發(fā)布時(shí)間：2020-08-19所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：國家電網(wǎng)公司自2011年開始探索直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢應(yīng)用。2013年年初，在公司系統(tǒng)內(nèi)選取10個(gè)省(地市級(jí)公司)開始為期3年的協(xié)同巡檢試點(diǎn)應(yīng)用工作。2016年至今，正在開展無人機(jī)巡檢推廣應(yīng)用�？傮w而言，配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維效率和技術(shù)水平不足，配電網(wǎng)
摘要：國家電網(wǎng)公司自2011年開始探索“直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢”應(yīng)用。2013年年初，在公司系統(tǒng)內(nèi)選取10個(gè)省(地市級(jí)公司)開始為期3年的協(xié)同巡檢試點(diǎn)應(yīng)用工作。2016年至今，正在開展無人機(jī)巡檢推廣應(yīng)用�？傮w而言，配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維效率和技術(shù)水平不足，配電網(wǎng)設(shè)備停電試驗(yàn)項(xiàng)目很少，日常巡視是主要的設(shè)備狀態(tài)管控手段，運(yùn)維人員對(duì)于有效且高效的巡檢手段需求較為迫切。
關(guān)鍵詞：輸電線路;無人機(jī)巡檢
引言
輸電線路無人機(jī)巡檢已經(jīng)得到廣泛研究和應(yīng)用。目前的無人機(jī)巡檢作業(yè)中，無論是人工手控巡檢還是軟件程控巡檢，都需要作業(yè)人員始終在野外操作并進(jìn)行大量干預(yù)，而且巡檢數(shù)據(jù)不能及時(shí)傳回處理。針對(duì)這些不足，構(gòu)建了無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了輸電線路巡視、數(shù)據(jù)傳輸處理分析全過程無人自主化。
1無人機(jī)綜合巡檢平臺(tái)構(gòu)建
1.1無人機(jī)選型
目前應(yīng)用于電網(wǎng)巡檢的無人機(jī)按照平臺(tái)進(jìn)行分類，主要包括固定翼無人機(jī)、大中小型無人直升機(jī)(多為電動(dòng)多旋翼)。固定翼無人機(jī)具有飛行速度快(大多數(shù)在100~200 km/h)、續(xù)航時(shí)間較長、作業(yè)范圍廣等優(yōu)勢，缺點(diǎn)是無法進(jìn)行定點(diǎn)懸停觀測、照相，起降條件要求較高。電動(dòng)多旋翼無人機(jī)集成技術(shù)難度較低，國內(nèi)生產(chǎn)廠家較多，具有成本低、便攜性好、集成度高、維護(hù)保養(yǎng)簡單等優(yōu)勢，缺點(diǎn)是載荷小、巡航時(shí)間短。由于配網(wǎng)系統(tǒng)具有設(shè)備眾多、設(shè)備間距較小、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、經(jīng)過地區(qū)多為城鎮(zhèn)人口密集地區(qū)等特點(diǎn)，應(yīng)用于配網(wǎng)線路無人機(jī)巡檢系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：(1)經(jīng)常在人口密集區(qū)作業(yè)，情況復(fù)雜，因此要求配網(wǎng)無人機(jī)巡檢系統(tǒng)有很高的可靠性，機(jī)體尺寸較小、起降方便、墜機(jī)風(fēng)險(xiǎn)較低;(2)一般都在公路通達(dá)的巡檢點(diǎn)附近，因此大都要求目視控制飛行，對(duì)于測控距離要求較低，一般2 km距離足夠，單次作業(yè)時(shí)間也不會(huì)太長，一般≤30 min;(3)巡檢方式多樣性，要求能夠搭載可見光、紅外光觀測能力，特殊條件下能夠開展紫外、超聲波、特高頻傳感器等多種巡檢設(shè)備;(4)較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，攜帶方便，便于作業(yè)迅速展開。因此，綜合以上分析建議選擇小型無人直升機(jī)(以下簡稱為無人機(jī))開展配網(wǎng)架空線路無人機(jī)綜合巡檢作業(yè)。
1.2無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
(1)無人機(jī)殼體設(shè)計(jì)。由于配電網(wǎng)無人機(jī)巡檢工作環(huán)境變化較大，并且可能碰到比較惡劣的天氣，則需研究無人機(jī)殼體的非常規(guī)空氣動(dòng)力學(xué)特性，且從一定程度上保證無人機(jī)的性能、操縱性和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)出具有一定流線型的無人機(jī)外殼。主殼體具有較好的流線型，在飛行過程中阻力更小，所需動(dòng)力就更小，在相同電池容量的情況下，續(xù)航時(shí)間更長。(2)無人機(jī)云臺(tái)設(shè)計(jì)。電動(dòng)多旋翼無人機(jī)用來搭載任務(wù)設(shè)備的主要是云臺(tái)，設(shè)計(jì)了三軸增穩(wěn)云臺(tái)，用于在無人機(jī)自主飛行、低空作業(yè)的同時(shí)，保證數(shù)字航空影像的拍攝質(zhì)量。云臺(tái)搭載的載荷設(shè)計(jì)采用插拔式連接方式，安裝拆卸方便，便于操作。設(shè)計(jì)的云臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)至少水平和俯仰2個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)性能。(3)無人機(jī)懸臂設(shè)計(jì)。電動(dòng)多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)和簡單結(jié)構(gòu)都依賴于螺旋槳及時(shí)的速度改變，以調(diào)整力和力矩。
2無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢關(guān)鍵技術(shù)
2.1無人值守技術(shù)
2.1.1機(jī)巢
機(jī)巢和長航時(shí)無人機(jī)一起構(gòu)成無人值守平臺(tái)，機(jī)巢是一款為無人機(jī)巡檢作業(yè)定向研發(fā)的一體化設(shè)備，可以遠(yuǎn)程控制和傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)的狀態(tài)以及任務(wù)前的準(zhǔn)備情況，配合無人機(jī)完成無人值守任務(wù)。機(jī)巢具有以下顯著優(yōu)勢：1)機(jī)巢嚴(yán)格按照長期野外靜置的條件研制，采用防拆除、防移動(dòng)、防雷電的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具備防水、防潮、恒溫性能，內(nèi)部使用模塊化設(shè)計(jì)，方便后期維護(hù)。2)機(jī)巢具備無人機(jī)輔助降落平臺(tái)，保證無人機(jī)通過視覺、RTK定位的方式安全降落，回收后的無人機(jī)封閉式存放于機(jī)巢內(nèi)部，確保安全。3)機(jī)巢具備氣象監(jiān)測、狀態(tài)監(jiān)控和實(shí)時(shí)通信功能，巡視時(shí)如果遇到天氣突變，機(jī)巢會(huì)發(fā)出返航指令，控制無人機(jī)自動(dòng)就近返航回收。機(jī)巢狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至中央控制系統(tǒng)，輔助維護(hù)保養(yǎng)決策。4)機(jī)巢具備獨(dú)立應(yīng)急電源，即使突然出現(xiàn)斷電情況，也能保證機(jī)巢的正常使用，為無人機(jī)安全降落和執(zhí)行任務(wù)的安全性保駕護(hù)航。5)機(jī)巢具備為無人機(jī)自動(dòng)充電功能，充分保障無人機(jī)續(xù)航能力。
2.1.2長航時(shí)無人機(jī)
長航時(shí)無人機(jī)是一款為機(jī)巢定向研發(fā)的高端無人機(jī)，配合機(jī)巢實(shí)現(xiàn)無人值守作業(yè)，具有以下顯著優(yōu)勢：1)長航時(shí)無人機(jī)采用了全新的飛控和動(dòng)力方案，擁有超長的續(xù)航能力。在正常工作條件下，新型智能電池能夠在30min之內(nèi)完成充電，作業(yè)時(shí)間長達(dá)58min，單向航程超過30km。2)內(nèi)置飛管計(jì)算機(jī)，由4顆ARMCortex-A9處理器組成，主頻高達(dá)1.2GHz，同時(shí)還搭載2GBDDR3運(yùn)行內(nèi)存和16GBEMMC存儲(chǔ)空間，具備強(qiáng)大的運(yùn)算能力。還內(nèi)置4G模塊，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和通信。3)搭載RTK定位系統(tǒng)，可以提供厘米級(jí)精度的定位，同時(shí)雙天線的配置為飛控準(zhǔn)確定向，可提供強(qiáng)大的抗電磁干擾能力，在高壓線、金屬建筑等強(qiáng)磁干擾的環(huán)境下保障可靠的飛行。4)搭載高清可見光云臺(tái)相機(jī)，最大可達(dá)2010萬像素。
2.2遠(yuǎn)程自主精準(zhǔn)降落技術(shù)
無人機(jī)具備雷達(dá)測高、光流測速等定位技術(shù)，并搭載了RTK定位系統(tǒng)，可以提供厘米級(jí)精度的定位，但是降落過程受地面效應(yīng)和現(xiàn)場環(huán)境影響，而且機(jī)巢降落平臺(tái)面積小，為確保降落安全和足夠精準(zhǔn)，還配置了視覺輔助降落系統(tǒng)，引導(dǎo)無人機(jī)精準(zhǔn)降落。降落過程中，機(jī)載高清攝像機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖像會(huì)傳給機(jī)載飛管計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，自動(dòng)提取標(biāo)識(shí)信息并進(jìn)行校驗(yàn)，實(shí)時(shí)估計(jì)無人機(jī)的位置和姿態(tài)，輔助飛控修改策略，控制無人機(jī)全自主精準(zhǔn)降落。目前降落誤差控制在±3cm以內(nèi)。
2.3人工智能圖像識(shí)別技術(shù)
圖像識(shí)別模塊內(nèi)置于中央控制系統(tǒng)中，對(duì)傳回的巡檢照片進(jìn)行智能處理分析。圖像識(shí)別采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，具有強(qiáng)大的自學(xué)能力、容錯(cuò)能力，通過大量樣本訓(xùn)練進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)在圖像中自動(dòng)提取目標(biāo)。目前已建立70萬張巡檢圖像樣本庫進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，可高效識(shí)別施工外破、漂浮物、速生樹種、鳥窩等缺陷隱患，巡檢圖像處理結(jié)果會(huì)自動(dòng)上傳至輸電智能運(yùn)檢管控平臺(tái)進(jìn)行共享和大數(shù)據(jù)分析，危急缺陷可直接形成工單推送到相應(yīng)班組人員的手持移動(dòng)作業(yè)端，極大提高缺陷閉環(huán)效率.
相關(guān)期刊推薦：《高電壓技術(shù)》為國內(nèi)外唯一集中、全面地反映當(dāng)前高電壓技術(shù)領(lǐng)域科技信息的專業(yè)技術(shù)刊物，國內(nèi)外公開發(fā)行，是國務(wù)院學(xué)位辦審定的中文重要期刊。本刊報(bào)道內(nèi)容包括高壓設(shè)備、輸電線路、系統(tǒng)暫態(tài)、測試工程、電磁、城網(wǎng)供電、電力電子等及生態(tài)環(huán)保生物醫(yī)療等邊緣、交叉學(xué)科。既有基礎(chǔ)理論研究也有工程實(shí)踐應(yīng)用。本刊讀者對(duì)象為電力系統(tǒng)生產(chǎn)、建設(shè)、運(yùn)行、管理部門及相關(guān)產(chǎn)業(yè)科研、設(shè)計(jì)、制造單位的領(lǐng)導(dǎo)、科技人員、大專院校師生及其他相關(guān)工程技術(shù)人員。
結(jié)語
無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢系統(tǒng)融合無人值守技術(shù)、遠(yuǎn)程自主精準(zhǔn)降落技術(shù)和人工智能圖像識(shí)別技術(shù)三大關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了輸電線路巡視、數(shù)據(jù)傳輸處理分析無人自主化和智能化，解決了之前手控或程控?zé)o人機(jī)巡檢過程中需要耗費(fèi)大量人力物力、人員始終在野外等痛點(diǎn)問題，可在電力行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，并可推廣至電信、石油等其他行業(yè)，有廣闊的應(yīng)用前景。——論文作者：王志成
