無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢的關(guān)鍵技術(shù)

蔡輝裕

摘要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)最近幾年發(fā)展非常迅速，帶動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)的快速發(fā)展。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)的覆蓋面也越來(lái)越廣。然而中國(guó)部分地區(qū)的地勢(shì)地貌較為復(fù)雜，按照以往的傳統(tǒng)人工的工作模式進(jìn)行電力工程環(huán)境保護(hù)工作，工作量非常龐大。近年來(lái)隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用于電力線路安全巡檢工作中，不僅大力減輕了傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)的工作強(qiáng)度，也提高了環(huán)保監(jiān)控檢測(cè)等工作的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);電力線路安全巡檢;關(guān)鍵技術(shù)

引言

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使很多先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用到我國(guó)各行業(yè)中，使其自身發(fā)展更為迅速。無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線遙控設(shè)備和控制程序操作的不載人飛行器。由于無(wú)人機(jī)具有體積小、操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在航拍、工程測(cè)量、救災(zāi)、測(cè)繪等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。將無(wú)人機(jī)應(yīng)用在電力線路安全巡檢工作中，可以提高線路巡視工作效率，降低巡檢人員工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)性。

1無(wú)人機(jī)飛行控制技術(shù)

無(wú)人機(jī)電力巡線任務(wù)中，飛行控制技術(shù)主要包含自動(dòng)尋線、實(shí)時(shí)避障和位姿控制等，是巡檢系統(tǒng)中最重要的一環(huán)。區(qū)別于飛手手動(dòng)控制無(wú)人機(jī)進(jìn)行尋線，自動(dòng)尋線無(wú)人機(jī)可以根據(jù)預(yù)先導(dǎo)入的線路、桿塔和地理環(huán)境等數(shù)據(jù)，自主完成尋線任務(wù)，減少了對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的飛手的需求，削減了人力成本。而實(shí)時(shí)避障則允許無(wú)人機(jī)在執(zhí)行巡線任務(wù)時(shí)，利用紅外系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)等結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)非預(yù)期內(nèi)的障礙物進(jìn)行躲避，減少無(wú)人機(jī)的損耗，保證尋線任務(wù)的順利執(zhí)行。無(wú)人機(jī)體積小、質(zhì)量輕，遭遇惡劣的自然災(zāi)害時(shí)，可能會(huì)在一定程度上失去平衡，并偏離航線，位姿控制模塊會(huì)通過(guò)重力感應(yīng)器、角度感應(yīng)器等判斷無(wú)人機(jī)當(dāng)前位姿，并結(jié)合航線數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，幫助無(wú)人機(jī)恢復(fù)平衡狀態(tài)，并回到既定航線之中。同時(shí)，精準(zhǔn)的位姿控制還能幫助無(wú)人機(jī)更好地拍攝不同角度的線路、桿塔圖像，提升后期的故障檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度。

2激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)

激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)是向探測(cè)對(duì)象發(fā)射激光信號(hào)，激光信號(hào)將探測(cè)對(duì)象的信息反射回來(lái)后，與原來(lái)的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，經(jīng)過(guò)處理以后可以獲得探測(cè)對(duì)象的位置、距離、方位、速度及形狀等參數(shù)。激光雷達(dá)技術(shù)使用激光束進(jìn)行探測(cè)，可以獲得很高的分辨率，并同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)，速度分辨率可以達(dá)到10m/s以內(nèi)。激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)，激光發(fā)射系統(tǒng)的口徑比較小，可接受區(qū)域比較小，所以其他干擾信號(hào)不容易進(jìn)入接收機(jī)。激光雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)使用的設(shè)備體積小、質(zhì)量輕，適合無(wú)人機(jī)線路巡視要求。激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)可以獲取高精度、高密度云空間數(shù)據(jù)信息，并利用高分辨率的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行攝影，然后利用計(jì)算機(jī)軟件提取相機(jī)的數(shù)據(jù)信息，建立三維模型，然后發(fā)現(xiàn)電力線路故障位置、距離和方向，提高線路巡檢的工作效率和質(zhì)量，不需要巡檢人員一一對(duì)線路進(jìn)行巡檢，就可以完成巡檢的工作任務(wù)。

3電路系統(tǒng)規(guī)劃

中國(guó)的地形復(fù)雜而又多樣，各種地形交錯(cuò)分布，山區(qū)的面積較為廣泛。如果在地形地貌較為復(fù)雜的地區(qū)規(guī)劃電路系統(tǒng)、架設(shè)線路，則是難度較大、較復(fù)雜的工程。應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)來(lái)勘探周圍地形地貌環(huán)境具有很大優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)本身在巡查以及檢測(cè)的過(guò)程中，除了一些不可抗力等因素外，在其余的情況下，是不容易受到外界環(huán)境因素干擾的，所以其提供的數(shù)據(jù)極具參考價(jià)值。另外，通過(guò)無(wú)人機(jī)傳輸?shù)恼掌约皥D像資料，能夠非常清晰看到人工所看不到的地方，因而能提高對(duì)電力線路整體的規(guī)劃的效率和安全性。目前，采用無(wú)人機(jī)的技術(shù)實(shí)行電路系統(tǒng)的規(guī)劃和線路的架設(shè)，是智能化技術(shù)在實(shí)際工作中的體現(xiàn)，其不僅減輕了人工作業(yè)的負(fù)擔(dān)和工作強(qiáng)度，還可以保障檢測(cè)人員的人身安全，同時(shí)也能極大地提高電力工作的準(zhǔn)確性和規(guī)劃工作的效率。

4巡檢路徑規(guī)劃

規(guī)劃輸電桿塔無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢路徑的目的是為了提高輸電桿塔無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的效率，巡檢路徑規(guī)劃主要是采用無(wú)人機(jī)拍攝輸電桿塔的絕緣子和導(dǎo)地線等圖像信息，巡檢路徑規(guī)劃的整個(gè)過(guò)程包括無(wú)人機(jī)的起飛點(diǎn)、巡檢的任務(wù)點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)等。輸電桿塔無(wú)人機(jī)航點(diǎn)的設(shè)計(jì)需要同時(shí)考慮空中環(huán)境狀況、機(jī)器性能、無(wú)人機(jī)的飛行效率以及完成巡檢作業(yè)的可行性因素。輸電桿塔無(wú)人機(jī)巡檢工作的任務(wù)點(diǎn)必須保證無(wú)人機(jī)可以完成指定巡檢任務(wù)，避免出現(xiàn)無(wú)人機(jī)漏拍或存在拍攝盲區(qū)的現(xiàn)象。輸電桿塔無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的能量來(lái)源是無(wú)人機(jī)自身的鋰電池，由于鋰電池的儲(chǔ)能量與無(wú)人機(jī)自身重量是正相關(guān)關(guān)系，導(dǎo)致輸電桿塔無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力有限，因此在規(guī)劃輸電桿塔無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢路徑時(shí)要考慮無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間的限制。規(guī)劃巡檢路徑的第一步是計(jì)算無(wú)人機(jī)最佳拍攝點(diǎn)的坐標(biāo)，每一個(gè)輸電桿塔都帶有一個(gè)GPS坐標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)是根據(jù)輸電桿塔坐標(biāo)和方位來(lái)計(jì)算。

5電力系統(tǒng)檢測(cè)

電力系統(tǒng)檢測(cè)是電力工程中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，只有保障電力作業(yè)的質(zhì)量和安全才能使電能發(fā)揮出更加重要的價(jià)值。所以電力系統(tǒng)檢測(cè)通常要求電力工程人員及時(shí)對(duì)電力進(jìn)行檢測(cè)，排查危險(xiǎn)和不確定性的因素，保障電力系統(tǒng)平穩(wěn)高效運(yùn)行。在實(shí)際的檢測(cè)工作中，往往需要電力工程的工作人員不斷收集線路的位置等信息來(lái)確認(rèn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的狀況，通過(guò)人工拍攝圖片以及實(shí)地測(cè)量的方式取得電路相關(guān)信息。事實(shí)上這些工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電力系統(tǒng)檢測(cè)工作的需要，因?yàn)槿斯ぴ趯?shí)際檢測(cè)時(shí)往往會(huì)受到諸多因素的干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺乏時(shí)效性和準(zhǔn)確性。如果將無(wú)人機(jī)運(yùn)用于電力工程檢測(cè)之中，則可以切實(shí)解決人工檢測(cè)存在的問題，極大提高檢測(cè)工作精準(zhǔn)度的同時(shí)，還有助于了解周圍生態(tài)環(huán)境情況，將電力工程與環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來(lái)，從電力工程角度出發(fā)，為環(huán)保事業(yè)提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息。

6有關(guān)于地面數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)

針對(duì)于數(shù)據(jù)的后期處理、存儲(chǔ)以及應(yīng)用，即為地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的工作范圍，主要涉及的工作內(nèi)容有數(shù)據(jù)預(yù)處理，存在于多傳感器當(dāng)中，處理系統(tǒng)呈現(xiàn)幾何化，傳感器應(yīng)用紅外紫外光學(xué)以及激光，并能夠借助相關(guān)專家的智能性系統(tǒng)以及借助三維畫的線路走廊可視系統(tǒng)等加以完成。在數(shù)據(jù)處理方法，方面使用遙感以及攝影測(cè)量的相關(guān)技術(shù)，并能夠明確數(shù)據(jù)應(yīng)用流程，幾何處理方面更加展現(xiàn)高精度化。由于人工智能以及模式識(shí)別等相關(guān)技術(shù)存在與專家智能系統(tǒng)當(dāng)中，可對(duì)其展開可視化的應(yīng)用，能夠明確油田輸電線路以及輸電通道中存在的不足之處，控制輸電線路安全事故發(fā)生的可能，及時(shí)排查，使線路安全狀況獲得顯著提升。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)應(yīng)用在電力線路安全巡檢中，可以達(dá)到對(duì)電力線路進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)控、分析、處理，減輕了人工在電力線路巡檢的工作量，提高了巡檢工作效率。

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