配網(wǎng)無人機與數(shù)字化建設(shè)的應(yīng)用

張彬，陳斯炯，黃子建，蔡依麟，許國偉

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，廣東汕頭， 515000）

0 引言

在電力系統(tǒng)中，配電線路是地區(qū)電力輸送的毛細(xì)血管，直接面對用戶，與其相關(guān)的線路巡檢工作是保障地方配電網(wǎng)絡(luò)安全運行的關(guān)鍵一環(huán)。

伴隨著我國電力發(fā)展步伐的逐年加快，規(guī)模日漸龐大的配電線路在惡劣環(huán)境長期運行過程中容易產(chǎn)生高頻次的設(shè)備異常情況，依靠傳統(tǒng)人工逐基桿塔巡檢的作業(yè)方式不僅工作量大、效率低、費用高，且在復(fù)雜地理環(huán)境下的人力巡檢工作還會威脅作業(yè)人員的生命安全[1]。

為此，本單位積極探索配電網(wǎng)電力巡檢新模式，先后開展了無人機巡檢作業(yè)、無人機全景采集作業(yè)、無人機航測作業(yè)，且利用科技手段挖掘無人機作業(yè)后的數(shù)據(jù)進行相關(guān)的數(shù)字化應(yīng)用。其中，無人機自動駕駛雙光巡檢架空配電線路緩解了以往的人工巡檢作業(yè)壓力，克服人工巡檢“慢、難、粗、險” 的技術(shù)弊端，還能夠與人工巡檢形成優(yōu)勢互補，從而為實現(xiàn)真正意義上的智能化無人巡檢作業(yè)夯實基礎(chǔ)；720全景的配網(wǎng)通道走廊“空中街景”的采集和應(yīng)用解決了在配網(wǎng)運維中的現(xiàn)場勘察、作業(yè)交底、通道情況無死角全覆蓋存檔等問題，大大減少了修理技改頻繁重復(fù)跑現(xiàn)場的問題，提高勘查效率，節(jié)省勘查的時間；數(shù)字模型的建設(shè)包含了二維模型采集解算[2]、三維實景模型采集解算、點云模型采集解算和點云模型矢量化建設(shè)，更是徹底解決了配網(wǎng)線路管理中的各種工程測量、方案路演、方案安全交底等其它工作問題，為配網(wǎng)線路的運維管理走向數(shù)字化打下了數(shù)字基礎(chǔ)。

1 配網(wǎng)無人機自動駕駛航線規(guī)劃與自動駕駛雙光精細(xì)化巡視

目前，本單位已完成 10kV架空線路機巡自動駕駛?cè)采w工作，無人機自動駕駛技術(shù)的深度應(yīng)用大大提升了配網(wǎng)巡視質(zhì)量和效率，為數(shù)字配網(wǎng)建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)[3]。三維航線規(guī)劃如圖1所示。

圖1 三維航線規(guī)劃演示

無人機精細(xì)化巡視對飛手操作要求相對較高，以往開展無人機巡視需要花大量時間對飛手進行培訓(xùn)，巡視效率取決于飛手的熟練程度。隨著RTK無人機技術(shù)的成熟，利用自動駕駛技術(shù)，運維人員只需掌握無人機的基本操作，便可以使用規(guī)劃的航線進行巡視[4]，不僅提高了效率，降低了飛手的年齡覆蓋層，讓大部分員工可以參與，減輕了運維人員的工作壓力，而且保證了巡視數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

此外，紅外雙光無人機的使用也帶來了極大的便利，在自動精細(xì)化巡視的同時，利用無人機自帶的高溫報警功能，可對設(shè)備溫度進行實時觀測（圖2所示），提高紅外測溫效率，達(dá)到及時發(fā)現(xiàn)熱缺陷的目的。

圖2 紅外雙光無人機測溫效果

2 在配網(wǎng)運維中應(yīng)用720度全景

720度全景相片利用無人機在桿塔附近進行360°的圖片采集，通過720全景合成軟件進行拼接，可以展示拍攝位置周圍的所有環(huán)境情況。720全景可用于線路建設(shè)規(guī)劃、現(xiàn)場勘查等場景（如圖3所示）。

圖3 720 全景演示

在線路建設(shè)中，利用720全景可以對桿塔周圍地形、環(huán)境進行初步勘查，只需利用一臺普通無人機進行一鍵全景拍攝，通過簡單圖片拼接便能得到720全景。相比于以往的現(xiàn)場拍攝圖片，全景能夠展提供高空采集的全方位影像信息[5]，同時，由于720全景具有畫面質(zhì)量高、數(shù)據(jù)量小等特點，往往將其部署在云端服務(wù)器，便于在不同設(shè)備上進行查看，為規(guī)劃工作提供便利。

除此之外，720全景也適用于其他勘查場景，例如帶電作業(yè)前期勘查。前期勘查通過720全景提供的全方位信息，能夠判斷作業(yè)位置的基本情況、設(shè)備進場條件等信息，提高勘查效率，節(jié)省現(xiàn)場勘查的時間。

3 數(shù)字模型在配網(wǎng)運維中的應(yīng)用

數(shù)字模型包括了二維模型和三維模型，通過RTK無人機的外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，可生成帶有經(jīng)緯度信息的二維正射影像和傾斜攝影三維模型。

3.1 二維模型

無人機二維正射影像是通過RTK無人機對所選區(qū)域進行掃描，利用大疆智圖生成的具有正射投影性質(zhì)的遙感影像。相比于衛(wèi)星高空遙感影像，無人機采集的正射影像具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優(yōu)點，利用現(xiàn)有的電纜位置信息，結(jié)合二維正射影像，可對電纜走向信息進行標(biāo)繪和修正，便于日常運維管理（如圖4所示）。

圖4 電纜走向標(biāo)繪效果

3.2 三維模型

傾斜攝影三維模型分為點云模型和實景模型，這兩種模型都具有空間位置信息。

三維點云模型數(shù)據(jù)是最為常見也是最基礎(chǔ)的三維模型。點云模型往往由測量直接得到，每個點對應(yīng)一個測量點，未經(jīng)過其他處理手段，故包含了最大的信息量。在配網(wǎng)運維中，利用含有導(dǎo)線信息的點云數(shù)據(jù)可對導(dǎo)線進行矢量化擬合[6]，使其具備矢量特性，可對線路通道的障礙物和風(fēng)險點進行測量分析，提高安全距離判斷的準(zhǔn)確性（如圖5，6所示）。

圖5 點云導(dǎo)線擬合效果

圖6 利用點云進行安全距離測量

三維實景模型則是帶有真實紋理的三角網(wǎng)格模型，所輸出的三維網(wǎng)格模型能夠準(zhǔn)確、精細(xì)地復(fù)原出建模主體的真實色澤、幾何形態(tài)，具有逼真的精美細(xì)節(jié)、清晰的邊緣及精確的幾何特性。通過傾斜攝影對配網(wǎng)線路通道進行高空采集，對桿塔進行環(huán)繞采集，利用大疆智圖等軟件解算，可得到配電線路三維實景模型。配電線路三維實景模型與利用點云模型所擬合的導(dǎo)線相結(jié)合，可組成具有矢量導(dǎo)線的實景模型。

三維實景模型可用于現(xiàn)場勘查、相序標(biāo)注等場景。

3.2.1 現(xiàn)場勘查

在現(xiàn)場勘查工作中，以往的現(xiàn)場勘查需要花費大量的人力成本和時間成本，利用三維實景模型，可以在電腦上方便地對現(xiàn)場環(huán)境、地形、安全距離、設(shè)備進場條件等進行勘查，三維實景模型所具有的空間位置信息也能夠提供準(zhǔn)確的測距功能（如圖7所示），對現(xiàn)場作業(yè)進行預(yù)演，提高現(xiàn)場作業(yè)效率。

圖7 三維實景模型測距效果

3.2.2 相序標(biāo)注

配網(wǎng)的相序核定是運行中存在的痛點，時常存在設(shè)備標(biāo)色不準(zhǔn)確的情況，給運維帶來不便。通過三維實景模型中矢量化的導(dǎo)線，運維人員可在進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集時進行定相，將矢量化導(dǎo)線進行顏色標(biāo)注，便于在接入設(shè)備時進行核對相序是否正確，減輕運維壓力。

圖8 具有矢量導(dǎo)線的配電線路實景模型

4 結(jié)論

近年來，電網(wǎng)結(jié)合我國實際情況提出“著力推進電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展”與“推進電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的戰(zhàn)略思路，電網(wǎng)在構(gòu)建安全高效配電網(wǎng)絡(luò)、配電線路運維與巡檢設(shè)備理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)[7]、建設(shè)實踐和標(biāo)準(zhǔn)制定等方面開展了較為深入的研究，并取得了一系列具備自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性科技成果。

本文參考該技術(shù)領(lǐng)域的階段性研究成果，首先本通過介紹本單位配網(wǎng)巡檢無人機巡檢由手動飛行駕駛到自動駕駛轉(zhuǎn)變的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時對于無人機在本單位的其它應(yīng)用場景和數(shù)字化建設(shè)應(yīng)用案例介紹，了解無人機的作用及其相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘處理與數(shù)字化應(yīng)用手段，了解全面利用無人機進行配網(wǎng)巡檢與數(shù)字化建設(shè)管理涉及到配網(wǎng)線路運維[8]、低空遙感航測、點云分析處理技術(shù)等多個專業(yè)領(lǐng)域，需要多種技術(shù)跨領(lǐng)域交叉融合，極具創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性性。但不難預(yù)見的是，隨著無人機應(yīng)用的深度和廣度持續(xù)提升，還有數(shù)字化數(shù)據(jù)處理應(yīng)用手段的提升，該技術(shù)在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)將會是配網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)應(yīng)用研究和應(yīng)用熱點之一。本單位已完成10kV架空線路機巡自動駕駛?cè)采w工作，無人機自動駕駛技術(shù)的深度應(yīng)用大大提升了配網(wǎng)巡視質(zhì)量和效率，為數(shù)字配網(wǎng)建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)。