高精度無人機(jī)在變電站巡檢中的應(yīng)用

羅澤雄，劉 秀，羅志勇，熊勇良，莫滿河

（廣州優(yōu)飛信息科技有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力領(lǐng)域發(fā)展范圍不斷擴(kuò)大，電力巡檢工作也增加了許多難度。電力巡檢作為維護(hù)電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)條件，傳統(tǒng)人工巡檢和機(jī)器人巡檢都存在死角，而應(yīng)用高精度無人機(jī)能有效改善檢測效果，提升巡視效率，保障全方位的巡檢工作，提升電力系統(tǒng)運行安全性。

1 高精度無人機(jī)在變電站巡檢中的應(yīng)用優(yōu)勢與缺陷

在電力系統(tǒng)巡檢過程中利用高精度無人機(jī)，對變電站設(shè)備、架構(gòu)、避雷針等展開巡檢工作，相比傳統(tǒng)巡檢模式，無人機(jī)巡檢更加有效，但同樣存在缺陷。

1.1 應(yīng)用優(yōu)勢

（1）可進(jìn)行近距離觀察。在進(jìn)行變電站巡檢的過程中，利用高精度無人機(jī)可在高空實現(xiàn)近距離觀察拍攝，獲取架構(gòu)、避雷針等設(shè)備圖像數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行紅外測溫。在獲取數(shù)據(jù)的同時，還能自動對比分析數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中的異常情況，為管理人員制訂解決措施提供有效幫助。

（2）可消除人工巡檢死角。采用傳統(tǒng)的人工、機(jī)器人巡檢模式會在巡檢過程中出現(xiàn)一些檢查不完全的現(xiàn)象。而高精度無人機(jī)的高空巡檢范圍可以全方位覆蓋變電站架構(gòu)等一些平時巡檢檢查不到的設(shè)備。在確定好具體的檢查對象后，高精度無人機(jī)可以多角度對檢查對象拍照檢查，獲取到圖像資料，清除死角，消除傳統(tǒng)巡檢方式存在的問題。

（3）可提高巡檢效率。高精度無人機(jī)飛行速度快，機(jī)身精致，飛行十分便利?？梢栽谧冸娬狙矙z作業(yè)中根據(jù)巡視路線連續(xù)飛行檢查，縮短了巡檢時間，且巡檢效率高。

1.2 應(yīng)用缺陷

（1）容易失控。變電站中各種設(shè)備布局十分復(fù)雜，大量的電力設(shè)備會存在電磁輻射，無人機(jī)在巡視過程中會受電磁干擾，存在安全風(fēng)險。在飛行過程中，應(yīng)注意保持安全的飛行距離，避免在巡檢的過程中出現(xiàn)失控的狀況。

（2）光能轉(zhuǎn)換效率較低。高精度無人機(jī)工作需要依靠電池進(jìn)行供電，由于運行、工作時間不同，安裝的電池也有一定區(qū)別。

基于這種問題，有關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)設(shè)出了高精度無人機(jī)接觸式自主充電技術(shù)，利用無人機(jī)機(jī)身與充電接口進(jìn)行定位，用激光定位為兩邊的接頭定位，這樣在接觸時就能實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。另外，高精度無人機(jī)還能用光能的方式進(jìn)行充電，光能充電技術(shù)成本低，技術(shù)水平發(fā)展更成熟，但是缺點是光能轉(zhuǎn)換效率較低，需要在充電的階段不斷調(diào)整，方便高精度無人機(jī)一邊移動一邊完成充電工作。

2 高精度無人機(jī)在變電站巡檢中的應(yīng)用

國內(nèi)變電站巡檢工作中應(yīng)用高精度無人機(jī)技術(shù)年限較晚，應(yīng)用時間也不長，高精度無人機(jī)本身具備的定位、識別等信息化技術(shù)和智能化分析能力已經(jīng)發(fā)展得十分穩(wěn)定，集多種先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備于一體，形成了一套一體化的智能型系統(tǒng)。對于變電站巡檢工作來說，在巡檢時會更加靈活便利，有著良好的發(fā)展前景?；谝陨蟽?yōu)勢，以下主要對高精度無人機(jī)在變電站巡檢中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 導(dǎo)航和自動巡檢技術(shù)在變電站的實際應(yīng)用

首先，高精度無人機(jī)在進(jìn)行變電站巡檢工作時，有關(guān)人員可在實際的位置上利用導(dǎo)航和定位的功能，通過視覺導(dǎo)航獲得變電站的監(jiān)控數(shù)據(jù)，針對收集到的圖像進(jìn)行處理、技術(shù)優(yōu)化，提高無人機(jī)在巡檢工作中的實用性。此外，還可以在巡檢的過程中，通過視頻導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行定位，結(jié)合實際環(huán)境進(jìn)行拍照、測溫等，以實現(xiàn)導(dǎo)航技術(shù)的最佳效用。高精度無人機(jī)自動巡檢如圖1所示。

圖1 高精度無人機(jī)自動巡檢

其次，高精度無人機(jī)在變電站巡檢工作中可以利用激光反射光導(dǎo)航技術(shù)，在巡檢時用激光對電力設(shè)備周遭的環(huán)境進(jìn)行掃描，并借助系統(tǒng)將掃描的物體加以計算和分析，以此獲得物體與機(jī)體之間的實際距離。之后高精度無人機(jī)就可以根據(jù)得到的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航與定位，提高距離分辨率，更準(zhǔn)確地提高無人機(jī)的巡檢效率，降低周遭因素對高精度無人機(jī)產(chǎn)生的干擾。激光導(dǎo)航技術(shù)能使高精度無人機(jī)在變電站巡檢過程中精準(zhǔn)捕獲距離信息，智能化分析數(shù)據(jù)，自動進(jìn)行誤差校正。

最后，高精度無人機(jī)機(jī)身上配置慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，利用陀螺儀等設(shè)備可提升無人機(jī)的飛行速度，更好地控制運動方向。通過提升速度和控制運動方向，高精度無人機(jī)能在巡檢的過程中尋找到需要巡檢的電力設(shè)施并收集信息，一旦出現(xiàn)位置偏差問題，可以自行針對問題進(jìn)行校正，提升變電站巡檢的工作效率。

高精度無人機(jī)在進(jìn)行變電站巡檢工作時，需要依靠綜合的信息技術(shù)進(jìn)行智能導(dǎo)航和定位，提前規(guī)劃巡檢的路線，通過傳感器收集信息，在內(nèi)部自行分析收集到的消息，實時掌握變電站內(nèi)部電力設(shè)施的實際情況[1]。巡檢人員在后臺可以同步接收到無人機(jī)巡檢過程中收集到的信息，及時反饋。無人機(jī)能夠利用自身的自動導(dǎo)航定位功能，為巡檢工作制訂科學(xué)的巡航路線，有效提高變電站的設(shè)備巡檢工作效率。另外，基于高精度三維點云為巡檢自動規(guī)劃路線，利用三維空間模型進(jìn)行航線規(guī)劃、航線安全校驗，實現(xiàn)高精度無人機(jī)自動駕駛功能。

2.2 紅外測溫技術(shù)在變電站的實際應(yīng)用

無人機(jī)在巡檢的過程中，利用紅外線測溫的功能可以增強(qiáng)測溫效果。在檢測時能精準(zhǔn)地分析并得到更可靠的評估結(jié)果，延長電力設(shè)備的壽命。無人機(jī)在對電力設(shè)備測量時，需要借助紅外相機(jī)和其他信息化技術(shù)完成檢測，在對設(shè)備表面反映出的溫度進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，將分析后的結(jié)果反饋給后臺的管理人員，使其了解變電站內(nèi)電力設(shè)施的情況，使變電站設(shè)備的運行安全性得到保障。

2.3 影像采集技術(shù)在變電站的實際應(yīng)用

無人機(jī)在巡檢的過程通過搭載的相機(jī)，對設(shè)備進(jìn)行影像采集，拍攝重要的圖片或者視頻上傳到管理后臺，并在平臺內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)實時分析，為巡視消缺提供指導(dǎo)，降低電力設(shè)備故障發(fā)生的概率，保障電力系統(tǒng)有效運行。通過無人機(jī)巡檢，能夠合理規(guī)劃電力系統(tǒng)管理路徑，為其構(gòu)建科學(xué)合理的運行模式，提高變電站運行效率和處理效率[2]。

2.4 高精度定位技術(shù)在變電站的實際應(yīng)用

無人機(jī)的高精度定位功能能夠為變電站巡檢實現(xiàn)超精確的定位工作提供保證，可以滿足無人機(jī)自主巡檢的位置要求。有關(guān)領(lǐng)域可以利用GPS、RTK、北斗等組合方式，提高無人機(jī)的定位能力。上述技術(shù)能夠使定位單位縮小至厘米級別，實現(xiàn)高精度無人機(jī)巡檢作業(yè)[3]。

高精度定位的無人機(jī)在進(jìn)入強(qiáng)干擾的飛行區(qū)域內(nèi)也會受到干擾，導(dǎo)致羅盤失靈，無法正確判斷飛行方向?；谶@種情況，在高精度無人機(jī)的定位技術(shù)上，應(yīng)用雙天線測向技術(shù)，原有的無人機(jī)1根天線不足以抵抗變電站的強(qiáng)力磁場干擾，在原有基礎(chǔ)上再加1根天線，使無人機(jī)可以用雙根天線分別進(jìn)行接收和發(fā)送信號數(shù)據(jù)。流動站根據(jù)2根天線的信號進(jìn)行精確定位，獲得之間的矢量數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)就能繼續(xù)為無人機(jī)提供飛行方向，且天線之間距離越遠(yuǎn)，定位的精確度就越高。

2.5 無線通信技術(shù)在變電站的實際應(yīng)用

在電力巡檢中，無線通信有助于確保數(shù)據(jù)能夠及時反饋給工作人員，保證其能夠及早獲取巡檢結(jié)果。高精度無人機(jī)在巡檢時要按照變電站的作業(yè)模式為后臺提供信息，確保無人機(jī)與后臺信息的交互。為了保證在巡檢過程中無人機(jī)能正常運行，需要為其搭建一個穩(wěn)定的信號傳輸通道，方便無人機(jī)為后臺傳輸信息。首先，傳輸Wi-Fi技術(shù)能大面積覆蓋變電站的各個位置，并且具有極快的傳播速率，在短距離內(nèi)能提供接近600Mbps的傳輸速率，實現(xiàn)高效傳輸，具體如圖2所示。其次，UWB傳輸技術(shù)能保證通信的安全性，但是傳輸數(shù)據(jù)的范圍較短，其頻帶寬的特性能保障無人機(jī)的定位效果。最后，Li-Fi技術(shù)要求采用無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播，更能突顯無人機(jī)工作的環(huán)保功效，提高無人機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的保密性。

圖2 無人機(jī)自動巡檢通信

3 結(jié)束語

綜上所述，利用高精度無人機(jī)進(jìn)行變電站巡檢，可以提升工作效率，及時、快速、精準(zhǔn)地將巡檢成果傳遞給電力部門，有利于巡檢消缺人員為電力設(shè)施制訂維護(hù)措施，這對電力維護(hù)工作來說十分重要。高精度無人機(jī)作為當(dāng)今電力行業(yè)中的一種巡檢新模式，能夠有效降低人工成本，規(guī)避巡檢過程中的風(fēng)險，優(yōu)化變電站的管理效率，為電力行業(yè)電力系統(tǒng)運行提供良好的保障。