簡析智能機(jī)器人在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

王舒平

（中國石油集團(tuán)電能有限公司，黑龍江 大慶 163000）

在輸電線路當(dāng)中，許多的電線桿和電線都處于野外環(huán)境當(dāng)中，長時間受到太陽照曬以及不同氣候條件的影響，使得材料的老化速度不斷加快，出現(xiàn)了大量的磨損腐蝕情況，線路當(dāng)中經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)線斷股或者異物懸掛等問題，假如不及時的進(jìn)行檢查和維修，就會產(chǎn)生大量的風(fēng)險隱患問題，不但會引發(fā)大面積電力供應(yīng)中斷，還可能對一些區(qū)域居民的生命和財產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅。輸電線路巡檢的智能化是電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是難度較高的部分。由于在輸電線路當(dāng)中存在著許多地理條件十分險峻的地段，人工巡檢的危險性較高，假如可以應(yīng)用智能機(jī)器人代替人工，那么不但可以有效地規(guī)避這些風(fēng)險問題，還可以對輸電線路進(jìn)行全面的巡視檢查，利用遠(yuǎn)程控制手段，完成對人工無法達(dá)到區(qū)域的巡檢。

1 智能巡線機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計

1.1 電力供應(yīng)

智能巡線機(jī)器人通常都能夠通過遠(yuǎn)程技術(shù)進(jìn)行控制，具備一定的學(xué)習(xí)能力，可以依據(jù)提前設(shè)定的巡視檢查任務(wù)在輸電線路上自主的開展巡檢，并及時將檢查的結(jié)果反饋到控制中心系統(tǒng)當(dāng)中，并依據(jù)輸電線路中發(fā)現(xiàn)的問題采取有效的手段進(jìn)行處理。針對智能機(jī)器人來說，電力供應(yīng)問題具有非常重要的作用。當(dāng)前主要的問題解決方式是進(jìn)行動態(tài)供電，也就是智能巡線機(jī)器人在對通電線路進(jìn)行巡視檢查的過程中，輸電線路可以為智能機(jī)器人進(jìn)行電力的供應(yīng)，并為智能巡線機(jī)器人內(nèi)配置的電池進(jìn)行充電，使電池始終維持飽和狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在故障的線路時，打開電源為智能機(jī)器人提供能源。這一電力供應(yīng)方式，可以保證智能巡線機(jī)器人在各種環(huán)境中干工作，并且可以最大限度的避免對電池造成損害，使電池的使用壽命得到了有效的延長，而且在完成一次巡線任務(wù)以后，智能機(jī)器人返回控制中心，可以對電池的具體情況進(jìn)行及時檢測，從而判斷是否需要為電池充電，為下一次巡線任務(wù)的開展做好準(zhǔn)備。

1.2 應(yīng)用技術(shù)

為了使智能機(jī)器人更好地完成巡線任務(wù)，一定要讓其可以感知到方向，才可以準(zhǔn)確的在巡線區(qū)域內(nèi)完成既定的任務(wù)。當(dāng)前主要采用的技術(shù)包括GPS技術(shù)、激光定位技術(shù)以及軌道導(dǎo)航技術(shù)，也就是通過各種即時定位手段進(jìn)行定位導(dǎo)航模塊的構(gòu)建，從而幫助智能機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。通過這一方法，可以使智能巡線機(jī)器人更加靈活，促進(jìn)了巡檢工作效率的提高。隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，可以有效地使控制中心與巡線機(jī)器人進(jìn)行更加快速準(zhǔn)確的交互，改變了以往因為信號問題使得智能機(jī)器人無法完成巡線工作的問題，并使數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量大幅提高，使前方與后方的交互更加密切。智能巡線機(jī)器人在工作過程中，一般會利用熱成像儀來識別故障線路，依據(jù)溫度分布情況進(jìn)行圖像化處理，從而有效地對故障線路進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。這一方法的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在測量范圍大、精度高，不但可以對很寬的溫度范圍進(jìn)行檢測，而且不會對智能機(jī)器人造成傷害。熱成像儀的功率很小，在智能機(jī)器人中占據(jù)了很小的空間，具有極高的靈活性。

智能巡線機(jī)器人在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，通常會利用具有電磁屏蔽功能的材料，從而避免外界電磁干擾對機(jī)器人造成的影響。同時，巡線機(jī)器人還需要具備一定的學(xué)習(xí)能力，可以將線路巡查過程中收集到的信息快速的輸送到數(shù)據(jù)庫內(nèi)進(jìn)行保存，而數(shù)據(jù)庫會對傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析，并將結(jié)果再次反饋給智能巡線機(jī)器人，通過這樣的數(shù)據(jù)傳輸模式，智能巡線機(jī)器人可以及時了解各種故障問題，在發(fā)現(xiàn)線路故障時，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行判斷并采取設(shè)定的程序進(jìn)行處理。同時，智能巡線機(jī)器人配備的機(jī)械摩阻，能夠使其快速安全的翻閱各種防震錘、電線桿等，并自動完成攀爬等動作，依靠自身具備的學(xué)習(xí)功能，智能機(jī)器人在完成這些動作的過程中，可以很好的對速度、位置和方向進(jìn)行把控。

2 智能機(jī)器人的狀態(tài)

（1）待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)智能巡線機(jī)器人沒有接收到后方控制系統(tǒng)發(fā)出的任何指令時，就會一致保持待命狀態(tài)，使自身配備的各種設(shè)備都處于關(guān)閉狀態(tài)，從而保證電池電量不被消耗，等待后方控制中心進(jìn)行巡線任務(wù)的下達(dá)。

（2）充電狀態(tài)。智能巡線機(jī)器人在工作過程中，會通過傳輸線路進(jìn)行充電，將輸電線路內(nèi)的電能當(dāng)做自身行動的能量來源，使電池一致保持飽和狀態(tài)，假如因為故障的修理而需要損耗大量的電量，這時巡線機(jī)器人會快速的向后方控制中心進(jìn)行這一具體狀況的匯報，并及時的返回距離最近的充電位置進(jìn)行電池充電。

（3）工作狀態(tài)。智能巡檢機(jī)器人處于工作狀態(tài)時，通常包括三種工作模式，分別是手動控制模式、半自動巡檢模式和全自動巡檢模式。①手動控制模式。在這一模式下，智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行巡檢任務(wù)時都由工作人員負(fù)責(zé)控制，依據(jù)工作人員下發(fā)的指令開展工作，一般應(yīng)用于地形十分復(fù)雜的輸電線路巡檢當(dāng)中或者需要對大型故障進(jìn)行確認(rèn)的情況下。②半自動巡檢模式。這一模式下，智能巡檢機(jī)器人會依據(jù)提前設(shè)定好的工作計劃進(jìn)行線路的巡視檢查，在完成既定的巡檢工作以后返回到距離最近的充電站進(jìn)行充電或者進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)等待控制中心下發(fā)的任務(wù)。③全自動巡檢模式。在這一模式下，智能巡線機(jī)器人會根據(jù)自己的想法主動對輸電線路進(jìn)行巡視檢查。在常規(guī)巡檢中通常會應(yīng)用半自動和全自動巡檢模式。

3 智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用

3.1 主要功能

由于輸電線路的巡檢過程較為繁瑣，因此智能巡檢機(jī)器人也需要具備多種功能。比如在巡檢過程中需要技術(shù)人員進(jìn)行控制，在機(jī)器人上配備攝像功能，并且需要攝像功能達(dá)到較高的要求，可以對黑暗地區(qū)進(jìn)行清晰的攝像，因此必然需要安裝可見光攝像機(jī)和紅外線成像儀等，從而將拍到的照片進(jìn)行儲存和傳輸。智能機(jī)器人在工作時要注意區(qū)分平穩(wěn)地區(qū)和地形起伏較大的地區(qū)，在坡度超過8度時機(jī)器人要采取蠕動模式，在坡度低于8度時要注意防震裝置的應(yīng)用。在平穩(wěn)地區(qū)行進(jìn)時也要注意防滑問題。因為輸電線路的范圍較大所以需要對電能情況進(jìn)行科學(xué)的考察，為了避免智能機(jī)器人在工作時出現(xiàn)斷電問題，需要保證其電能供應(yīng)，可以設(shè)計太陽能板，從而可以使在較高的地方工作。為了解決圖像和視頻的傳輸問題，需要在機(jī)器人中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的安裝，并對機(jī)器人的內(nèi)存進(jìn)行合理的設(shè)計，避免完成拍攝后出現(xiàn)無法有效保存的問題。此外，還要對拍攝的視頻和圖像進(jìn)行清晰化處理，從而為故障的判斷提供基礎(chǔ)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

由于一些地區(qū)地形十分復(fù)雜，對機(jī)器人本體的機(jī)械機(jī)構(gòu)提出了更高的要求，因此在對機(jī)器人的本體機(jī)械進(jìn)行設(shè)計時，需要充分考慮在起伏和平緩地區(qū)內(nèi)的不同行進(jìn)方式。同時，智能機(jī)器人在工作中可能面臨惡劣天氣帶來的影響，因此機(jī)器人行走的齒輪也要進(jìn)行防護(hù)處理，并且可以通過聚氨酯材料的應(yīng)用解決其能量消耗問題，促進(jìn)其使用效率的提高。當(dāng)智能機(jī)器人在地形起伏較大的地區(qū)工作時，可以設(shè)置兩種機(jī)械臂的工作方法，在機(jī)械臂上進(jìn)行滑輪的安裝，并將其設(shè)計成三個旋轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)，可以通過機(jī)械臂行走，解決起伏地區(qū)無法工作的問題。因為輸電線路檢查需要認(rèn)真仔細(xì)，所以可以安裝一個能夠伸縮的長臂，并在長臂上進(jìn)行攝像頭的安裝，從而可以清晰的拍到各個地方。輸電線路一些地區(qū)十分密集，因此需要對智能機(jī)器人的大小進(jìn)行調(diào)整，使其更加靈活便捷。在進(jìn)行機(jī)械臂的設(shè)計時，要使機(jī)器人不但可以進(jìn)行平行運動，還可以選擇其他的運行方式，從而使線路巡檢更加的全面，因此，可以在機(jī)械臂上安裝能夠旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)，使其可以平行或者垂直工作，有效地保證了機(jī)器人的工作靈活性。

3.3 智能機(jī)器人構(gòu)成

智能機(jī)器人可以搭載各種設(shè)備，包括紅外熱成像儀、可見光攝像機(jī)、傾斜相機(jī)、激光雷達(dá)距離測量儀、高音喇叭等，可以對巡檢線路進(jìn)行近景拍照，并將攝取的視頻和圖片回傳到控制中心，還可以對接頭位置的溫度進(jìn)行測試，對交跨距離進(jìn)行測量，進(jìn)行三維實景模型的構(gòu)建，在發(fā)現(xiàn)危險性較高的施工行為時會發(fā)出高音警示。智能機(jī)器人可以跨越輸電線路上間隔棒、防震錘、桿塔等，所以，智能機(jī)器人能夠完成全自動巡檢而不受到線路情況和外界環(huán)境的影響。

3.4 智能巡檢系統(tǒng)的搭建

智能巡線機(jī)器人利用提前設(shè)定好的軌道自動完成上線，對輸電線路的導(dǎo)線和桿塔進(jìn)行全面的拍攝，將采集到的清晰度較高的紅外熱像、可見光以及三維立體圖片通過后臺控制中心系統(tǒng)進(jìn)行處理，判斷出線路中存在的各種缺陷問題，在線上可以自動利用太陽能進(jìn)行充電，保證了機(jī)器人的續(xù)航能力，巡檢完成以后經(jīng)由預(yù)設(shè)軌道自動完成下線。

3.5 智能巡檢流程

智能機(jī)器人在開始進(jìn)行線路巡檢以前要提前做好各項準(zhǔn)備工作。（1）要進(jìn)行設(shè)備的裝配，并對機(jī)器人各個部件進(jìn)行全面檢查，將機(jī)器人的電源打開，使其自動完成系統(tǒng)檢查，然后利用提前設(shè)定好的軌道提升機(jī)器人上線，將機(jī)器人的行走輪安裝在導(dǎo)軌上，使其直接行進(jìn)到架空地線上。（2）進(jìn)行巡檢規(guī)劃的設(shè)置，并進(jìn)行機(jī)器人巡檢線路的選擇，設(shè)置好開始和結(jié)束的桿塔以及巡視檢查的模式，可以進(jìn)行人工操作巡檢，也可以進(jìn)行自動巡檢。利用太陽能進(jìn)行自動充電，當(dāng)機(jī)器人電池電量過低時，可以自動行進(jìn)到充電設(shè)備的位置，對接充電頭后開始自動充電，在控制中心內(nèi)可以對充電參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。機(jī)器人完成既定的巡檢任務(wù)以后，可以通過預(yù)設(shè)軌道或者人力方式下線，安排專門的人員進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。巡檢過程中收集到的數(shù)據(jù)可以實時傳送到后臺控制中心內(nèi)，機(jī)器人下線后可以取出存儲卡并進(jìn)行數(shù)據(jù)的拷貝，技術(shù)人員負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，并進(jìn)行巡檢報告的編制。

3.6 數(shù)據(jù)分析和處理

有關(guān)人員要依據(jù)圖像命名規(guī)則對巡檢收集到的圖像進(jìn)行類別劃分，并依據(jù)巡檢目標(biāo)的不同對其進(jìn)行定位。在機(jī)器人進(jìn)行可見光照片和紅外照片的拍攝前，要對運行數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行查詢，確定機(jī)器人的具體位置、運行反向、拍攝時間等信息，然后依據(jù)這一信息以及機(jī)器人巡視檢查使用的設(shè)備和設(shè)定的流程進(jìn)行圖像說明。

3.7 巡檢結(jié)果分析

巡檢報告：進(jìn)行類別劃分以后的圖像主要依靠人工進(jìn)行處理和分析，對圖片進(jìn)行全面的瀏覽，并對缺陷位置進(jìn)行清晰的標(biāo)注，對存在缺陷的圖片進(jìn)行重新的命名，然后對缺陷進(jìn)行統(tǒng)計，并進(jìn)行巡檢報告的編寫。報告的內(nèi)容主要包括缺陷的詳細(xì)描述、缺陷的危險等級劃分以及處理意見，并巡檢照片、紅外溫度測量照片、激光掃描距離測量報告等附加在后面。

巡檢數(shù)據(jù)庫：構(gòu)建起數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對每次線路巡檢收集到的圖像、紅外數(shù)據(jù)、巡檢報告等進(jìn)行記錄，從而對每次巡檢的狀態(tài)進(jìn)行直觀的比較，為后續(xù)進(jìn)行巡檢和維修策略的制定提供依據(jù)。

3.8 智能機(jī)器人巡檢與人工巡檢的比較

智能機(jī)器人中配備了紅外云臺熱成像儀、可見光云臺攝像機(jī)、激光掃描等各種設(shè)備，可以以較近的視角對線路進(jìn)行觀察，具有測量精度高、巡檢效率高等優(yōu)勢。同時，還可以將線路巡檢收集到的視頻、圖片等數(shù)據(jù)通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛婊?，方便技術(shù)人員及時地發(fā)現(xiàn)線路中的各種缺陷問題以及環(huán)境隱患等，使巡檢結(jié)果的獲取更加快速和準(zhǔn)確。智能機(jī)器人巡檢模式相較于人工巡檢，在巡檢的結(jié)果、巡檢數(shù)據(jù)的管理、影像資料的再次查詢等方面都具有顯著的優(yōu)勢，促進(jìn)了電網(wǎng)企業(yè)管理的智能化和高效化。

4 結(jié)語

當(dāng)前電網(wǎng)智能化的進(jìn)程不斷加快，已經(jīng)成為我們國家重要的戰(zhàn)略部署。通過智能巡線機(jī)器人的應(yīng)用，可以有效地彌補(bǔ)人工巡線中的各種不足，使工作人員擺脫惡劣的工作環(huán)境，促進(jìn)巡檢工作安全性的提高。相較于人工巡檢模式，智能巡線機(jī)器人不但能保證輸電線路運行的穩(wěn)定和安全，還可以更加快速高效地完成巡檢任務(wù)，是進(jìn)行智能電網(wǎng)建設(shè)的重要措施。