基于無人機(jī)的輸電線路巡視系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周書軍+邢書理+劉杰

摘要當(dāng)前國家已經(jīng)把建設(shè)智能電網(wǎng)提升到國家的戰(zhàn)略層面，因此，必須加快輸電線路的智能化管理。現(xiàn)如今，我國的不少地區(qū)所使用的巡檢手段依然是人工檢查，這根本無法滿足現(xiàn)在電力事業(yè)快速發(fā)展的需求。而無人機(jī)逐漸從軍事領(lǐng)域擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，開始廣泛應(yīng)用于輸電線路的巡查和架設(shè)線路。本文將詳細(xì)分析六旋翼無人機(jī)的輸電線路巡視系統(tǒng)設(shè)計(jì)與具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞無人機(jī)；輸電線路；巡視系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

隨著無人機(jī)在民事領(lǐng)域的應(yīng)用，它被應(yīng)用在輸電線路領(lǐng)域，不僅可以對輸電線路進(jìn)行巡查而且也可以架設(shè)線路。無人機(jī)巡檢可以完成很多項(xiàng)目，比如桿塔、絕緣子等部件的明顯故障，而且也可以對線路附近的房屋、塔基附近的地形變化等進(jìn)行檢測，另外還可以發(fā)現(xiàn)標(biāo)識牌是否處于完好狀態(tài)，鐵塔的塔材是否丟失，以及是否有異物等。相比較四旋翼無人機(jī)而言，六旋翼無人機(jī)具有更多的優(yōu)勢，本文以六旋翼無人機(jī)為例進(jìn)行詳細(xì)分析。

1六旋翼無人機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢

六旋翼無人機(jī)的旋翼機(jī)械結(jié)構(gòu)相對而言比較簡單，它可以有效承載增加的回轉(zhuǎn)效應(yīng)。六旋翼無人機(jī)的六個旋翼具有完全對稱的特點(diǎn)。當(dāng)它對角線上的兩個旋翼旋轉(zhuǎn)的方向正好相反的時候就會將他們旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的扭力矩抵消，這樣就可以不用像是傳統(tǒng)的無人機(jī)一樣，用尾翼來補(bǔ)償主旋翼的扭力矩，使旋翼的利用效率得到了進(jìn)一步的提高。這些都說明六旋翼無人機(jī)具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢和很好的發(fā)展前景。

2六旋翼無人機(jī)輸電線路巡視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1六旋翼無人機(jī)飛行器的設(shè)計(jì)

飛行器本身具有多種類型，而多旋翼無人機(jī)只是其中的一種，在飛行器中不但需要GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，而且還需要POS點(diǎn)和照相機(jī)來對飛行進(jìn)行控制，旋翼無人機(jī)的三維空間控制精度和固定翼、直升機(jī)相比較高，對于四旋翼無人機(jī)，一旦其中的某個旋翼出現(xiàn)了問題，就不可以正常進(jìn)行作業(yè)，而八旋翼無人機(jī)甚至是更多旋翼的無人機(jī)，由于需要更多的動力組，所以效率自然沒有六旋翼無人機(jī)高。六旋翼無人機(jī)可以根據(jù)輸電線路GIS的坐標(biāo)地點(diǎn)，在線路的正上方進(jìn)行分型，對照相機(jī)姿態(tài)儀數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，再把圖像信息取回，將其導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)則是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2六旋翼無人機(jī)可見光設(shè)備設(shè)計(jì)

當(dāng)前六旋翼無人機(jī)的可見光設(shè)備主要是照相機(jī)和攝像機(jī)?，F(xiàn)在電器器件的體積變得越來越小，所以可見光設(shè)備也需要更加的小型化，分辨率也需要更高，同時需要安裝姿態(tài)儀，通過定點(diǎn)、定距和定時來攝像或者是拍照，再把這些拍攝到的內(nèi)容傳到地面控制系統(tǒng)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)排查隱患或者故障的目的。

2.3六旋翼無人機(jī)圖像處理軟件設(shè)計(jì)

六旋翼無人機(jī)所使用的圖像處理軟件可以處理任何帶有GPS的UAV圖像，等高線、DSM等。還可以對多個數(shù)據(jù)集進(jìn)行簡易的管理，進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)。矯正六旋翼無人機(jī)拍攝的圖片，將其拍攝的圖片都處于同一水平面上，而且每張圖片的中心線路和輸電線路的中心線路保持一致，最后建立起對比數(shù)據(jù)庫。

2.4六旋翼無人機(jī)終端服務(wù)器設(shè)計(jì)

無人機(jī)的終端服務(wù)器最主要的功能就是保存對比基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，通過對拍攝的照片數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而建立起各種故障點(diǎn)的模型軟件，對故障點(diǎn)進(jìn)行分類和排數(shù)，最后將一些疑似出現(xiàn)故障的點(diǎn)錄入到文件夾中。到處POS和GPS數(shù)據(jù)，這樣相關(guān)的技術(shù)人員就可以發(fā)現(xiàn)一些疑似故障的點(diǎn)進(jìn)行排查，進(jìn)而更加準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)輸電線路中存在的安全隱患。

2.5巡檢方案的設(shè)計(jì)

針對輸電線路巡檢的具體要求，從絕緣子、金屬部件、桿塔和線路等方面的影響采集入手，本系統(tǒng)主要采用自主飛行和手動控制相結(jié)合的巡檢方案，通過機(jī)載影像設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的顯示。

2.6巡檢管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

巡檢管理系統(tǒng)包含了多方面的功能，比如對巡線任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，分析巡線結(jié)果、對拍攝的圖像和影像進(jìn)行處理、查詢巡線的相關(guān)信息，對得到的結(jié)果進(jìn)行展示等。通過無人機(jī)來巡視使巡線作業(yè)的流程變得更加標(biāo)準(zhǔn)，確保最終得到的結(jié)果信息完整性以及獲取信息的便利性，使用戶使用無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)的效率大大提高。

2.7巡檢系統(tǒng)的具體實(shí)施步驟

1）自主飛行航跡點(diǎn)是需要根據(jù)桿塔的GPS坐標(biāo)信息以及其周圍的環(huán)境情況進(jìn)行設(shè)定的，而航路的選擇則是需要考慮到桿塔線路和飛行器之間的安全距離、影像設(shè)備的聚焦功能等。每一個航跡點(diǎn)上都可以預(yù)設(shè)停留的時間，如果到達(dá)了相對重要的航跡點(diǎn)可以進(jìn)行懸停拍攝。當(dāng)飛行器到達(dá)預(yù)設(shè)的航跡點(diǎn)時，可以通過控制模式來將其轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩涌刂颇Ｊ?，這樣可以進(jìn)行全面詳細(xì)的影像拍攝。2）機(jī)載圖像會通過地面的圖像監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的顯示，而且還可以對圖像的優(yōu)劣以及飛行器的拍攝角度進(jìn)行配短。結(jié)合地面飛行器的參數(shù)對飛行器的軌跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，地面的相關(guān)管理人員可以以拍攝到的圖片為參考依據(jù)，對飛行器的航跡點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，而且還可以優(yōu)化飛行器的三維坐標(biāo)、云臺俯仰角度等。

3六旋翼無人機(jī)輸電線路巡視系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用成果

六旋翼無人機(jī)由于自身具備的各種優(yōu)勢，有著十分良好的發(fā)展前景，它不但可以實(shí)現(xiàn)對輸電線路的巡查而且也可以在架設(shè)輸電線路的過程中起到重要作用。

3.1六旋翼無人機(jī)在架設(shè)輸電線路中的應(yīng)用

2015年6月安徽省滁州市京滬鐵路路段，電力施工的相關(guān)工作人員在放線之前對六旋翼無人機(jī)進(jìn)行調(diào)試。根據(jù)相關(guān)了解，這次是安徽省在不影響鐵路列車正常運(yùn)行的情況下使用六旋翼無人機(jī)開展袈裟輸電線路作業(yè)，這樣可以保障施工不影響列車的正點(diǎn)運(yùn)行。因此六旋翼無人機(jī)在架設(shè)輸電線路中也有很大的應(yīng)用價值。

近年，梧州市供電局輸電管理所首次使用六旋翼無人機(jī)巡視輸電線路，這標(biāo)志著其正式開始無人機(jī)巡視作業(yè)，如圖2所示。

據(jù)輸電所負(fù)責(zé)人介紹，與過去人工攀爬的檢查方式不同的是，六旋翼無人機(jī)可以輕松到達(dá)距離地面100多米高的鐵塔上方，利用高清相機(jī)實(shí)行全方位、多角度實(shí)時觀測和高清拍攝，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的故障查巡。還可對線路中有可能存在的隱性或潛在的缺陷隱患進(jìn)行定點(diǎn)排查，及時掌握高壓輸電線路設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。此次采用無人機(jī)巡檢線路，大大提高了線路巡視的效率。

隨著此次六旋翼無人機(jī)巡線工作的開展，梧州供電局輸電所負(fù)責(zé)人表示，2016年輸電所將大力推廣無人機(jī)和人工巡檢相互協(xié)同的輸電線路新型巡檢模式，無人機(jī)將大規(guī)模運(yùn)用到電力線路巡檢中，對電力線路進(jìn)行全方位、立體式巡查。同時開展相關(guān)培訓(xùn)，推動無人機(jī)巡檢工作常態(tài)化，制定日常飛行工作計(jì)劃，對重要輸電線路開展定期飛行巡視工作，使無人機(jī)更好地應(yīng)用在輸電線路巡視工作中，為線路的安全運(yùn)行提供保障。

4結(jié)論

六旋翼無人機(jī)輸電線路巡視系統(tǒng)可以獲取到高質(zhì)量的影像，它還具有其他的功能：第一，實(shí)現(xiàn)低電壓保護(hù)的目的，如果飛行器的電壓達(dá)到了預(yù)設(shè)的安全電壓時，地面控制系統(tǒng)就會發(fā)出指令使其自動返航；第二，進(jìn)行失控保護(hù)，如果飛行器因?yàn)橐馔庠驘o法接受地面信號，它將自主返航降落；第三，結(jié)合上一次巡航的效果對相關(guān)的航路和航跡點(diǎn)進(jìn)行保存，為下一次提供參考依據(jù)。endprint