淺談無人機(jī)在礦山巡線中的應(yīng)用

梁 青，冀俊娥

（1.唐山威程科技有限公司，河北 唐山 063700；2.河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司機(jī)電檢修分公司，河北 唐山 063700）

礦產(chǎn)資源是一種不可再生的資源，如何利用現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)對其進(jìn)行合理開發(fā)，順應(yīng)人與自然和諧統(tǒng)一的發(fā)展，成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)各種各樣的前沿技術(shù)與優(yōu)質(zhì)裝備，給傳統(tǒng)的礦山企業(yè)發(fā)展帶來了巨大機(jī)遇。隨著這些應(yīng)用到礦山發(fā)展與建設(shè)當(dāng)中，整個行業(yè)每天都有不同以往的發(fā)展和變化。為相應(yīng)國家發(fā)展的需要，礦山行業(yè)積極應(yīng)用各項技術(shù)與設(shè)備穩(wěn)步向著高效化、自動化、智能化的方向前進(jìn)，礦山企業(yè)不斷創(chuàng)新和實踐，使得新技術(shù)得到更好的應(yīng)用[1]。

1 礦山電力系統(tǒng)巡線現(xiàn)狀

礦山行業(yè)通常有著位置偏遠(yuǎn)，地形復(fù)雜，遠(yuǎn)離城市，人口稀少，交通不便等特點。為礦山供電的電力線路，通常采用就近取電的方式進(jìn)行供電，無法避免受到附近地理位置因素的限制和制約，在電力線路巡檢與維護(hù)過程中遇到各種意想不到的困難。目前，礦山輸電線路的巡檢方法主要是依賴于人工巡檢，人工巡檢模式存在較多的弊端，主要表殃如下。

1.1 巡檢技術(shù)方式單一

人工巡檢時，巡檢人員只能使用望遠(yuǎn)鏡與相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行觀察與檢查，由于尋找問題時只能進(jìn)行人為的查找，在電力巡檢過程中無法使用過重的診斷設(shè)備。例如：桿塔瓶口上面的部位有觀測角度大與觀測距離遠(yuǎn)這兩個特點，人工巡檢時無法進(jìn)行問題的查找，只能得過且過，最后導(dǎo)致巡檢結(jié)果產(chǎn)生誤差，影響了巡檢的質(zhì)量，提高了線路產(chǎn)生問題的概率[2]。

1.2 維護(hù)人員無法滿足線路增長需求

由于輸電線路通常較長，涉及范圍廣，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及礦山開采位置的移動，路線維護(hù)人員的需求會大大增加，人工成本也會越來越高，礦山企業(yè)為了控制成本，不會大量增加維護(hù)人員，因此會產(chǎn)生維護(hù)人員無法滿足線路增長需求的情況。

1.3 數(shù)據(jù)管理分散

目前電力巡檢工作中，大多數(shù)的數(shù)據(jù)采用相機(jī)拍照或者人工記錄，由于人工的效率低下，人工判斷容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)的判斷失誤，將會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的零散并無法及時準(zhǔn)確地整合，無法進(jìn)行多維度的利用，也不能給有關(guān)部門進(jìn)行數(shù)據(jù)的提供，從而影響有關(guān)部門進(jìn)行有效精準(zhǔn)的判斷[3]。因為人工巡檢的方法過于傳統(tǒng)，并沒有給電力巡檢工作帶來良好的效率性與準(zhǔn)確性。

1.4 人工線路進(jìn)行定期巡檢容易對人身造成危險

電力線路不可避免地處在一些地理復(fù)雜的位置，如山地、河流等。導(dǎo)致巡檢路線復(fù)雜，可能出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象，巡線位置環(huán)境危險，容易發(fā)生人身傷害；部位地點因人力原因無法到達(dá)，而不能更為細(xì)致地觀測線路，導(dǎo)致工作上的失誤。

1.5 因為人力的限制及人工成本的影響，人工線路巡檢周期較長，無法做到時效性

因此，為了降低企業(yè)成本，提高工作效率，降低事故發(fā)生率，礦山企業(yè)引入無人機(jī)進(jìn)行電力線路巡檢，迫在眉睫。

2 無人機(jī)技術(shù)介紹

2.1 無人機(jī)簡介

無人駕駛飛機(jī)是一種有動力、可控制、可搭載多種功能設(shè)備、能重復(fù)使用的無人駕駛航空器,簡稱無人機(jī)。由于其結(jié)構(gòu)簡單、活動靈活、可附加多種配置、滯空時間長，在眾多領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用。無人機(jī)融入了無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、無線通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)、遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)等多種技術(shù)[4]。

無人機(jī)主要由機(jī)架、飛行控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和附加設(shè)備等四部分[5]。機(jī)架包括了螺旋槳、設(shè)備平臺以及電源裝置，用于安裝各種設(shè)備，實現(xiàn)不同的功能與應(yīng)用；飛行控制系統(tǒng)能夠令無人機(jī)在控制實現(xiàn)各種動作，已實現(xiàn)操作者的目的；數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)能夠使無人機(jī)在飛行過程中以無線的方式實時與地面進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)系，并利用遙感技術(shù)對無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。通過搭載功能設(shè)備，并利用二次開發(fā)包對無人機(jī)程序進(jìn)行編程，可以對無人機(jī)進(jìn)行特定目標(biāo)的智能檢測，以實現(xiàn)檢測記錄的目的。

圖像處理系統(tǒng)：無人機(jī)通過搭載攝像模塊對現(xiàn)場情況進(jìn)行巡查，攝像平臺可通過可見光攝像頭、紅外攝像頭、測距攝像頭、熱感攝像頭、激光雷達(dá)等多種組合實現(xiàn)對特定目標(biāo)的巡檢與觀察。其中的紅外攝像可針對夜間及光照度較低的情況進(jìn)行巡查工作；激光雷達(dá)可用于對巡查的目標(biāo)附近環(huán)境進(jìn)行三維建模；測距攝像頭可判斷特定方向的精準(zhǔn)距離；熱感攝像頭可對巡檢目標(biāo)進(jìn)行溫度巡檢工作；通過圖像處理技術(shù)，對檢測環(huán)境中的干擾因素進(jìn)行剔除，追蹤巡檢目標(biāo)，提取與分析目標(biāo)的狀態(tài)，能夠提高無人機(jī)巡查的效率，減少巡檢過程的中干擾。

GIS智能巡檢系統(tǒng)：GIS技術(shù)（Geographic Information System,即地理信息系統(tǒng)），是以地理空間為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，實時提供多種空間和動態(tài)的地理信息。該技術(shù)應(yīng)用于無人機(jī)系統(tǒng)，一方面可以實現(xiàn)無人機(jī)的自動導(dǎo)航定位與遠(yuǎn)程控制，優(yōu)化了整個線路巡檢的工作流程；另一方面，利用GIS技術(shù)將無人機(jī)收集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，讓工作人員更加直觀的了解無人機(jī)巡檢的位置以及對應(yīng)位置的問題與故障，通過使用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘分析，將分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人工可見的直觀圖表，加深工作人員對電力系統(tǒng)問題的認(rèn)知。

自主避障系統(tǒng)：無人機(jī)導(dǎo)航主要是利用北斗、GPS等技術(shù)，但北斗、GPS并不能保證百分百的準(zhǔn)確，當(dāng)其出現(xiàn)誤差時，無人機(jī)會在進(jìn)行任務(wù)的途中產(chǎn)生偏離航向的情況。另外由于輸電線路周邊會存在大量的塔桿通道、森林樹木以及建筑物，這些都對于無人機(jī)飛行的連續(xù)、穩(wěn)定性地巡檢工作會帶來負(fù)面影響。

因此，針對上述存在的問題，研發(fā)人員為了提高無人機(jī)在電力巡檢中的安全性與可靠性，進(jìn)行了無人機(jī)自主避障系統(tǒng)的研發(fā)，添加了無人機(jī)的避障系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理為：無人機(jī)在架空輸電線路障礙物面前獲取深度圖像內(nèi)容，即時計算分析障礙物大體輪廓，然后快速規(guī)劃路線規(guī)避繞開障礙物繼續(xù)飛行巡檢，當(dāng)無人機(jī)在線路巡檢的過程中對障礙物進(jìn)行實時動態(tài)檢測，無人機(jī)會通過自身避障系統(tǒng)躲避障礙物，實現(xiàn)自我保護(hù)。故無人機(jī)的自主避障系統(tǒng)非常成熟。

無人機(jī)的不足之處在于其續(xù)航保障技術(shù)，現(xiàn)在大多小型無人機(jī)的飛行動力都來源于鋰電池，當(dāng)無人機(jī)的搭載設(shè)備過多、巡檢過程風(fēng)阻過大時，易造成無人機(jī)的耗電加劇、續(xù)航時間縮短等情況，無法滿足長距離巡檢的使用要求。電路線路通常較長，小型無人機(jī)的續(xù)航時間無法滿足連續(xù)巡檢的工作需求，因此無人機(jī)仍處于無法完全解放人力，需要通過人機(jī)配合的方式完成工作。

2.2 無人機(jī)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)載人飛機(jī)對比，無人機(jī)體積小、成本低、使用方便、對使用環(huán)境要求低。在相關(guān)管理部門備案后，即可使用。通過搭載不同的設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，使用靈活，應(yīng)用快捷。

3 無人機(jī)在某礦山巡線當(dāng)中的應(yīng)用

礦山供電電線路的巡檢工作，主要包括對線路本體、電力設(shè)施以及線桿所處環(huán)境等進(jìn)行定期巡視和檢查，以便掌握電力線路本身及周邊的情況與狀態(tài)，及時排除線路運行過程中存在的問題和隱患，保障線路穩(wěn)定運行，保證生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行。

在日常巡視過程中，一般采用人工巡視的方式，利用車輛等交通工具，雙人或者多人互保，對線路進(jìn)行檢查，對于一些地形復(fù)雜的位置，受到觀察距離、觀察盲區(qū)和人員安全的影響，難以及時、準(zhǔn)確的掌握線路情況。

在礦山無人機(jī)巡視中利用無人機(jī)對線路進(jìn)行巡視，可以逐步對人工常規(guī)巡視進(jìn)行干預(yù)，先采用人工和無人機(jī)結(jié)合的方式，在地形復(fù)雜的位置，利用無人機(jī)的機(jī)動性，在其工作半徑內(nèi)對線路進(jìn)行巡檢。礦山企業(yè)可以對無人機(jī)進(jìn)行二次開發(fā)，對巡視路線進(jìn)行設(shè)定，使得無人機(jī)與線路保持安全距離進(jìn)行巡視記錄，并將結(jié)果傳輸?shù)胶笈_，供檢查人員查詢。

利用無人機(jī)進(jìn)行線路巡檢的主要工作流程如下：

（1）建立完善工作制度。為保證無人機(jī)巡檢的安全可靠，在開展無人巡檢作業(yè)時要做好相應(yīng)的記錄與保養(yǎng)，包括：巡檢工作票、現(xiàn)場勘察記錄單和無人機(jī)使用記錄單。工作票主要用來確定工作負(fù)責(zé)人、工作人員、巡檢范圍和內(nèi)容、工作要求、工作措施、工作時間、無人機(jī)的定期維護(hù)記錄、電池使用記錄等。

（2）在巡檢前，對無人機(jī)做好檢查工作，檢查無人機(jī)本體機(jī)械結(jié)構(gòu)是否完好、電池電量狀態(tài)能夠滿足續(xù)航要求。

（3）在巡檢的過程中，雙人進(jìn)行互保，采用人工與無人機(jī)相結(jié)合的方式，人工遙控?zé)o人機(jī)進(jìn)行巡檢。當(dāng)遇到障礙及惡劣天氣時，及時回收無人機(jī)；無人機(jī)在巡檢過程中發(fā)生事故時，及時上報，避免造成其他損失。隨著科技的發(fā)展，待技術(shù)達(dá)到一定水平，可以單獨依靠無人機(jī)對整體線路進(jìn)行巡檢。

（4）巡檢結(jié)束后，及時進(jìn)行數(shù)據(jù)上報與分析。對于巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)行分析處理。并對無人機(jī)進(jìn)行檢查與保養(yǎng)，確保無人機(jī)的再次使用

4 結(jié)論與展望

電力線路的無人機(jī)巡檢工作正處于蓬勃發(fā)展的階段，在實際應(yīng)用中還有很多技術(shù)問題需要分析與處理，例如：設(shè)備的性能與續(xù)航能力之間的權(quán)衡、惡劣天氣下無人機(jī)的巡檢等；通過各種新技術(shù)、新方法的不斷優(yōu)化與融合，無人機(jī)能巡檢作業(yè)將越來越成熟。隨著圖像識別技術(shù)發(fā)展，可以利用無人機(jī)平臺對線路狀態(tài)進(jìn)行智能識別，通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，對線路上經(jīng)常出現(xiàn)的問題進(jìn)行識別，及報警提示。通過無人機(jī)本身的測距元件讓無人機(jī)與線路保持安全距離，而不是人工設(shè)定，使得無人機(jī)更加智能，應(yīng)用更加廣泛。