張卓成

【摘 ?要】本文首先闡述了無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢中的優(yōu)勢(shì)，接著分析了輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后對(duì)無(wú)人機(jī)線路巡檢展望進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī);輸電線路;智能巡檢

引言

因輸電線路地形復(fù)雜且自然環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的人工巡檢模式已經(jīng)難以滿足運(yùn)維精益化管理的現(xiàn)實(shí)需求，故本文將構(gòu)建基于無(wú)人機(jī)的輸電線路智能巡檢系統(tǒng)，其可以日夜兼程地在果園、魚塘、高速公路、工廠、農(nóng)田等巡檢人員難以達(dá)到的線路區(qū)段內(nèi)進(jìn)行高頻次數(shù)據(jù)采集，通過(guò)無(wú)線方式回傳到地面終端，經(jīng)數(shù)據(jù)的整理分析后實(shí)現(xiàn)輸電線路缺陷巡檢的“零死角”。

1 無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢中的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)是近年來(lái)新興的一項(xiàng)技術(shù)，在諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于輸電線路巡視檢查而言，無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.1 可有效降低巡檢成本

我國(guó)有很多輸電線路架設(shè)在人跡罕至的地區(qū)，傳統(tǒng)的人工巡檢方式想要涉及這些區(qū)域有一定的難度，為滿足工作需要，常常會(huì)使用較長(zhǎng)的高空架線，由此使得巡檢成本隨之增大。而無(wú)人機(jī)并不會(huì)受到地形的限制，在有效的飛行距離內(nèi)，作業(yè)人員只要操控?zé)o人機(jī)便可從不同的角度對(duì)輸電線路上的設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，減輕了人員的工作量，相關(guān)費(fèi)用也隨之降低。此外，由于巡檢人員無(wú)需親臨現(xiàn)場(chǎng)，從而使得作業(yè)安全性得到可靠保障，避免了安全事故的發(fā)生。

1.2 可縮短巡檢時(shí)間

無(wú)人機(jī)基本不會(huì)受自然環(huán)境和氣候條件等因素的影響，在可能發(fā)生自然災(zāi)害的地區(qū)利用無(wú)人機(jī)對(duì)輸電線路進(jìn)行巡檢，可以在較短的時(shí)間內(nèi)順利完成任務(wù)。無(wú)人機(jī)具備快速巡檢的能力，通過(guò)在指定位置進(jìn)行懸停，可檢查線路上的設(shè)備，確定缺陷，并對(duì)巡檢結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)回傳，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)較少。此外，無(wú)人機(jī)巡檢前基本不需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的準(zhǔn)備，大部分無(wú)人機(jī)在90s以內(nèi)便可起飛，當(dāng)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的線路巡檢完成后，可以快速轉(zhuǎn)移至下個(gè)區(qū)域，有效縮短了輸電線路的巡視檢查時(shí)間。

1.3 巡檢更全面

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其功能日漸強(qiáng)大，通過(guò)搭載不同的平臺(tái)和系統(tǒng)，可以使無(wú)人機(jī)具有更多的功能，如設(shè)備缺陷快速查找、故障定位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等等。由此使得無(wú)人機(jī)的巡檢更加全面，線路的跳閘次數(shù)和停電時(shí)長(zhǎng)隨之減少，確保了整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，給供電可靠性提供了有效保障

2 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的總體架構(gòu)

系統(tǒng)整體上由地面巡檢系統(tǒng)平臺(tái)、任務(wù)載荷設(shè)備及無(wú)人機(jī)平臺(tái)等三個(gè)部分構(gòu)成，其中地面巡檢系統(tǒng)平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)控和航拍圖像等進(jìn)行回傳，并實(shí)時(shí)傳輸和監(jiān)控?zé)o人機(jī)飛行、巡檢數(shù)據(jù)及各類控制命令;任務(wù)載荷設(shè)備包含紅外測(cè)溫儀、高清數(shù)碼相機(jī)、圖傳、GPS、云臺(tái)（搭載高清數(shù)碼相機(jī)的可視范圍，要求俯仰角為-90°～+30°，水平角為-180°～+180°）及各類傳感器，還可以根據(jù)輸電線路的實(shí)際巡檢需求來(lái)加載更多的巡檢設(shè)備;無(wú)人機(jī)平臺(tái)包含無(wú)人機(jī)集體、電氣系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)及其他確保無(wú)人機(jī)正常運(yùn)行的部件。圖1為系統(tǒng)的總體架構(gòu)，該系統(tǒng)整體上由安全防護(hù)、硬件設(shè)備、業(yè)務(wù)支撐及具體應(yīng)用等四個(gè)分支構(gòu)成，各部分的作用如表1所示。

2.2 輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的功能劃分

2.2.1 輸電線路狀態(tài)可視化模塊的規(guī)劃

輸電線路狀態(tài)可視化模塊的功能主要包含如下幾個(gè)方面：第一，輸電線路狀態(tài)的全景展示。通過(guò)視頻拼接和圖像拼接技術(shù)，輸電線路的全屏圖將在地面巡檢系統(tǒng)平臺(tái)上向操作人員進(jìn)行全方位展示;第二，輸電線路狀態(tài)的三維可視化展示。通過(guò)RS、虛擬實(shí)現(xiàn)及GIS技術(shù)，DEM、影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)及LIDAR數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)將在系統(tǒng)被集成處理，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的空間分析、功能設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)瀏覽、需求拓展及三維渲染功能，從而使輸電線路及走廊的相關(guān)信息在地面巡檢系統(tǒng)平臺(tái)上向操作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)展示;第三，無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示。將無(wú)人機(jī)在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲取的實(shí)時(shí)巡檢數(shù)據(jù)傳遞給技術(shù)支撐系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)的巡檢數(shù)據(jù)將在地面巡檢系統(tǒng)平臺(tái)上向操作人員進(jìn)行全方位展示;第四，無(wú)人機(jī)飛行軌跡的實(shí)時(shí)展示。將無(wú)人機(jī)的飛行軌跡實(shí)時(shí)傳遞給技術(shù)支撐系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)的飛行軌跡和位置信息將在地面巡檢系統(tǒng)平臺(tái)上向操作人員進(jìn)行全方位展示，并可在地理地圖上進(jìn)行疊加。

2.2.2 輸電線路狀態(tài)分析模塊的規(guī)劃

輸電線路狀態(tài)分析模塊的功能主要包含如下方面：對(duì)太陽(yáng)無(wú)人機(jī)的巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行缺陷智能識(shí)別分析（包含放電點(diǎn)檢測(cè)、異常發(fā)熱點(diǎn)檢測(cè)等），將輸電線路及其設(shè)備的缺陷及時(shí)在地面巡檢系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行展示，以便運(yùn)維檢修人員采取必要的處理措施;對(duì)太陽(yáng)無(wú)人機(jī)巡檢所獲取的相關(guān)缺陷數(shù)據(jù)（如班組、時(shí)間等）進(jìn)行人工識(shí)別，并能夠進(jìn)行缺陷的人工查詢和統(tǒng)計(jì)分析。

2.2.3 輸電線路運(yùn)行隱患分析模塊的規(guī)劃

輸電線路運(yùn)行隱患分析模塊的功能主要包含如下方面：通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)的智能識(shí)別分析，對(duì)諸如地質(zhì)變化、違章建筑等外部隱患進(jìn)行檢測(cè)分析;通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分類及統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)外部隱患的智能預(yù)警及輔助決策。

2.2.4 無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)管理模塊的規(guī)劃

無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)管理涵蓋無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)任務(wù)從申請(qǐng)、審批到最終完成的整個(gè)過(guò)程，主要內(nèi)容包含無(wú)人機(jī)飛行方案的制定和審批、無(wú)人機(jī)檢修維護(hù)管理、無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)申請(qǐng)及皮膚管理、無(wú)人機(jī)巡檢資料移交管理、無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)處理及飛行報(bào)告編制、無(wú)人機(jī)巡檢設(shè)備準(zhǔn)備管理等。

3 無(wú)人機(jī)線路巡檢展望

無(wú)人機(jī)線路巡檢與人工線路巡檢、直升機(jī)線路巡檢相比有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是我國(guó)高壓輸電線布設(shè)的特殊性，造成了巡檢地形復(fù)雜、變化多樣，高山、樹林、建筑等障礙物較多，給無(wú)人機(jī)線路巡檢帶來(lái)了很多的挑戰(zhàn)，因此無(wú)人機(jī)線路巡檢路徑規(guī)劃對(duì)于節(jié)約能源、提高巡檢效率有直接的影響。同時(shí)，由于無(wú)人機(jī)自身?xiàng)l件限制（如飛行高度、可控范圍、電量、飛行距離等）無(wú)法完成線路巡檢的所有巡檢任務(wù)，因此制定合理、完善的巡檢任務(wù)對(duì)于無(wú)人機(jī)巡檢有著重要作用。隨著控制技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，為無(wú)人機(jī)全自主線路巡檢提供了可能，各種無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)也讓無(wú)人機(jī)的發(fā)展變得更加專業(yè)化和智能化，加上檢測(cè)儀器的小型化、微型化，使得無(wú)人機(jī)上可攜帶更多的檢測(cè)儀器。這些對(duì)于提高線路巡檢效率、精確度具有重要作用。無(wú)人機(jī)線路巡檢在我國(guó)的起步較晚，要完全自主地進(jìn)行線路巡檢還有待技術(shù)上的突破。如無(wú)人機(jī)按照既定的巡檢任務(wù)，通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置可自主起飛、巡線、返航;按照輸電線路的布設(shè)，全自動(dòng)線路巡檢;全自動(dòng)避障功能;遇到突發(fā)事故（大風(fēng)、雷電、下雨）時(shí)的緊急返程功能;長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離、大范圍的線路巡檢;簡(jiǎn)單、方便的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高速、準(zhǔn)確、有效的數(shù)據(jù)通信功能。

結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)人工巡檢方式需要巡檢人員登塔進(jìn)行故障點(diǎn)的找尋，不少輸電線路的平均查線時(shí)間在9小時(shí)以上，而本系統(tǒng)則可以在2小時(shí)內(nèi)完成故障點(diǎn)的查找工作，節(jié)約大量的人力物力。此外，在環(huán)境惡劣的大江大河及山區(qū)等地開展輸電線路人工巡檢是非常困難的，例如桿塔金具缺陷由于視角限制難以發(fā)現(xiàn)，而本系統(tǒng)可以消除人工巡檢所存在的視覺盲點(diǎn)，并可通過(guò)搭載超聲波測(cè)距裝置來(lái)對(duì)線下樹障及施工鉆越點(diǎn)對(duì)導(dǎo)線凈空距離數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，為故障清除工作提供數(shù)據(jù)支撐。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司無(wú)錫供電分公司）