基于多無(wú)人機(jī)協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略研究

張德帥 王澤躍 臧博琦

摘??要：為提高輸變電設(shè)備智能化運(yùn)維質(zhì)效，充分利用架空輸電線路“自主巡檢”“機(jī)巢”建設(shè)成果，通過(guò)分析無(wú)人機(jī)自主巡檢工作痛點(diǎn)、難點(diǎn)，提出了一種基于多無(wú)人機(jī)協(xié)同的輸變配一體化智能巡檢策略。此方案充分考慮輸變配一體化巡檢后設(shè)備體量的指數(shù)增長(zhǎng)情況，從多無(wú)人機(jī)巡視任務(wù)與航線規(guī)劃、同空域多無(wú)人機(jī)巡檢安全性、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備變化后航線調(diào)整工作量及缺陷分析等角度出發(fā)探索解決方案。方案落地后，可以將一線人員從繁重的巡視工作中脫離出來(lái)，提高巡視作業(yè)智能化、自動(dòng)化程度。同時(shí)可以大幅度提高巡檢資源利用率，精細(xì)化管理輸變配設(shè)備缺陷、隱患，極大程度助力輸變配設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和狀態(tài)評(píng)估工作，對(duì)提升智能化運(yùn)檢水平、提高主網(wǎng)運(yùn)行可靠性具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：輸變配一體化巡檢??多無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)??“立體巡檢”運(yùn)維新模式??風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

中圖分類(lèi)號(hào)：TM755

Research?on?the?Integrated?Inspection?Strategy?of?Transmission，?Transformation?and?Distribution?Based?on?Multi-UAV?Collaboration

ZHANG?Deshuai??WANG?Zeyue??ZANG?Boqi

（Chengxi?Power?Supply?Branch，?State?Grid?Tianjin?Electric?Power?Company，?Tianjin，??300113?China）

Abstract：?In?order?to?improve?the?quality?and?efficiency?of?the?intelligent?operation?and?maintenance?of?power?transmission?and?transformation?equipment，?and?make?full?use?of?the?construction?results?of?the?"autonomous?inspection"?and?"nest"?of?overhead?transmission?lines，?this?paper?analyzes?the?pain?points?and?difficulties?of?the?autonomous?inspection?of?UAVs，?and?proposes?an?integrated?intelligent?inspection?strategy?of?transmission，?transformation?and?distribution?based?on?multi-UAV?collaboration.?The?solution?fully?considers?the?exponential?growth?of?equipment?volume?after?the?integrated?inspection?of?transmission，?transformation?and?distribution，?and?explores?solutions?from?the?perspectives?of?multi-UAV?patrol?tasks?and?route?planning，?multi-UAV?inspection?safety?in?the?same?airspace，?and?route?adjustment?workload?and?defect?analysis?after?on-site?equipment?changes.?After?the?solution?is?implemented，?it?can?separate?the?front-line?personnel?from?heavy?inspection?work，?so?as?to?improve?the?degree?of?the?intelligence?and?automation?of?inspection?operation，?and?it?can?also?greatly?improve?the?utilization?rate?of?inspection?resources?and?refine?the?management?of?the?defects?and?hidden?dangers?of?transmission，?transformation?and?distribution?equipment，?so?as?to?greatly?help?the?risk?assessment?and?status?assessment?of?transmission，?transformation?and?distribution?equipment，?which?is?of?great?practical?significance?for?improving?the?intelligent?operation?and?inspection?level?and?improving?the?operational?reliability?of?the?main?network.

Key?Words：?Integrated?inspection?of?transmission，?transformation?and?distribution;?Multi-UAV?collaborative?operation;?New?operation?and?maintenance?model?of?"three-dimensional?inspection";?Risk?assessment

1??研發(fā)背景

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，輸變配設(shè)備的規(guī)模大幅度增長(zhǎng)，電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和壓力與日俱增，一線運(yùn)維人員承載力不足、設(shè)備運(yùn)維智能化水平低的問(wèn)題難以適應(yīng)電網(wǎng)高速發(fā)展和安全運(yùn)行要求。變電站多為無(wú)人值守變電站，運(yùn)維人員管轄范圍較大，且由于巡視手段、巡視精度局限，存在大量巡視盲區(qū)。輸配電設(shè)備無(wú)人機(jī)自主巡檢工作雖然已經(jīng)在很多網(wǎng)省公司廣泛應(yīng)用，但是巡檢數(shù)據(jù)管理粗放、資源和巡檢數(shù)據(jù)未充分利用的問(wèn)題日漸凸顯。

浙江麗水供電公司南城無(wú)人機(jī)管控室通過(guò)將輸變配一體化巡檢指令下達(dá)至試點(diǎn)機(jī)巢，成功實(shí)現(xiàn)了輸變配一體化巡檢的試點(diǎn)應(yīng)用[1]。潘德泰等人[2]為了解決電網(wǎng)復(fù)雜背景下誤檢率高的問(wèn)題，并提高巡檢效果，提出了基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的電網(wǎng)輸變配環(huán)節(jié)配電線路巡檢系統(tǒng)。盧峭峰等人[3]基于已成熟的車(chē)載機(jī)巢技術(shù)，運(yùn)用的“巢-巢”巡檢模式，提出了一種多無(wú)人機(jī)協(xié)同智能巡檢車(chē)載機(jī)巢的設(shè)計(jì)方案。以上研究都存在一定的局限性，對(duì)輸變配設(shè)備自主巡檢工作未從技術(shù)層面展開(kāi)反洗，同時(shí)未對(duì)智能化巡檢策略的數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)應(yīng)用提出建設(shè)性意見(jiàn)。

為充分利用“自主巡檢”“機(jī)巢”成果，優(yōu)化區(qū)域化輸變配設(shè)備智能化巡檢策略，充分挖掘巡檢過(guò)程數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值，本文提出了一種基于多無(wú)人機(jī)協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略。該策略針對(duì)輸變配專(zhuān)業(yè)運(yùn)檢痛點(diǎn)、難點(diǎn)，在點(diǎn)云掃描、三維建模、航線規(guī)劃制定巡視航線的基礎(chǔ)上，探索多無(wú)人機(jī)巡視任務(wù)與航線規(guī)劃、同空域多無(wú)人機(jī)巡檢安全性、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備變化后航線調(diào)整工作量及缺陷分析等關(guān)鍵問(wèn)題，極大地提高了無(wú)人機(jī)巡檢效率，提高了輸變配設(shè)備安全性與可靠性。

2??一體化巡檢策略在輸變配設(shè)備中的應(yīng)用研究

2.1??總體設(shè)計(jì)方案

本文提出一種多無(wú)人機(jī)協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略，利用無(wú)人機(jī)智能巡檢設(shè)備實(shí)現(xiàn)輸配電線路和變電設(shè)備聯(lián)合巡檢，輸配電設(shè)備以架空輸電線路本體與通道巡視為主，變電設(shè)備以站內(nèi)門(mén)架、室外變壓器等設(shè)備為主，采用可見(jiàn)光+紅外巡視模式[4]。輸變配一體化巡檢作業(yè)覆蓋范圍采用固定機(jī)巢或移動(dòng)機(jī)巢為中心，以5?km為半徑實(shí)施，多臺(tái)無(wú)人機(jī)協(xié)同開(kāi)展作業(yè)，作業(yè)后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一體化巡檢流程如圖1所示。

2.2??巡檢策略核心工作

2.2.1?點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、航線規(guī)劃與微調(diào)

為獲取輸變配設(shè)備三維模型，首先使用大疆M300無(wú)人機(jī)搭載L1激光雷達(dá)對(duì)全部輸變配待巡檢設(shè)備開(kāi)展激光點(diǎn)云掃描工作，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后獲得三維模型如圖2所示。三維模型的搭建以變電站為中心，輻射周邊輸電、配電線路。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、環(huán)境出現(xiàn)變化時(shí)，在巡檢可見(jiàn)光照片輔助下，直接對(duì)點(diǎn)云模型基礎(chǔ)上的已有航線進(jìn)行微調(diào)，避免大量的、重復(fù)的點(diǎn)云掃描與航線重規(guī)劃工作。

2.2.2?多無(wú)人機(jī)任務(wù)分配及巡視路徑規(guī)劃

輸變配巡檢工作一體化開(kāi)展后，設(shè)備體量與輸電線路自主巡檢相比將呈指數(shù)增長(zhǎng)，以變電站為中心，為機(jī)巢內(nèi)無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡視任務(wù)分配，巡視任務(wù)分配采用改進(jìn)的匈牙利算法。分配結(jié)束后為每臺(tái)無(wú)人機(jī)制定巡視航線，最優(yōu)航線規(guī)劃采用改進(jìn)的深度優(yōu)先搜索算法[5]。所規(guī)劃航線要求無(wú)人機(jī)間任務(wù)分配合理、巡視路徑最優(yōu)，巡視軌跡與帶電線路保持安全距離，關(guān)鍵點(diǎn)位數(shù)據(jù)無(wú)遺漏，巡視過(guò)程避開(kāi)障礙物。

2.2.3?數(shù)據(jù)分析及報(bào)告批量生成

一體化巡檢作業(yè)完成后，生成了大量可見(jiàn)光照片及紅外照片。拍攝可見(jiàn)光、紅外照片清晰可用，拍攝角度合、數(shù)據(jù)采集頻率合理。針對(duì)可見(jiàn)光照片，通過(guò)設(shè)計(jì)模式識(shí)別算法并開(kāi)發(fā)軟件，可以批量分析照片中設(shè)備缺陷，并按照缺陷等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)，輔助運(yùn)維人員開(kāi)展缺陷定級(jí)及檢修計(jì)劃安排。針對(duì)紅外照片，可使用大疆制圖軟件進(jìn)行批量分析及報(bào)告生成。運(yùn)檢人員可根據(jù)缺陷及報(bào)告中數(shù)據(jù)情況，合理安排檢修計(jì)劃開(kāi)展消缺?？紤]到現(xiàn)有模式識(shí)別算法在電力設(shè)備缺陷分析中的可靠性仍舊不強(qiáng)，大量現(xiàn)場(chǎng)照片依賴一線人員分析，軟件中開(kāi)發(fā)照片對(duì)比功能，當(dāng)照片間對(duì)比重合率較高時(shí)進(jìn)行篩除，減少缺陷照片分析工作量。

2.2.4?巡檢過(guò)程無(wú)人機(jī)的安全性探討

輸變配一體化巡檢策略應(yīng)用后，統(tǒng)一空域無(wú)人機(jī)數(shù)量將大幅增加，巡視航線的規(guī)劃必須考慮多無(wú)人機(jī)之間干擾導(dǎo)致炸機(jī)情況的出現(xiàn)。本策略研究無(wú)人機(jī)反制技術(shù)，對(duì)空域內(nèi)非法入侵無(wú)人機(jī)進(jìn)行驅(qū)離，通過(guò)規(guī)劃無(wú)人機(jī)應(yīng)急航線，避免任務(wù)中不同機(jī)巢無(wú)人機(jī)之間碰撞，提高無(wú)人機(jī)巡檢安全性。

3?一體化巡檢策略的應(yīng)用效果

多無(wú)人機(jī)協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略具有實(shí)用高效、智能安全等特點(diǎn)。依托自主巡檢激光點(diǎn)云掃描、航線規(guī)劃、自主巡檢、數(shù)據(jù)分析主線，對(duì)協(xié)同巡檢工作開(kāi)展過(guò)程中痛點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析，極大提高了一線巡視效率。實(shí)現(xiàn)智能替代的同時(shí)，將輸變配設(shè)備有機(jī)結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)了運(yùn)檢專(zhuān)業(yè)無(wú)人機(jī)巡檢工作的統(tǒng)一部署。該策略可以極大地提高輸變配設(shè)備缺陷排查效率，為后續(xù)合理開(kāi)展設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析提供原始數(shù)據(jù)。同時(shí)通過(guò)對(duì)海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，可以提高過(guò)程數(shù)據(jù)應(yīng)用率，探索更多數(shù)據(jù)使用價(jià)值。一線運(yùn)檢人員承載力的大幅度降低，間接支撐了核心業(yè)務(wù)自主實(shí)施等其他重要工作，有利推動(dòng)了主網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

4?結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種多無(wú)人機(jī)協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略，該研究主要完成了如下幾點(diǎn)：

（1）使用可見(jiàn)光照片輔助開(kāi)展巡視航線調(diào)整，在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變化不大時(shí)，通過(guò)航線微調(diào)提高現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的可靠性；（2）對(duì)多無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)過(guò)程的巡視任務(wù)分配、航線規(guī)劃進(jìn)行分析，提高無(wú)人機(jī)巡視效率；開(kāi)發(fā)多無(wú)人機(jī)巡視應(yīng)急航線與非法無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)，確保巡檢無(wú)人機(jī)安全性；（3）改進(jìn)現(xiàn)有模式識(shí)別算法與巡視路徑（任務(wù)）規(guī)劃算法，提高設(shè)備缺陷識(shí)別率和運(yùn)維效率，通過(guò)開(kāi)發(fā)照片對(duì)比功能減少缺陷分析工作量。

無(wú)人機(jī)自主巡檢在架空輸電線路取得了良好的應(yīng)用效果，極大提高了一線運(yùn)維人員隱患、缺陷排查效率。隨著相關(guān)技術(shù)日臻成熟，無(wú)人機(jī)巡檢由輸電向輸變配一體化轉(zhuǎn)變成為必然趨勢(shì)。這一轉(zhuǎn)化過(guò)程伴隨著巡檢設(shè)備密度、作業(yè)無(wú)人機(jī)數(shù)量和圖像數(shù)據(jù)量的大幅度增加，本文對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了深入討論后提供了可靠的解決思路，為運(yùn)檢專(zhuān)業(yè)協(xié)同作業(yè)及資源有效利用做出了積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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