基于無人機技術(shù)的變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法

摘要：針對現(xiàn)有規(guī)劃方法在變電站倒閘巡檢中應(yīng)用存在規(guī)劃不合理、無法有效避開障礙物或禁飛區(qū)的問題，引入無人機技術(shù)，開展變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法研究。結(jié)合無人機技術(shù)，實現(xiàn)變電站倒閘巡檢標(biāo)志點定位。對變電站倒閘實時點云進行分割，并重建TSDF。為確保無人機飛行安全，計算安全距離，并以此為依據(jù)完成智能巡檢線路規(guī)劃。通過對比實驗證明，新的規(guī)劃方法應(yīng)用下，無人機不會與障礙物發(fā)生碰撞，且不會飛入禁飛區(qū)，順利完成巡檢工作。

關(guān)鍵詞：無人機技術(shù)倒閘線路規(guī)劃巡檢變電站

中圖分類號：TM75文獻標(biāo)識碼：A

IntelligentPlanningMethodforSubstationSwitchingInspectionRouteBasedonDroneTechnology

LIWanfengSUNDian’ang

WuhuPowerSupplyCompany，StateGridAnhuiElectricPowerCo.，Ltd.，Wuhu，AnhuiProvince，241000China

Abstract：Inresponsetotheproblemsofunreasonableplanningandinabilitytoeffectivelyavoidobstaclesornoflyzonesintheapplicationofexistingplanningmethodsinsubstationswitchinginspection，dronetechnologyisintroducedtoconductresearchonintelligentplanningmethodsforsubstationswitchinginspectionroutes.Thisarticlecombinesdronetechnologytoachieve thepositioningofinspectionmarkersforsubstationswitching，segmentsreal-timepointcloudforsubstationswitchingandreconstructsTSDF.Toensurethesafetyofunmannedaerialvehicles’flight，itcalculatesthesafedistanceandusesitasabasistocompleteintelligentinspectionrouteplanning.Throughcomparativeexperiments，ithasbeenproventhatundertheapplicationofthenewplanningmethod，unmannedaerialvehicleswillnotcollidewithobstaclesandwillnotflyintothenoflyzone，successfullycompletingtheinspectionwork.

KeyWords：Dronetechnology;Switching;Routeplanning;Inspection;Substation

變電站作為電力系統(tǒng)的核心節(jié)點，其安全穩(wěn)定運行對保障電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。在變電站的日常運維中，倒閘巡檢是確保設(shè)備狀態(tài)良好、預(yù)防故障發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

楊恩睿等人[1]提出了，結(jié)合改進RRT的變電站巡檢機器人全局路徑規(guī)劃算法。該算法在實際應(yīng)用中，具備監(jiān)測范圍廣、實時性強等優(yōu)勢，能夠有效彌補人工巡檢的不足。但變電站內(nèi)部設(shè)備密集、空間狹小，對機器人巡檢提出了更高的技術(shù)要求。李琦等人[2]融合改進蟻群算法與動態(tài)窗口法，對變電站智能巡檢機器人路徑規(guī)劃進行了分析。通過分析得出，變電站內(nèi)的電磁環(huán)境復(fù)雜，可能對機器人的運行穩(wěn)定性和傳感器設(shè)備的正常工作造成干擾。除此之外，現(xiàn)有的巡檢方法往往缺乏智能規(guī)劃，巡檢線路和巡檢點位的確定往往依賴于巡檢人員的經(jīng)驗和判斷，難以保證巡檢的全面性和針對性。

因此，本文提出一種基于無人機技術(shù)的變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法。

1變電站倒閘巡檢標(biāo)志點定位

無人機利用先進的傳感器、攝像頭和導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)ψ冸娬镜归l等關(guān)鍵設(shè)施進行高精度巡檢。通過搭載的高清攝像頭捕捉圖像，并運用視覺識別算法定位預(yù)設(shè)標(biāo)志點。采用線性組合模型估算載波整周模糊度，該模型通過構(gòu)建線性方程，將多源觀測數(shù)據(jù)與模糊度關(guān)聯(lián)起來，以提高定位精度[3]。線性組合模型計算公式為

2變電站倒閘實時點云分割與TSDF重建

本文研究了利用無人機進行變電站倒閘巡檢的智能線路規(guī)劃，特別關(guān)注了輸電線路通道中樹木等障礙物的避讓問題。通過引入RandLA-Net方法，實現(xiàn)了對大規(guī)模點云數(shù)據(jù)的語義推斷，提高了巡檢效率。同時，提出了一種基于截斷符號距離函數(shù)（TruncatedSignedDistanceFunction，TSDFs）快速構(gòu)建歐氏符號距離函數(shù)（EuclideanSignedDistanceField，ESDFs）的方法，有效降低了計算成本，并增強了碰撞檢測功能。利用激光雷達數(shù)據(jù)構(gòu)建輸電線路的體素模型，并通過3D切片和顏色編碼可視化，清晰展示了線路空間結(jié)構(gòu)，提升了巡檢精度和效率。無人機在巡檢過程中能夠?qū)崟r獲取并避開障礙物，通過最小化距離之和的損失函數(shù)，進一步優(yōu)化了巡檢路徑。

（5）

式（5）中：表示損失函數(shù)；表示激光雷達和點云之間距離倒數(shù)；表示點云；表示點云中最近點；表示歐氏距離。

3智能巡檢線路規(guī)劃

（5）

式（5）中：表示損失函數(shù)；表示激光雷達和點云之間距離倒數(shù)；表示點云；表示點云中最近點；表示歐氏距離。

3智能巡檢線路規(guī)劃

在規(guī)劃變電站倒閘巡檢線路時，考慮到輸電線路部件的多樣性，特別選擇絕緣子作為參照目標(biāo)[4-5]。通過點云分割和TSDF（截斷符號距離函數(shù)）重建技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地獲取每個目標(biāo)絕緣子的中心點坐標(biāo)。同時，為確保無人機巡檢飛行安全，按照下述公式計算安全距離：

4對比實驗

本文提出了一種基于無人機技術(shù)的變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法，并與基于蟻群算法的A組和基于改進RRT的B組規(guī)劃方法進行對比。實驗選取了具有8.22km長度的同塔雙回線路區(qū)域，其中，一路運行，另一路檢修，設(shè)置了10個巡檢標(biāo)志點。無人機巡檢示意圖如圖2所示。

生成并對比三種方法的巡檢線路，以評估其規(guī)劃效果。實驗區(qū)域在坐標(biāo)系中的位置如圖3所示。

在規(guī)劃巡檢線路時，需考慮地形和障礙物，如圖3所示的5個障礙物A至E及2個禁飛區(qū)F和G。規(guī)劃原則是確保無人機安全高效巡檢，避免碰撞。為此，3種規(guī)劃方法生成的線路（如圖4所示）需精確高效地考慮所有飛行路徑和風(fēng)險。

圖4展示了三種不同的變電站倒閘巡檢線路規(guī)劃方法。實驗組方法規(guī)劃的線路高效且安全，巧妙避開所有障礙物和禁飛區(qū)，確保了巡檢的安全性和可靠性。A組方法雖然也能避免碰撞，但其線路長度較長，導(dǎo)致巡檢效率降低，可能增加成本和影響變電站運行。B組方法的線路錯誤地覆蓋了禁飛區(qū)，存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險，不適用于巡檢。這些差異突顯了不同規(guī)劃方法的優(yōu)劣，為未來優(yōu)化巡檢規(guī)劃提供了實踐參考，以提升效率和安全性。

5結(jié)語

本文提出的基于無人機技術(shù)的變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法，為變電站的運維管理提供了一種新的解決方案。該方法不僅提高了巡檢的效率和準(zhǔn)確性，還降低了巡檢人員的工作量和安全風(fēng)險。隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信該方法將在未來的變電站運維管理中發(fā)揮越來越重要的作用。同時，也期待更多的研究者和工程師能夠加入這個領(lǐng)域，共同推動無人機技術(shù)在電力行業(yè)的深入應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻

[1]楊恩睿，王志強，孫曉.基于改進RRT的變電站巡檢機器人全局路徑規(guī)劃算法[J].自動化應(yīng)用，2024，65（7）：42-45.

[2]李琦，陳小龍，洪汛.融合改進蟻群算法與動態(tài)窗口法的變電站智能巡檢機器人路徑規(guī)劃分析[J].自動化與儀器儀表，2023（12）：187-191.

[3]易仕琪，孔政敏，王帥，等.基于泛化強化學(xué)習(xí)的變電站巡檢機器人路徑規(guī)劃研究[J].廣東電力，2023，36（11）：114-121.

[4]王強.變電站智能巡檢機器人的全局路徑規(guī)劃設(shè)計[J].集成電路應(yīng)用，2023，40（11）：292-293.

[5]劉云飛，楊旭，羅晨瑀，等.基于蟻群算法的變電站巡檢機器人全局路徑規(guī)劃研究[J].自動化應(yīng)用，2023，64（9）：9-10，13.