用效率的提高。當智能機器人在地形起伏較大的地區工作時，可以設置兩種機械臂的工作方法，在機械臂上進行滑輪的安裝，并將其設計成三個旋轉的環節，可以通過機械臂行走，解決起伏地區無法工作的問題。因為輸電線路檢查需要認真仔細，所以可以安裝一個能夠伸縮的長臂，并在長臂上進行攝像頭的安裝，從而可以清晰的拍到各個地方。輸電線路一些地區十分密集，因此需要對智能機器人的大小進行調整，使其更加靈活便捷。在進行機械臂的設計時，要使機器人不但可以進行平行運動，還可以選擇其他的運行方式，從而使線路巡檢更加的全面，因此，可以在機械臂上安裝能夠旋轉的關節，使其可以平行或者垂直工作，有效地保證了機器人的工作靈活性。

3.3 智能機器人構成

智能機器人可以搭載各種設備，包括紅外熱成像儀、可見光攝像機、傾斜相機、激光雷達距離測量儀、高音喇叭等，可以對巡檢線路進行近景拍照，并將攝取的視頻和圖片回傳到控制中心，還可以對接頭位置的溫度進行測試，對交跨距離進行測量，進行三維實景模型的構建，在發現危險性較高的施工行為時會發出高音警示。智能機器人可以跨越輸電線路上間隔棒、防震錘、桿塔等，所以，智能機器人能夠完成全自動巡檢而不受到線路情況和外界環境的影響。

3.4 智能巡檢系統的搭建

智能巡線機器人利用提前設定好的軌道自動完成上線，對輸電線路的導線和桿塔進行全面的拍攝，將采集到的清晰度較高的紅外熱像、可見光以及三維立體圖片通過后臺控制中心系統進行處理，判斷出線路中存在的各種缺陷問題，在線上可以自動利用太陽能進行充電，保證了機器人的續航能力，巡檢完成以后經由預設軌道自動完成下線。

3.5 智能巡檢流程

智能機器人在開始進行線路巡檢以前要提前做好各項準備工作。（1）要進行設備的裝配，并對機器人各個部件進行全面檢查，將機器人的電源打開，使其自動完成系統檢查，然后利用提前設定好的軌道提升機器人上線，將機器人的行走輪安裝在導軌上，使其直接行進到架空地線上。（2）進行巡檢規劃的設置，并進行機器人巡檢線路的選擇，設置好開始和結束的桿塔以及巡視檢查的模式，可以進行人工操作巡檢，也可以進行自動巡檢。利用太陽能進行自動充電，當機器人電池電量過低時，可以自動行進到充電設備的位置，對接充電頭后開始自動充電，在控制中心內可以對充電參數進行設置。機器人完成既定的巡檢任務以后，可以通過預設軌道或者人力方式下線，安排專門的人員進行維護和保養。巡檢過程中收集到的數據可以實時傳送到后臺控制中心內，機器人下線后可以取出存儲卡并進行數據的拷貝，技術人員負責對數據進行整理和分析，并進行巡檢報告的編制。

3.6 數據分析和處理

有關人員要依據圖像命名規則對巡檢收集到的圖像進行類別劃分，并依據巡檢目標的不同對其進行定位。在機器人進行可見光照片和紅外照片的拍攝前，要對運行數據庫文件進行查詢，確定機器人的具體位置、運行反向、拍攝時間等信息，然后依據這一信息以及機器人巡視檢查使用的設備和設定的流程進行圖像說明。

3.7 巡檢結果分析

巡檢報告：進行類別劃分以后的圖像主要依靠人工進行處理和分析，對圖片進行全面的瀏覽，并對缺陷位置進行清晰的標注，對存在缺陷的圖片進行重新的命名，然后對缺陷進行統計，并進行巡檢報告的編寫。報告的內容主要包括缺陷的詳細描述、缺陷的危險等級劃分以及處理意見，并巡檢照片、紅外溫度測量照片、激光掃描距離測量報告等附加在后面。

巡檢數據庫：構建起數據庫系統，對每次線路巡檢收集到的圖像、紅外數據、巡檢報告等進行記錄，從而對每次巡檢的狀態進行直觀的比較，為后續進行巡檢和維修策略的制定提供依據。

3.8 智能機器人巡檢與人工巡檢的比較

智能機器人中配備了紅外云臺熱成像儀、可見光云臺攝像機、激光掃描等各種設備，可以以較近的視角對線路進行觀察，具有測量精度高、巡檢效率高等優勢。同時，還可以將線路巡檢收集到的視頻、圖片等數據通過無線傳輸網絡傳輸到地面基站，方便技術人員及時地發現線路中的各種缺陷問題以及環境隱患等，使巡檢結果的獲取更加快速和準確。智能機器人巡檢模式相較于人工巡檢，在巡檢的結果、巡檢數據的管理、影像資料的再次查詢等方面都具有顯著的優勢，促進了電網企業管理的智能化和高效化。

4 結語

當前電網智能化的進程不斷加快，已經成為我們國家重要的戰略部署。通過智能巡線機器人的應用，可以有效地彌補人工巡線中的各種不足，使工作人員擺脫惡劣的工作環境，促進巡檢工作安全性的提高。相較于人工巡檢模式，智能巡線機器人不但能保證輸電線路運行的穩定和安全，還可以更加快速高效地完成巡檢任務，是進行智能電網建設的重要措施。