輸電線路人機(jī)協(xié)同巡檢模式的研究與應(yīng)用

仝宸瑄

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，用電的可靠性受到了人們的關(guān)注，為了提高供電可靠性，巡線維護(hù)自動(dòng)化和現(xiàn)代化已日益顯示出其迫切性。傳統(tǒng)的人工巡檢工作量大、條件艱苦，特別是對(duì)于山區(qū)和大江大河的輸電線路巡檢存在很大困難。無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展為架空電力線路巡線提供了新的移動(dòng)平臺(tái)。利用無人機(jī)搭載巡檢設(shè)備進(jìn)行巡線，能提高巡線效率，不會(huì)造成人員傷亡。這種高效、經(jīng)濟(jì)且安全的巡線方法已經(jīng)開始成為研究熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：輸電線路;人機(jī)協(xié)同;巡檢模式;研究與應(yīng)用

引言

無人機(jī)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已趨于普遍，尤其在輸電線路巡視方面更是極大地提高了作業(yè)的效率和質(zhì)量。目前，國內(nèi)利用無人機(jī)進(jìn)行可見光巡視的技術(shù)逐漸成熟，其大致流程分為：到達(dá)塔位、飛行巡視、圖片傳輸和數(shù)據(jù)處理。雖然步驟不多，但各個(gè)階段之間相互獨(dú)立，并未形成一套完整的巡檢體系?；诖藛栴}，國內(nèi)眾多科研及應(yīng)用單位開展了相關(guān)研究。該文基于目前無人機(jī)在輸電線路巡視中的應(yīng)用及發(fā)展情況，對(duì)限制其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸進(jìn)行了突破，提出了“人機(jī)協(xié)同”巡檢理念。該文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：1）設(shè)計(jì)了一款移動(dòng)巡檢APP，該APP可以完成輸電線路巡視的簽到、可見光拍攝及數(shù)據(jù)傳輸。2）開發(fā)了后臺(tái)圖片管理系統(tǒng)，使拍攝的圖片可以根據(jù)不同的工作需求進(jìn)行自動(dòng)分類，并具有上傳、查看和下載功能。3）引入了缺陷智能識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)無人機(jī)所拍攝的桿塔圖片進(jìn)行缺陷智能識(shí)別，無需人工手動(dòng)干預(yù)，缺陷識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上，極大地提升了作業(yè)的效率和質(zhì)量。

1無人機(jī)巡檢模式及其相應(yīng)特點(diǎn)

無人機(jī)是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操作的無人駕駛飛行器。無人機(jī)運(yùn)用于高壓線路巡檢是當(dāng)今電力新技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)新方向，用于巡線的無人機(jī)主要包括3類：小型旋翼機(jī)、無人直升機(jī)和固定翼無人機(jī)。各類無人機(jī)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，決定了其實(shí)用范圍不同。由于輸電線路巡線有其特設(shè)要求，因此需要根據(jù)需求進(jìn)行選擇合適的無人機(jī)種類。1）小型旋翼機(jī)。體積小，質(zhì)量輕，作業(yè)靈活，起降方便，運(yùn)輸條件要求低，但續(xù)航時(shí)間短，充電時(shí)間長，可攜帶的觀察檢測(cè)設(shè)備單一，單次飛行完成的巡線工作量有限。此類機(jī)型可配備到巡線班組，跟隨班組深入線路現(xiàn)場(chǎng)，完成一些對(duì)于人工巡線有困難的任務(wù)，比如在人員難以到達(dá)的山峰或陡壁上完成線路巡查，對(duì)人工巡線是一種有效的補(bǔ)充。2）固定翼無人機(jī)。航程遠(yuǎn)、速度快，可用于航拍或大面積概況巡查，但因速度過快，無法觀察到細(xì)節(jié)。體積大，質(zhì)量重，續(xù)航時(shí)間長，可攜帶的觀察檢測(cè)設(shè)備豐富，巡線效率高，油料補(bǔ)給方便，但需配備大型運(yùn)載工具，起降需要有專門的跑道，對(duì)地面交通狀況要求較高。此類機(jī)型配合遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，適用于輸電走廊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的長線路高速高效巡線。3）無人直升機(jī)。無人直升機(jī)的技術(shù)參數(shù)介于固定翼與小型旋翼之間，在體積、重量和續(xù)航時(shí)間等方面能得到較好的平衡，起降方便，可定點(diǎn)懸停，有利于詳細(xì)觀測(cè)線路缺陷?？筛鶕?jù)具體巡線任務(wù)匹配合適的無人直升機(jī)，或完成長距離高速巡線，或跟隨班組完成特定疑難任務(wù)。綜合比較各類飛行器的優(yōu)缺點(diǎn)，鑒于湖州線路四線并行、線路走廊較窄的情況，固定翼、有人機(jī)顯然不適合于此種情況下的線路巡線。多旋翼無人機(jī)存在載重小，搭載儀器能力不足，飛行距離短，抗風(fēng)能力相對(duì)較差等缺點(diǎn)，雖然可以完全代替人力登塔巡查等任務(wù)，但無法取代載人直升機(jī)進(jìn)行輸電線路的全面巡檢;而無人直升機(jī)的技術(shù)參數(shù)介于兩者之間，相對(duì)于固定翼無人機(jī)和多旋翼無人機(jī)能夠較好的勝任湖州線路的巡查工作。

2輸電線路人機(jī)協(xié)同巡檢模式的研究與應(yīng)用

2.1人機(jī)協(xié)同巡檢路徑選取原則

小型旋翼無人機(jī)與載人直升機(jī)飛行路徑的選取原則基本一致，差別在于：載人直升機(jī)在巡線過程中需要綜合考慮起降場(chǎng)地、燃油供給、航空管制等因素的影響，而小型旋翼無人機(jī)在巡線過程中更多的是考慮天氣狀況、續(xù)航能力等因素的影響。首先考慮的是兩塔之間路徑的確定，由于2個(gè)桿塔之間的導(dǎo)線有弧垂現(xiàn)象，導(dǎo)線最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的垂直距離可達(dá)到10m甚至更高，所以無人機(jī)沿線路導(dǎo)線走向水平飛行時(shí)需要隨時(shí)調(diào)整飛行高度，以確保紅外熱像儀拍攝角度都是固定不變的，便于發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線斷股以及導(dǎo)線上懸掛異物等較明顯的缺陷。確定無人機(jī)兩塔之間的巡線路徑為平行于以導(dǎo)線地線懸掛點(diǎn)為端點(diǎn)所構(gòu)成的弧線。直升機(jī)由于載人手持儀器拍攝，較為靈活，巡線路徑為平行于地線與最下相的弧線，能夠很好地保證巡視效果。其次考慮的是巡線所采用的方式。巡檢方式分為單向巡線和雙向巡線2種方式，載人直升機(jī)負(fù)責(zé)“同廊多回”的外側(cè)桿塔與通道，受體積限制，無法進(jìn)入內(nèi)側(cè)桿塔與通道進(jìn)行巡視，同時(shí)直升機(jī)攜帶的拍攝器材可以更為完備專業(yè)，所以單向巡檢（即沿線路方向巡視1次）便能夠完成巡檢任務(wù)。由于特高壓、超高壓線路各相間距大，桿塔塔頭尺寸較大，無人機(jī)光學(xué)吊艙任務(wù)系統(tǒng)受檢測(cè)距離、視角范圍的影響，常規(guī)的單方向巡檢不能滿足巡視質(zhì)量的要求，因此無人機(jī)可在線路兩側(cè)進(jìn)行往返巡線。載人直升機(jī)和小型旋翼無人機(jī)巡檢架次視天氣情況、沿線路況等因素而定。根據(jù)6條線路電壓等級(jí)、各運(yùn)行線路桿塔結(jié)構(gòu)、各條線路走廊的不同以及各線路的特點(diǎn)，對(duì)每條線路的巡檢路徑具體分析，確保巡線任務(wù)安全有效的進(jìn)行。

2.2適用于傳輸線的全方位檢查

在輸電線路檢查中，無人機(jī)具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。高性能無人機(jī)的硬件包括地面站和漂浮在無人機(jī)空中部分的兩個(gè)組件。可以配備可見光攝像頭，該可見光攝像頭可以在各個(gè)方向拍攝電力傳輸線，并通過系統(tǒng)的模擬信號(hào)傳輸和無線通信模塊將捕獲的圖像轉(zhuǎn)換為視頻。通過專業(yè)軟件，檢查人員可以實(shí)時(shí)查看無人機(jī)捕獲的圖像，并根據(jù)無人機(jī)捕獲的圖像判斷傳輸線的運(yùn)行狀態(tài)。此外，面對(duì)特殊的線路檢查要求，檢查人員可以使用遙控器控制無人機(jī)，從而使無人機(jī)避開障礙物并更快地找到故障位置。此外，還可以靈活地調(diào)整安裝在無人機(jī)上的可見光攝像機(jī)的焦距。檢查人員可以通過遙控器調(diào)整無人機(jī)的焦距，使目標(biāo)位置更清晰。檢查完成后，被捕獲的巡邏圖像將保存在計(jì)算機(jī)上。無人機(jī)采用多功能轉(zhuǎn)換頭進(jìn)行輸電線路檢查，可以通過更換人員有效地完成檢查，顯著降低了檢查人員的工作強(qiáng)度，有效規(guī)避了安全隱患。

2.3巡檢模式的配合

無人機(jī)巡檢方法有兩種情況，最簡(jiǎn)單的一種為把小型攝像機(jī)和照相機(jī)固定在吊艙內(nèi)。對(duì)導(dǎo)線和絕緣子進(jìn)行攝像時(shí)，只需一人操作飛機(jī)，可在回來后觀察錄像。一種為巡線方式使用無人機(jī)控制數(shù)據(jù)鏈，把可遠(yuǎn)傳的可見、紅外熱像儀的信號(hào)傳送到監(jiān)視地面屏幕進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)可疑端位，可懸?；蛘邅砘仫w行細(xì)查，實(shí)時(shí)監(jiān)視和錄像可同時(shí)進(jìn)行，飛機(jī)飛回后進(jìn)行分析。對(duì)于有些故障疑視點(diǎn)，進(jìn)行分析之后還不能確定的應(yīng)配合人工巡檢實(shí)地檢測(cè)，必要時(shí)需登塔作業(yè)。巡檢線路時(shí)如人工巡檢先于無人機(jī)巡檢，當(dāng)無人機(jī)展開巡檢時(shí)，鑒于上述的故障疑視點(diǎn)，需要人工巡檢返回到故障疑視點(diǎn)，將會(huì)影響到巡線的效率。故人工巡檢方案的制定應(yīng)滯后于無人機(jī)巡檢方案的制定，人工巡檢進(jìn)行塔頭以下巡查工作同時(shí)兼顧由無人機(jī)發(fā)現(xiàn)的故障疑視點(diǎn)巡查工作。

結(jié)語

針對(duì)典型的地形下存在的特、超高壓“同廊多回”窄通道，開展了輸電通道巡檢研究，對(duì)人工、載人直升機(jī)和小型旋翼無人機(jī)協(xié)同巡檢方式進(jìn)行探索，并根據(jù)其各自特點(diǎn)對(duì)巡視任務(wù)和巡視界面進(jìn)行劃分，結(jié)合嘉湖通道現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景對(duì)小型旋翼無人機(jī)的飛行參數(shù)、飛行方式進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)

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