基于無人機技術的變電站倒閘巡檢線路智能規劃方法

摘要：針對現有規劃方法在變電站倒閘巡檢中應用存在規劃不合理、無法有效避開障礙物或禁飛區的問題，引入無人機技術，開展變電站倒閘巡檢線路智能規劃方法研究。結合無人機技術，實現變電站倒閘巡檢標志點定位。對變電站倒閘實時點云進行分割，并重建TSDF。為確保無人機飛行安全，計算安全距離，并以此為依據完成智能巡檢線路規劃。通過對比實驗證明，新的規劃方法應用下，無人機不會與障礙物發生碰撞，且不會飛入禁飛區，順利完成巡檢工作。

關鍵詞：無人機技術倒閘線路規劃巡檢變電站

中圖分類號：TM75文獻標識碼：A

IntelligentPlanningMethodforSubstationSwitchingInspectionRouteBasedonDroneTechnology

LIWanfengSUNDian’ang

WuhuPowerSupplyCompany，StateGridAnhuiElectricPowerCo.，Ltd.，Wuhu，AnhuiProvince，241000China

Abstract：Inresponsetotheproblemsofunreasonableplanningandinabilitytoeffectivelyavoidobstaclesornoflyzonesintheapplicationofexistingplanningmethodsinsubstationswitchinginspection，dronetechnologyisintroducedtoconductresearchonintelligentplanningmethodsforsubstationswitchinginspectionroutes.Thisarticlecombinesdronetechnologytoachieve thepositioningofinspectionmarkersforsubstationswitching，segmentsreal-timepointcloudforsubstationswitchingandreconstructsTSDF.Toensurethesafetyofunmannedaerialvehicles’flight，itcalculatesthesafedistanceandusesitasabasistocompleteintelligentinspectionrouteplanning.Throughcomparativeexperiments，ithasbeenproventhatundertheapplicationofthenewplanningmethod，unmannedaerialvehicleswillnotcollidewithobstaclesandwillnotflyintothenoflyzone，successfullycompletingtheinspectionwork.

KeyWords：Dronetechnology;Switching;Routeplanning;Inspection;Substation

變電站作為電力系統的核心節點，其安全穩定運行對保障電力供應的可靠性和穩定性具有至關重要的作用。在變電站的日常運維中，倒閘巡檢是確保設備狀態良好、預防故障發生的關鍵環節。

楊恩睿等人[1]提出了，結合改進RRT的變電站巡檢機器人全局路徑規劃算法。該算法在實際應用中，具備監測范圍廣、實時性強等優勢，能夠有效彌補人工巡檢的不足。但變電站內部設備密集、空間狹小，對機器人巡檢提出了更高的技術要求。李琦等人[2]融合改進蟻群算法與動態窗口法，對變電站智能巡檢機器人路徑規劃進行了分析。通過分析得出，變電站內的電磁環境復雜，可能對機器人的運行穩定性和傳感器設備的正常工作造成干擾。除此之外，現有的巡檢方法往往缺乏智能規劃，巡檢線路和巡檢點位的確定往往依賴于巡檢人員的經驗和判斷，難以保證巡檢的全面性和針對性。

因此，本文提出一種基于無人機技術的變電站倒閘巡檢線路智能規劃方法。

1變電站倒閘巡檢標志點定位

無人機利用先進的傳感器、攝像頭和導航系統，能夠對變電站倒閘等關鍵設施進行高精度巡檢。通過搭載的高清攝像頭捕捉圖像，并運用視覺識別算法定位預設標志點。采用線性組合模型估算載波整周模糊度，該模型通過構建線性方程，將多源觀測數據與模糊度關聯起來，以提高定位精度[3]。線性組合模型計算公式為

2變電站倒閘實時點云分割與TSDF重建

本文研究了利用無人機進行變電站倒閘巡檢的智能線路規劃，特別關注了輸電線路通道中樹木等障礙物的避讓問題。通過引入RandLA-Net方法，實現了對大規模點云數據的語義推斷，提高了巡檢效率。同時，提出了一種基于截斷符號距離函數（TruncatedSignedDistanceFunction，TSDFs）快速構建歐氏符號距離函數（EuclideanSignedDistanceField，ESDFs）的方法，有效降低了計算成本，并增強了碰撞檢測功能。利用激光雷達數據構建輸電線路的體素模型，并通過3D切片和顏色編碼可視化，清晰展示了線路空間結構，提升了巡檢精度和效率。無人機在巡檢過程中能夠實時獲取并避開障礙物，通過最小化距離之和的損失函數，進一步優化了巡檢路徑。

（5）

式（5）中：表示損失函數；表示激光雷達和點云之間距離倒數；表示點云；表示點云中最近點；表示歐氏距離。

3智能巡檢線路規劃

（5）

式（5）中：表示損失函數；表示激光雷達和點云之間距離倒數；表示點云；表示點云中最近點；表示歐氏距離。

3智能巡檢線路規劃

在規劃變電站倒閘巡檢線路時，考慮到輸電線路部件的多樣性，特別選擇絕緣子作為參照目標[4-5]。通過點云分割和TSDF（截斷符號距離函數）重建技術，能夠準確地獲取每個目標絕緣子的中心點坐標。同時，為確保無人機巡檢飛行安全，按照下述公式計算安全距離：

4對比實驗

本文提出了一種基于無人機技術的變電站倒閘巡檢線路智能規劃方法，并與基于蟻群算法的A組和基于改進RRT的B組規劃方法進行對比。實驗選取了具有8.22km長度的同塔雙回線路區域，其中，一路運行，另一路檢修，設置了10個巡檢標志點。無人機巡檢示意圖如圖2所示。

生成并對比三種方法的巡檢線路，以評估其規劃效果。實驗區域在坐標系中的位置如圖3所示。

在規劃巡檢線路時，需考慮地形和障礙物，如圖3所示的5個障礙物A至E及2個禁飛區F和G。規劃原則是確保無人機安全高效巡檢，避免碰撞。為此，3種規劃方法生成的線路（如圖4所示）需精確高效地考慮所有飛行路徑和風險。

圖4展示了三種不同的變電站倒閘巡檢線路規劃方法。實驗組方法規劃的線路高效且安全，巧妙避開所有障礙物和禁飛區，確保了巡檢的安全性和可靠性。A組方法雖然也能避免碰撞，但其線路長度較長，導致巡檢效率降低，可能增加成本和影響變電站運行。B組方法的線路錯誤地覆蓋了禁飛區，存在嚴重的安全風險，不適用于巡檢。這些差異突顯了不同規劃方法的優劣，為未來優化巡檢規劃提供了實踐參考，以提升效率和安全性。

5結語

本文提出的基于無人機技術的變電站倒閘巡檢線路智能規劃方法，為變電站的運維管理提供了一種新的解決方案。該方法不僅提高了巡檢的效率和準確性，還降低了巡檢人員的工作量和安全風險。隨著無人機技術的不斷發展和完善，相信該方法將在未來的變電站運維管理中發揮越來越重要的作用。同時，也期待更多的研究者和工程師能夠加入這個領域，共同推動無人機技術在電力行業的深入應用和發展。

參考文獻

[1]楊恩睿，王志強，孫曉.基于改進RRT的變電站巡檢機器人全局路徑規劃算法[J].自動化應用，2024，65（7）：42-45.

[2]李琦，陳小龍，洪汛.融合改進蟻群算法與動態窗口法的變電站智能巡檢機器人路徑規劃分析[J].自動化與儀器儀表，2023（12）：187-191.

[3]易仕琪，孔政敏，王帥，等.基于泛化強化學習的變電站巡檢機器人路徑規劃研究[J].廣東電力，2023，36（11）：114-121.

[4]王強.變電站智能巡檢機器人的全局路徑規劃設計[J].集成電路應用，2023，40（11）：292-293.

[5]劉云飛，楊旭，羅晨瑀，等.基于蟻群算法的變電站巡檢機器人全局路徑規劃研究[J].自動化應用，2023，64（9）：9-10，13.