梁大合

（中國鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司熱電廠，廣西 平果 531400）

1 某集團公司輸電線路無人機巡檢概況

項目整體上為某集團公司下屬分公司提供輸電線路巡線服務能力，具體建設內(nèi)容包括輸電線路數(shù)據(jù)采集、輸電線路三維可視化、系統(tǒng)功能模塊設計研發(fā)、系統(tǒng)部署實施并為某集團公司下屬分公司提供專業(yè)的保障服務。

該分公司熱電廠主要負責高壓輸供電，巡線、維護檢查均通過人工進行，其中電力部分巡檢部位在人跡難至的地方，只能通過望遠鏡等巡檢，不僅人力成本高、員工勞動強度大，而且存在隱患發(fā)現(xiàn)不及時和員工野外作業(yè)的安全風險。無人機巡檢電力作業(yè)是國家電網(wǎng)保障輸電線路可靠穩(wěn)定正常運行的重要安全基礎。而無人機網(wǎng)絡巡檢則作為在信息時代一個新興起式的無線巡檢技術，且可不受其他環(huán)境因素影響的影響就可進行多方位、多角度快速完成無線巡檢安全作業(yè)，因而在工程實際現(xiàn)場應用實踐中使用也逐步得到了一線巡檢工作人員的廣泛認可。

2 系統(tǒng)組成

2.1 無人機平臺

無人機巡檢遙控應用，目前在我國實際市場情況比較普遍，我國常見或使用的民用遙控無人機設備類型主要是無人遙控駕駛民用直升機，與現(xiàn)在國內(nèi)的傳統(tǒng)無人遙控駕駛形式飛機上操作的遙控，民用直升機結構特點極為相似，區(qū)別點表現(xiàn)為無人遙控駕駛工作人員一般只憑可實現(xiàn)遙控設備對其駕駛飛機進行遠程和自動遠程操控，設備體積尺寸明顯偏大，由多個相對獨立主旋翼系統(tǒng)所綜合構成，可進行高機動遠航程任務和無人機的高速精細巡查任務等空中作業(yè)[1]。

2.2 數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

無人機平臺系統(tǒng)的結構設計和主要工作目的，是為了實現(xiàn)能夠綜合搭載使用各種機載傳感器、POS、穩(wěn)定飛行平臺、避障及著陸輔助系統(tǒng)裝備等機載各類系統(tǒng)機械設備。具體產(chǎn)品結構分類如下：①傳感器，如紅外及夜視紅外成像、激光紅外掃描、光學夜視成像相機、野外成像儀系統(tǒng)等傳感器產(chǎn)品；②POS，可支持實時數(shù)據(jù)幫助機場相關工作指揮人員對無人機設備的具體位置信息等進行精確的測定，提高了系統(tǒng)設備系統(tǒng)安全及飛行的狀態(tài)穩(wěn)定性，從而就能有力保障獲得了飛行最終判定結果的無人機實時監(jiān)測成像及信息、質(zhì)量、安全系統(tǒng)、安全可靠性；③避障自動識別雷達系統(tǒng)，通過機載雷達傳感器系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對保障設備及飛行活動路線系統(tǒng)設計，規(guī)避產(chǎn)生影響的低空各類危險障礙物，位置動態(tài)變化過程進行更為全面準確且快速跟蹤定位或跟蹤探測，以有效實現(xiàn)空中安全飛行服務保障，工作過程系統(tǒng)運行中任何具有潛在安全隱患的安全風險因素自動規(guī)避[2]。

2.3 地面測控站

主要業(yè)務功能簡述如下：①輔助現(xiàn)場工作維護人員對無人機飛行器的日常飛行活動狀態(tài)數(shù)據(jù)進行全天候?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測管理和飛行操作的控制數(shù)據(jù)處理；②控制各種傳感器設備對數(shù)據(jù)或信息資源的有效獲取和方式轉(zhuǎn)換；③為無人機進行空中領航。

2.4 數(shù)據(jù)通信鏈

通常應包括機載中的各種信號的接收天線和地面信號接收發(fā)射系統(tǒng)設備、地面雷達測控發(fā)射站網(wǎng)中的各類信號天線接收設施和雷達信號接收發(fā)射裝置設備、通信鏈路中繼接收設備系統(tǒng)等。主要作用是為保障無人機設備系統(tǒng)與地面雷達測控基準站網(wǎng)之間的空中數(shù)據(jù)傳送通信網(wǎng)絡的高可靠性。

2.5 建設目標

測控地區(qū)控制航線的目標在于保證任務能夠順利完工，根據(jù)區(qū)域編制網(wǎng)址網(wǎng)絡，建立專用的信號坐標，確保無人機執(zhí)行任務階段可以清楚感知其具體位置，對于路線核實具有重要作用。在測控工作不斷開展的過程中，與常規(guī)探測的環(huán)境不同，會受到惡劣天氣的影響。無人機遙感技術可以保證惡劣天氣下勘測的準確性，根據(jù)測控的需求對地形高程進行有效控制，確保測控范圍實現(xiàn)全覆蓋。航線確定后可以明確具體航行高度，確?？睖y數(shù)據(jù)與實際影像重合，減少測控誤差，保障測控的精準性。

利用系統(tǒng)，可以做到整個戶外巡線的無死角巡檢，大幅提升巡檢范圍和巡檢頻次；而且通過無人機定時、定線路自動巡檢，實現(xiàn)無人自動巡檢。能大幅提高巡檢效率、質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)電氣線路隱患，降低人力成本和消除安全風險。

基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)安全保障，實現(xiàn)廠區(qū)數(shù)據(jù)不出園，提供園區(qū)邊緣計算系統(tǒng)服務能力；實現(xiàn)應用的本地訪問能力。

3 無人機巡檢的關鍵技術分析

項目具體建設內(nèi)容包括輸電線路數(shù)據(jù)采集、輸電線路三維可視化、系統(tǒng)功能模塊設計研發(fā)、系統(tǒng)部署實施并為甲方提供專業(yè)的保障服務。其中所需提供的服務內(nèi)容如下。

3.1 輸電線路數(shù)據(jù)無人機采集

利用無人機開展熱電廠架空輸電線路激光點云數(shù)據(jù)采集，一共完成13 條架空線路數(shù)據(jù)，共計340 余基塔。分別是：平鋁Ⅰ回、平鋁Ⅱ回、礦山35kV-1、礦山35kV-1T 接、礦山35kV-Ⅱ、礦山35kV 聯(lián)絡線、303 線路、304 線路、水源1 線、水源2 線、化工氣保線、赤泥Ⅰ期、赤泥Ⅲ期。數(shù)據(jù)成果主要是13 條架空輸電線路的激光點云原始數(shù)據(jù)、桿塔臺賬數(shù)據(jù)、線路臺賬數(shù)據(jù)等。架空輸電線路的激光點云數(shù)據(jù)輕量化處理，主要包括桿塔模型輕量化、導線輕量化、植被輕量化處理。

3.2 無人機管控巡檢平臺

搭建無人機巡檢管控平臺，功能模塊包括熱電廠架空輸電線路三維可視化、智慧線路管理、設備管理、巡檢計劃管理、成果管理、系統(tǒng)設置6 大模塊。

三維可視化：將外業(yè)采集的激光點云數(shù)據(jù)，經(jīng)過內(nèi)業(yè)輕量化處理后，加載到平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速瀏覽、加載，可對數(shù)據(jù)進行查看等操作[3]。

智慧線路管理：支持對輸電線路、桿塔單元和線路缺陷進行管理。

設備管理：本模塊管理無人機巡檢的各個需求部分，對無人機、云臺攝像機、電池以及無人機飛手進行歸納、管理。

巡檢計劃管理：巡檢管理是對無人機或人工巡檢任務進行制定、管理、分發(fā)的綜合模塊。分為巡檢計劃功能欄和航線管理功能欄。

成果管理：實現(xiàn)對巡檢計劃產(chǎn)生的成果進行管理，包括照片、視頻、航跡。

4 無人機巡檢系統(tǒng)技術

4.1 HTML5 技術

HTML 標準第5 代版本主要有如下發(fā)展特點：首先，強化了提高了Web 網(wǎng)頁瀏覽器的表現(xiàn)及性能。其次，追加引入了支持本地數(shù)據(jù)庫的訪問等向Web 網(wǎng)頁應用擴展的一系列新功能。廣義論及HTML5 新標準時，實際指涉的內(nèi)容將僅僅是包括引入了包括HTML、CSS 語言和JavaScript 技術等在內(nèi)的另一套新技術語言的組合。能夠大幅地減少網(wǎng)頁瀏覽器中那些對于需要插件支持的豐富性網(wǎng)絡擴展和應用的擴展服務，并且還將會提供包括了更多的能實現(xiàn)更加快速有效的增強網(wǎng)絡擴展及應用的擴展功能的標準集[4]。

4.2 jQuery 技術

jQuery 是一個相當優(yōu)秀的輕量級JavaScript 框架，同時，它自身又可兼容了各種CSS3，還能同時兼容了目前各種瀏覽器框架（Opera 9.0+，IE 6.0+，Safari 2.0+，F(xiàn)F 1.5+）等等。jQuery 技術能夠幫助使用戶同時也都能更為快速和更方便高效地處理各種HTML 網(wǎng)頁和處理documents、events，實現(xiàn)各種動畫效果，并且可更加方便而高效地被用來直接為網(wǎng)站設計開發(fā)管理人員提供基于各種AJAX 應用的交互。jQuery 瀏覽器還有一個比較強大的技術優(yōu)勢那就是，文檔中的說明和內(nèi)容很全，而且能把各種應用和方法描述得非常詳細[5]。

4.3 Java 技術

Java 作為編程語言也是現(xiàn)代一門高級的面向?qū)ο缶幊陶Z言，不僅充分廣泛地吸收借鑒了包括C++語言在內(nèi)里所有的和其他的各種現(xiàn)代編程語言優(yōu)點，還同時幾乎也摒棄了那些在C++等編程語言體系里難以比較全面理解諸如多態(tài)變量的繼承、指針的映射等諸多復雜抽象概念，使得Java 語言更加具有強大的功能優(yōu)點和更易操作這兩個突出的特征[6]。

5 無人機巡檢系統(tǒng)技術方案應用

5.1 總體架構

熱電廠架空輸電線路無人機巡檢管控平臺總體架構主要分為：基礎設施層、數(shù)據(jù)存儲管理層、平臺層、應用層。

5.2 技術架構

基礎設施層：部署各類采集（控制）終端實現(xiàn)設備狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)的精準感知，邊緣物聯(lián)代理對下通過適配多類型協(xié)議，匯聚各類采集終端數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)絡、服務器設施等。

存儲層：實現(xiàn)結構化和非結構化的數(shù)據(jù)聯(lián)合存儲。

服務層：各類服務公共組件，業(yè)務服務以及基礎服務等。

接口層：對視頻、圖像、無人機等視頻圖像類終端裝置進行接入管理、數(shù)據(jù)處理、設備管理和安全管理。

應用層：以微應用方式對多源數(shù)據(jù)進行融合分析及共享，實現(xiàn)高級應用和輔助決策，支撐設備專業(yè)運行維護、缺陷管理、故障研判、搶修等業(yè)務應用的快速、靈活迭代。

5.3 技術選型原則

先進性原則：頂層設計要充分借鑒當前國內(nèi)、國際的主流技術，整體設計上要保持在同行業(yè)的適度超前。

開放性原則：頂層設計的整體架構應能夠支撐企業(yè)發(fā)展面臨的功能擴展、功能迭代變化的需求，能夠有效支撐企業(yè)業(yè)務的快速變化，而不影響基本的系統(tǒng)架構。

適用性原則：滿足企業(yè)的個性化需求。

5.4 應用的技術規(guī)范

本項目使用Java 開發(fā)平臺，數(shù)據(jù)庫采用Oracle/MySQL，應用服務器采用Weblogic/SG-UPAD 框架技術。

5.5 功能設計

電網(wǎng)巡檢中應用的無人機主要依據(jù)平臺來進行分類，其中主要包含以下幾類，分別是固定翼、大中小型的無人機（通常是電動多旋翼）。飛行速度比較快、續(xù)航時間比較長且有著極廣的作業(yè)范圍是固定翼無人機最主要的特點，而其缺點是很難實現(xiàn)定點懸停的觀測與照相，并且起降的條件也較為苛刻。現(xiàn)階段，可靠且成熟的大中型無人機較為稀缺，但是電動多旋翼的無人機因集成技術的難度比較低，所以我國此類機型的生產(chǎn)廠家相對更多，并且該類無人機有著低成本、易攜帶、高集成和易維護等優(yōu)點，缺點則為載荷偏小且巡航時長較短。因為我國配電系統(tǒng)中設備數(shù)量較多且設備之間的距離比較小，同時系統(tǒng)結構過于復雜，所以借助小型的無人直升機來進行配電網(wǎng)架空輸電線路的無人機綜合巡檢有著極為顯著的優(yōu)勢。

在巡檢架空電線路設備運行情況時，使用無人機技術以減輕巡線員工的作業(yè)負擔。通過可見光或者熱紅外等查找故障點及其他異常情況。紅外熱成像無人機技術，不損傷檢測對象即可獲取檢測對象的實時動態(tài)，可減少人工誤差，適于高溫、低溫、雨天等環(huán)境。利用無人機可見光傳感器獲得線路設備和通道的可見光影像，通過提取相應的特征和模板，從而實現(xiàn)電力線路巡檢中桿塔、導地線、絕緣子和金具狀態(tài)的自動識別和檢查。

搭建無人機調(diào)度平臺，主要通過網(wǎng)絡遠程監(jiān)控無人機的運行情況，解決現(xiàn)有的無人機只能通過現(xiàn)場來觀看無人機數(shù)據(jù)的不足。平臺具備擴展功能，可以使用在排泥庫巡庫和赤泥壩巡壩工作中。

6 結語

架空輸電線路無人機巡檢研究及應用項目建設整體上符合項目前期規(guī)劃設計內(nèi)容的需要，滿足中國鋁業(yè)公司廣西分公司熱電廠的業(yè)務需要，能夠較好地支撐熱電廠架空輸電線路巡檢業(yè)務開展，通過無人機技術能夠有效減少巡檢人員工作量，保障生產(chǎn)安全、巡檢安全。生產(chǎn)使用部門要嚴格按照操作說明進行作業(yè)，發(fā)現(xiàn)異常及時與供應商技術人員聯(lián)系，無人機巡檢屬于系統(tǒng)性的專業(yè)技術，切勿讓未經(jīng)過培訓的人員獨自操作。整合現(xiàn)有開發(fā)團隊技術能力，設立專門的用戶交互技術小組，通過有前端開發(fā)工作經(jīng)驗的開發(fā)人員帶領，形成自己的交互體驗理論，培養(yǎng)后續(xù)有此能力的人員。