基于多無人機協同的輸變配一體化巡檢策略研究

張德帥 王澤躍 臧博琦

摘??要：為提高輸變電設備智能化運維質效，充分利用架空輸電線路“自主巡檢”“機巢”建設成果，通過分析無人機自主巡檢工作痛點、難點，提出了一種基于多無人機協同的輸變配一體化智能巡檢策略。此方案充分考慮輸變配一體化巡檢后設備體量的指數增長情況，從多無人機巡視任務與航線規劃、同空域多無人機巡檢安全性、現場設備變化后航線調整工作量及缺陷分析等角度出發探索解決方案。方案落地后，可以將一線人員從繁重的巡視工作中脫離出來，提高巡視作業智能化、自動化程度。同時可以大幅度提高巡檢資源利用率，精細化管理輸變配設備缺陷、隱患，極大程度助力輸變配設備風險評估和狀態評估工作，對提升智能化運檢水平、提高主網運行可靠性具有十分重要的現實意義。

關鍵詞：輸變配一體化巡檢??多無人機協同作業??“立體巡檢”運維新模式??風險評估

中圖分類號：TM755

Research?on?the?Integrated?Inspection?Strategy?of?Transmission，?Transformation?and?Distribution?Based?on?Multi-UAV?Collaboration

ZHANG?Deshuai??WANG?Zeyue??ZANG?Boqi

（Chengxi?Power?Supply?Branch，?State?Grid?Tianjin?Electric?Power?Company，?Tianjin，??300113?China）

Abstract：?In?order?to?improve?the?quality?and?efficiency?of?the?intelligent?operation?and?maintenance?of?power?transmission?and?transformation?equipment，?and?make?full?use?of?the?construction?results?of?the?"autonomous?inspection"?and?"nest"?of?overhead?transmission?lines，?this?paper?analyzes?the?pain?points?and?difficulties?of?the?autonomous?inspection?of?UAVs，?and?proposes?an?integrated?intelligent?inspection?strategy?of?transmission，?transformation?and?distribution?based?on?multi-UAV?collaboration.?The?solution?fully?considers?the?exponential?growth?of?equipment?volume?after?the?integrated?inspection?of?transmission，?transformation?and?distribution，?and?explores?solutions?from?the?perspectives?of?multi-UAV?patrol?tasks?and?route?planning，?multi-UAV?inspection?safety?in?the?same?airspace，?and?route?adjustment?workload?and?defect?analysis?after?on-site?equipment?changes.?After?the?solution?is?implemented，?it?can?separate?the?front-line?personnel?from?heavy?inspection?work，?so?as?to?improve?the?degree?of?the?intelligence?and?automation?of?inspection?operation，?and?it?can?also?greatly?improve?the?utilization?rate?of?inspection?resources?and?refine?the?management?of?the?defects?and?hidden?dangers?of?transmission，?transformation?and?distribution?equipment，?so?as?to?greatly?help?the?risk?assessment?and?status?assessment?of?transmission，?transformation?and?distribution?equipment，?which?is?of?great?practical?significance?for?improving?the?intelligent?operation?and?inspection?level?and?improving?the?operational?reliability?of?the?main?network.

Key?Words：?Integrated?inspection?of?transmission，?transformation?and?distribution;?Multi-UAV?collaborative?operation;?New?operation?and?maintenance?model?of?"three-dimensional?inspection";?Risk?assessment

1??研發背景

隨著電網的快速發展，輸變配設備的規模大幅度增長，電網設備的運行風險和壓力與日俱增，一線運維人員承載力不足、設備運維智能化水平低的問題難以適應電網高速發展和安全運行要求。變電站多為無人值守變電站，運維人員管轄范圍較大，且由于巡視手段、巡視精度局限，存在大量巡視盲區。輸配電設備無人機自主巡檢工作雖然已經在很多網省公司廣泛應用，但是巡檢數據管理粗放、資源和巡檢數據未充分利用的問題日漸凸顯。

浙江麗水供電公司南城無人機管控室通過將輸變配一體化巡檢指令下達至試點機巢，成功實現了輸變配一體化巡檢的試點應用[1]。潘德泰等人[2]為了解決電網復雜背景下誤檢率高的問題，并提高巡檢效果，提出了基于計算機視覺的電網輸變配環節配電線路巡檢系統。盧峭峰等人[3]基于已成熟的車載機巢技術，運用的“巢-巢”巡檢模式，提出了一種多無人機協同智能巡檢車載機巢的設計方案。以上研究都存在一定的局限性，對輸變配設備自主巡檢工作未從技術層面展開反洗，同時未對智能化巡檢策略的數據分析與數據應用提出建設性意見。

為充分利用“自主巡檢”“機巢”成果，優化區域化輸變配設備智能化巡檢策略，充分挖掘巡檢過程數據應用價值，本文提出了一種基于多無人機協同的輸變配一體化巡檢策略。該策略針對輸變配專業運檢痛點、難點，在點云掃描、三維建模、航線規劃制定巡視航線的基礎上，探索多無人機巡視任務與航線規劃、同空域多無人機巡檢安全性、現場設備變化后航線調整工作量及缺陷分析等關鍵問題，極大地提高了無人機巡檢效率，提高了輸變配設備安全性與可靠性。

2??一體化巡檢策略在輸變配設備中的應用研究

2.1??總體設計方案

本文提出一種多無人機協同的輸變配一體化巡檢策略，利用無人機智能巡檢設備實現輸配電線路和變電設備聯合巡檢，輸配電設備以架空輸電線路本體與通道巡視為主，變電設備以站內門架、室外變壓器等設備為主，采用可見光+紅外巡視模式[4]。輸變配一體化巡檢作業覆蓋范圍采用固定機巢或移動機巢為中心，以5?km為半徑實施，多臺無人機協同開展作業，作業后對現場數據進行分析，一體化巡檢流程如圖1所示。

2.2??巡檢策略核心工作

2.2.1?點云數據采集、航線規劃與微調

為獲取輸變配設備三維模型，首先使用大疆M300無人機搭載L1激光雷達對全部輸變配待巡檢設備開展激光點云掃描工作，對點云數據進行處理后獲得三維模型如圖2所示。三維模型的搭建以變電站為中心，輻射周邊輸電、配電線路。

當現場設備、環境出現變化時，在巡檢可見光照片輔助下，直接對點云模型基礎上的已有航線進行微調，避免大量的、重復的點云掃描與航線重規劃工作。

2.2.2?多無人機任務分配及巡視路徑規劃

輸變配巡檢工作一體化開展后，設備體量與輸電線路自主巡檢相比將呈指數增長，以變電站為中心，為機巢內無人機進行巡視任務分配，巡視任務分配采用改進的匈牙利算法。分配結束后為每臺無人機制定巡視航線，最優航線規劃采用改進的深度優先搜索算法[5]。所規劃航線要求無人機間任務分配合理、巡視路徑最優，巡視軌跡與帶電線路保持安全距離，關鍵點位數據無遺漏，巡視過程避開障礙物。

2.2.3?數據分析及報告批量生成

一體化巡檢作業完成后，生成了大量可見光照片及紅外照片。拍攝可見光、紅外照片清晰可用，拍攝角度合、數據采集頻率合理。針對可見光照片，通過設計模式識別算法并開發軟件，可以批量分析照片中設備缺陷，并按照缺陷等級進行分類，輔助運維人員開展缺陷定級及檢修計劃安排。針對紅外照片，可使用大疆制圖軟件進行批量分析及報告生成。運檢人員可根據缺陷及報告中數據情況，合理安排檢修計劃開展消缺。考慮到現有模式識別算法在電力設備缺陷分析中的可靠性仍舊不強，大量現場照片依賴一線人員分析，軟件中開發照片對比功能，當照片間對比重合率較高時進行篩除，減少缺陷照片分析工作量。

2.2.4?巡檢過程無人機的安全性探討

輸變配一體化巡檢策略應用后，統一空域無人機數量將大幅增加，巡視航線的規劃必須考慮多無人機之間干擾導致炸機情況的出現。本策略研究無人機反制技術，對空域內非法入侵無人機進行驅離，通過規劃無人機應急航線，避免任務中不同機巢無人機之間碰撞，提高無人機巡檢安全性。

3?一體化巡檢策略的應用效果

多無人機協同的輸變配一體化巡檢策略具有實用高效、智能安全等特點。依托自主巡檢激光點云掃描、航線規劃、自主巡檢、數據分析主線，對協同巡檢工作開展過程中痛點和難點進行分析，極大提高了一線巡視效率。實現智能替代的同時，將輸變配設備有機結合，真正實現了運檢專業無人機巡檢工作的統一部署。該策略可以極大地提高輸變配設備缺陷排查效率，為后續合理開展設備狀態評價及風險分析提供原始數據。同時通過對海量點云數據進行數據挖掘，可以提高過程數據應用率，探索更多數據使用價值。一線運檢人員承載力的大幅度降低，間接支撐了核心業務自主實施等其他重要工作，有利推動了主網的安全、穩定運行[6]。

4?結語

本文提出了一種多無人機協同的輸變配一體化巡檢策略，該研究主要完成了如下幾點：

（1）使用可見光照片輔助開展巡視航線調整，在現場環境變化不大時，通過航線微調提高現場數據的可靠性；（2）對多無人機協同作業過程的巡視任務分配、航線規劃進行分析，提高無人機巡視效率；開發多無人機巡視應急航線與非法無人機反制系統，確保巡檢無人機安全性；（3）改進現有模式識別算法與巡視路徑（任務）規劃算法，提高設備缺陷識別率和運維效率，通過開發照片對比功能減少缺陷分析工作量。

無人機自主巡檢在架空輸電線路取得了良好的應用效果，極大提高了一線運維人員隱患、缺陷排查效率。隨著相關技術日臻成熟，無人機巡檢由輸電向輸變配一體化轉變成為必然趨勢。這一轉化過程伴隨著巡檢設備密度、作業無人機數量和圖像數據量的大幅度增加，本文對這些問題進行了深入討論后提供了可靠的解決思路，為運檢專業協同作業及資源有效利用做出了積極貢獻。

參考文獻

[1]洪瑜陽，王駿永.浙江麗水：成功應用無人機輸變配一體化巡檢[J].農電管理，2023（1）：7.

[2]潘德泰，李貴亮，何啟遠，等.基于計算機視覺的電網輸變配環節配電線路巡檢系統[J].電子設計工程，2023，31（17）：85-89.

[3]盧峭峰，陳昌嶺，許周，等.一種輸變電多無人機協同智能巡檢機巢的設計[J].光源與照明，2022（11）：182-184.

[4]褚忠凱.輸變電工程監管一體化管理模式應用研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2021.

[5]魏勇軍，劉璇，齊銳，等.輸變配一體化智能技術的視頻監控云平臺設計與應用[J].粘接，2023，50（11）：185-188.

[6]程曦，翟曉萌，倉敏，等.無人機低空遙感技術在輸變電工程水土保持監測中的應用[J].中國水土保持，2023（2）：50-53.