多旋翼無人機雙光自動駕駛巡檢的應用

廣東電網(wǎng)有限責任公司汕頭供電局 許國偉 林來鑫 陳梓榮 王 揚 范子健

高精度定位無人機在本局輸電專業(yè)已全面落地服務于生產(chǎn)應用，且于本年度6月份前完成了自動駕駛點云采集全覆蓋、航線規(guī)劃全覆蓋，并于10月份完成了架空輸電線路雙光無人機自動駕駛精細化巡檢全覆蓋（帶電流線路）。

1 雙光無人機選型要求及選型適用場景

1.1 小型雙光無人機

高精度定位功能，具備4G網(wǎng)絡、星基基站、固定基站等高精度定位功能；避障功能，具備基本的視覺、紅外等避障功能；軸距小于900mm；空載重量小于15kg、滿載重量小于25kg；續(xù)航時間不小于30分鐘；紅外雙光云臺相機；可見光鏡頭參數(shù)：有效像素≥4000萬,光學變焦倍數(shù)≥5倍；熱成像鏡頭參數(shù)：有效像素≥30萬,變焦倍數(shù)≥2倍，測溫范圍-20℃～150℃，紅外測溫精度±2℃或±2%。

1.2 輕型雙光無人機

高精度定位功能，具備4G網(wǎng)絡、星基基站、固定基站等高精度定位功能；具備基本的視覺、紅外等避障功能；軸距小于400mm；空載重量小于4kg、滿載重量小于7kg；續(xù)航時間不小于20分鐘；紅外雙光云臺相機；可見光傳感器有效像素≥4000萬,光學變焦倍數(shù)≥1倍；熱成像鏡頭參數(shù)：有效像素≥30萬,測溫范圍-20℃～150℃，紅外測溫精度±2℃或±2%。

1.3 小型雙光無人機

110kV架空輸電線路巡檢：小型雙光無人機鏡頭焦距屬于中焦，對于110kV架空輸電線路需距離6米以上才能拍攝到整串絕緣子串組，110kV架空輸電線路走廊又比較復雜擁擠，無法保障距離架空輸電線路8米的凈空無其它線路鐵塔、樹木、構筑物，不適合其巡檢；110kV架空輸電線路大部分位于城區(qū)、郊區(qū)，一般有人員、車輛在附近活動，小型雙光無人機總質量較大，遇到意外失控墜機產(chǎn)生風險較大，不適合其巡檢。小型雙光無人機軸距超過110kV架空輸電線路帶電部分與桿塔構件的最小間隙的90%以上，失控撞擊容易造成架空輸電線路接地故障，不適合其巡檢。

220kV架空輸電線路巡檢：小型雙光無人機鏡頭焦距屬于中焦，對于220kV架空輸電線路距離6米低壓端和高壓端分別拍攝一張照片能覆蓋到整串絕緣子串組，220kV架空輸電線路走廊一般可保障8米以上凈空，適合其巡檢；220kV架空輸電線路城市區(qū)段、郊區(qū)道路區(qū)段、郊區(qū)民宅密集區(qū)段，考慮到意外失控墜機風險，小型雙光無人機總質量較大，遇到意外墜機產(chǎn)生風險較大，不宜使用其巡檢；小型雙光無人機軸距低于220kV架空輸電線路帶電部分與桿塔構件的最小間隙的47%以下，失控撞擊不會造成架空輸電線路接地故障，適合其巡檢。

500kV架空輸電線路巡檢：小型雙光無人機鏡頭焦距屬于中焦，對于500kV架空輸電線路距離8米低壓端和高壓端分別拍攝一張照片能覆蓋到整串絕緣子串組，500kV架空輸電線路走廊一般可保障10米以上凈空，適合其巡檢；500kV架空輸電線路大部分在山區(qū)、郊區(qū)區(qū)域，大部分適合其巡檢。城市區(qū)段、郊區(qū)道路區(qū)段、郊區(qū)民宅密集區(qū)段，考慮到意外失控墜機風險，小型雙光無人機總質量較大，遇到意外墜機產(chǎn)生風險較大，不宜使用其巡檢；小型雙光無人機軸距低于500kV架空輸電線路帶電部分與桿塔構件的最小間隙的27%以下，失控撞擊不會造成架空輸電線路接地故障，適合其巡檢。

1.4 輕型雙光無人機

110kV架空輸電線路巡檢：輕型雙光無人機鏡頭焦距屬于近焦，對于110kV架空輸電線路距離4米能夠拍攝到整串絕緣子串組，110kV架空輸電線路走廊雖較復雜擁擠，但絕大部分可保障距離架空輸電線路6米的凈空無其它線路鐵塔、樹木、構筑物，適合其巡檢；110kV架空輸電線路大部分位于城區(qū)、郊區(qū)，一般有人員、車輛在附近活動，輕型雙光無人機總質量較小，遇到意外失控墜機產(chǎn)生風險較小，適合其巡檢；輕型雙光無人機軸距小于110kV架空輸電線路帶電部分與桿塔構件的最小間隙的40%，失控撞擊不容易造成架空輸電線路接地故障，適合其巡檢。

220kV架空輸電線路巡檢：輕型雙光無人機鏡頭焦距屬于近焦，對于220kV架空輸電線路距離4米低壓端和高壓端分別拍攝一張照片能覆蓋到整串絕緣子串組，220kV架空輸電線路走廊一般可保障8米以上凈空，適合其巡檢；220kV架空輸電線路城市區(qū)段、郊區(qū)道路區(qū)段、郊區(qū)民宅密集區(qū)段，考慮到意外失控墜機風險，輕型雙光無人機總質量較小，遇到意外墜機產(chǎn)生風險較小，適合其巡檢；輕型雙光無人機軸距小于220kV架空輸電線路帶電部分與桿塔構件的最小間隙的21%，失控撞擊不易造成架空輸電線路接地故障，適合其巡檢。

500kV架空輸電線路巡檢：輕型雙光無人機鏡頭焦距屬于近焦，對于500kV架空輸電線路距離6米低壓端和高壓端分別拍攝一張照片能覆蓋到整串絕緣子串組，500kV架空輸電線路走廊一般可保障10米以上凈空，適合其巡檢；500kV架空輸電線路大部分在山區(qū)、郊區(qū)區(qū)域，大部分適合其巡檢。城市區(qū)段、郊區(qū)道路區(qū)段、郊區(qū)民宅密集區(qū)段，考慮到意外失控墜機風險，輕型雙光無人機總質量較小，遇到意外墜機產(chǎn)生風險較小，適合其巡檢；輕型雙光無人機軸距低于500kV架空輸電線路絕緣件空氣間隙的12%以下，失控撞擊不會造成架空輸電線路接地故障，適合其巡檢。

2 雙光無人機航線規(guī)劃建議

桿塔有多回線路的情況下，按每條線路規(guī)劃，一條線路有多個運維班組的建議分運維區(qū)段規(guī)劃，規(guī)劃前將待規(guī)劃線路最新的kml、las上傳到機巡云盤，有待規(guī)劃線路的桿塔明細表、桿塔照片做參考資料。新建航線的航線名稱要規(guī)范統(tǒng)一，命名格式：“地市局_電壓等級_線路名稱_規(guī)劃區(qū)段_適用機型_提交審核日期”。

部分點云質量較差，有缺失、重影、噪點的情況下，風險點檢測時需重點關注，現(xiàn)場實際存在而點云沒有的情況下規(guī)劃時需考慮周全，避免風險點檢測不出、現(xiàn)場飛行炸機的情況。因此，建議航線規(guī)劃人員、航線審核人員不能是同一個人，航線審核人員需清楚現(xiàn)場線路通道實際情況；部分線路點云跳線串缺失，在沒有補飛該塔的前提下，可在標記拍攝點模塊選擇不勾選捕捉點，在對應橫擔上先點出2個拍攝點，調整至俯視視角將2個拍攝點拖動到跳線串位置，再調整至小號側視角將2個拍攝點拖動到跳線串均壓環(huán)位置，在各個視角查看2個拍攝點是否在跳線串上。

航線規(guī)劃先規(guī)劃基準航線，距離、角度、拍攝點數(shù)量統(tǒng)一，滿足最基本的需求。在此基礎上，根據(jù)實際需要可用批量修改航點功能，將整體航線上移、下移、左移、右移，統(tǒng)一修改航線的拍攝角度、拍攝位置，也可增加拍攝點來補充。拍攝點應垂直標記點，拍攝點與標記點凈空距離應與生成航線時的航線距離保持一致，因風險點檢測導致不滿足的可適當增加拍攝點與標記點凈空距離。

2.1 小型雙光無人機

500kV航線規(guī)劃要點。耐張塔的拍攝點：地線掛點、耐張線夾、橫擔側第一片玻璃絕緣子、跳線串橫擔側均壓環(huán)、跳線串導線側均壓環(huán)，距離拍攝點以8米為宜，角度選擇平視為宜，針對部分耐張線夾被遮擋的情況建議增加拍照點，拍照點角度設置為25°；直線塔的拍攝點：地線掛點、直線串橫擔側均壓環(huán)、直線串導線側均壓環(huán)，距離拍攝點以8米為宜，角度選擇平視為宜。每基桿塔的規(guī)劃后，視角調整為俯視和線路方向進行檢查。

220kV航線規(guī)劃要點：基本和500kV航線規(guī)劃一致，距離拍攝點要以6米為宜。

110kV航線規(guī)劃要點：基本和500kV航線規(guī)劃一致，距離拍攝點要以4米為宜，但需注意大部分城區(qū)、密集走廊區(qū)都不適宜小型雙光無人機自動駕駛巡檢，只有少部分郊外平原、山區(qū)可執(zhí)行。

2.2 輕型雙光無人機

500kV航線規(guī)劃要點：與小型雙光無人機基本一致，距離拍攝點要以6米為宜；220kV航線規(guī)劃要點：與小型雙光無人機基本一致，距離拍攝點要以4米為宜；110kV航線：與小型雙光無人機基本一致，距離拍攝點要以3米為宜。

3 雙光無人機自動駕駛精細化巡視執(zhí)行效率

小型雙光無人機：小型雙光無人機最大信號有效距離是8km，適用于山區(qū)、郊區(qū)等空闊無遮擋的環(huán)境，抗干擾能力較強，適用于線路多、電壓等級高、外部干擾多的地方，IP防護等級為IP45，有一定防水能力，最大可抗風速為7級，適用于山區(qū)這類天氣變化多端的地方。小型雙光無人機軸距900mm以下，重量25kg以下，風險較大，不適合在城區(qū)、人口密集區(qū)飛行，續(xù)航時間長。綜上，小型雙光無人機適合執(zhí)行在山區(qū)、郊區(qū)的500kV和220kV線路，執(zhí)行大批量作業(yè)、應急方面有明顯優(yōu)勢。

輕型雙光無人機：輕型雙光無人機最大信號有效距離是6km，抗干擾能力一般，有全向感知系統(tǒng)，最大可抗風速為5級，無防水能力，軸距400mm以下，重量7kg以下，風險較小，續(xù)航時間短。綜上，輕型雙光無人機適合執(zhí)行城區(qū)的500kV、220kV線路，以及大部分110kV線路。

4 雙光無人機自動駕駛巡檢計劃建議

可見光精細化巡視：宜在年度停電檢修前完成本年度全線的精細化巡視，分析精細化照片，發(fā)現(xiàn)缺陷上報缺陷，結合停電計劃安排消缺。每條線路的航線規(guī)劃應有基準航線，即該航線拍攝范圍只覆蓋地線掛點、三相掛點、耐張線夾、絕緣子，全線拍攝點與被拍攝設備凈空距離統(tǒng)一，角度統(tǒng)一，航線軌跡安全可靠。

紅外測溫精細化巡視：宜在年度停電檢修前完成本年度全線的紅外測溫精細化巡視，分析紅外測溫照片，發(fā)現(xiàn)缺陷上報缺陷，結合停電計劃安排消缺；紅外測溫精細化巡視應選在線路高負荷運行日期進行，并記錄巡視地點當?shù)氐娘L速、氣溫、濕度，查詢該架次拍攝時間區(qū)段對應該線路的平均電流值并記錄，積污線路可開展紅外測溫；針對耐張線夾，拍攝角度為水平或俯視、以不遮擋為最優(yōu)先，其次保持與耐張線夾垂直測溫效果最佳。針對垂直復合絕緣子，拍攝角度為零測溫效果最佳。針對V串復合絕緣子，拍攝角度與絕緣子芯棒垂直測溫效果最佳。

通道巡視：通道巡視可與防外力破壞工作結合，針對巡視發(fā)現(xiàn)有機械施工跡象、道路平整、樓房新建跡象的區(qū)段宜采集全景照片，開展點云采集蛇形飛行，數(shù)據(jù)處理后可分析施工進度、范圍、趨勢；線路遷改、技改后宜盡快進行開展點云采集蛇形飛行。針對防樹障重點區(qū)段，宜開展激光雷達點云采集飛行，實時準確的跟蹤樹木最新的生長狀況。

綜合巡視：以紅外雙光無人機執(zhí)行一次500kV海臚甲線的精細化巡視為例，相當于完成了一次500kV海臚甲線可見光精細化巡視、一次500kV海臚甲線紅外測溫精細化巡視、一次500kV海臚甲線通道巡視、一次500kV海臚乙線通道巡視。如果是雙回以上的線路，完成的通道巡視次數(shù)更多。

同塔線路各回線路單獨規(guī)劃和執(zhí)行自動駕駛巡檢的意義在于巡視目的明確，巡視該線路就執(zhí)行該線路航線，無需執(zhí)行同塔的其他回線路。應結合運維策略、停電窗口、同塔多回綜合考慮，制定綜合巡視計劃。