輸電線路定期巡檢系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的探討

趙鵬

摘 要：輸電線路在國(guó)家整體的電網(wǎng)建設(shè)中占有一定的比例，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及居民生活中不可缺少的一部分，是將發(fā)電站、變電器、用戶連接起來(lái)的傳送帶，它的正常工作運(yùn)行是電路穩(wěn)定的一個(gè)重要條件。輸電線路分布在全國(guó)各個(gè)地方，大部分的輸電線路都是暴露在野外的自然環(huán)境中，野外環(huán)境較為惡劣而且復(fù)雜多變，在冰雹、狂風(fēng)、曝曬、暴雨等自然環(huán)境的長(zhǎng)期作用下以及線路本身隨著時(shí)間會(huì)老化，容易產(chǎn)生散股、斷股、絕緣子自爆等缺陷，需要定期不斷的監(jiān)測(cè)與維護(hù)，以保證線路正常工作。

關(guān)鍵詞：輸電線路；無(wú)人機(jī)；巡檢

引言：傳統(tǒng)的輸電線路巡視方式主要是依靠巡檢人員定期沿著線路行走查看運(yùn)行情況，通過(guò)攀爬到鐵塔高處檢查各個(gè)部件的情況，這種巡檢方式無(wú)法避免地岑在勞動(dòng)強(qiáng)度大、巡視時(shí)間長(zhǎng)、巡視人員危險(xiǎn)性高的缺點(diǎn)。尤其當(dāng)線路處在偏僻的森林或者山區(qū)時(shí)，道路以及通信條件落后。一旦遇到惡劣的天氣時(shí)，巡檢工人沒(méi)有辦法及時(shí)對(duì)線路進(jìn)行巡檢，及時(shí)消除隱患，容易造成經(jīng)濟(jì)等損失。此外，線路巡檢所需要檢測(cè)的內(nèi)容是多方面的，通過(guò)人眼去檢查線路設(shè)備，一些明顯、直觀的缺陷容易被發(fā)現(xiàn)，而一些在角落細(xì)微之處的隱患很有可能會(huì)被忽略，使小隱患慢慢發(fā)展成為大的問(wèn)題。當(dāng)大量設(shè)備需要巡檢人員肉眼觀測(cè)時(shí)，隨著工作時(shí)間增加檢測(cè)人員的疲勞程度增強(qiáng)，在缺陷檢測(cè)時(shí)容易出現(xiàn)偏差。圖像缺陷識(shí)別算法來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)巡視得到的線路圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)輸電線路的缺陷進(jìn)行智能識(shí)別，有效避免了根據(jù)人眼經(jīng)驗(yàn)去判斷線路缺陷的弊端，及時(shí)全面發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體框架

輸電線路是電力傳輸?shù)闹匾d體，輸電線路定期巡檢是保證電網(wǎng)設(shè)備安全、正常運(yùn)行的根本條件。隨著經(jīng)濟(jì)迅猛的發(fā)展，輸電線路的建設(shè)越來(lái)越多，從發(fā)達(dá)的城市到偏遠(yuǎn)的山區(qū)都建有線路。傳統(tǒng)的人工巡檢方式無(wú)可避免地存在著巡檢不到位、隱患消除不及時(shí)的缺點(diǎn)，近年來(lái)逐漸開始發(fā)展的無(wú)人機(jī)巡檢很大程度上彌補(bǔ)了人工巡檢的不足，提升了巡檢的準(zhǔn)確性與效率。無(wú)人機(jī)巡檢是人工與智能相結(jié)合的一種新的巡檢方式，操控手通過(guò)遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行輸電線路巡線，當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)指定鐵塔處指定的懸停點(diǎn)后，對(duì)需要巡檢的輸電線路進(jìn)行拍攝采集圖像，然后依次自主飛行至另一個(gè)懸停點(diǎn)，直到遍歷設(shè)定的全部懸停點(diǎn)。對(duì)于障礙物的檢測(cè)與躲避是保證無(wú)人機(jī)安全飛行的必要條件，通過(guò)基于標(biāo)志物圖像測(cè)距的方法，使無(wú)人機(jī)能夠檢測(cè)出與周邊標(biāo)志物的距離，隨時(shí)調(diào)整無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，避免與障礙物發(fā)生碰撞，完成預(yù)設(shè)的多點(diǎn)懸停任務(wù)，實(shí)現(xiàn)輸電線路鐵塔的立體巡視。圖像處理技術(shù)可以對(duì)圖像中運(yùn)動(dòng)或靜止目標(biāo)的提取、分析、處理。通過(guò)高清圖傳將采集到的圖像信息傳送到地面站系統(tǒng)，通過(guò)基于圖像識(shí)別技術(shù)的缺陷分析算法，實(shí)現(xiàn)從大量圖像信息中檢測(cè)缺陷，自動(dòng)告警，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步提升巡檢作業(yè)的信息處理和統(tǒng)計(jì)能力。

整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要是（結(jié)構(gòu)圖 1 所示）：1）無(wú)人機(jī)巡檢子系統(tǒng)：無(wú)人機(jī)設(shè)備的主要組成結(jié)構(gòu)，通過(guò)基于標(biāo)志物圖像測(cè)距的算法，測(cè)量出目標(biāo)物與無(wú)人機(jī)的距離，便于及時(shí)調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自主避障；無(wú)線通信子模塊是無(wú)人機(jī)與地面站控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)與處理的通道。到達(dá)指定位置對(duì)輸電線路進(jìn)行拍攝，完成對(duì)線路的整體巡檢。2）地面站控制子系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理、任務(wù)管理、無(wú)人機(jī)飛行管理和缺陷識(shí)別。設(shè)置系統(tǒng)的登陸權(quán)限，制定、下達(dá)、管理巡線任務(wù)，對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程的飛行姿態(tài)、飛行數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸電線路的缺陷識(shí)別。

2. 無(wú)人機(jī)巡檢子系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)巡檢子系統(tǒng)主要分為無(wú)人機(jī)組成機(jī)構(gòu)、無(wú)人機(jī)避障管理、無(wú)線通信子模塊三個(gè)部分。

無(wú)人機(jī)主要有機(jī)臂、電機(jī)、電池、圖傳設(shè)備、GPS、IOSD、陀螺儀、姿態(tài)控制器等部分組成，論文所選用是六旋翼無(wú)人機(jī)，它是一種專業(yè)的航拍飛行器，具有一定的抗風(fēng)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降，不受場(chǎng)地的限制，續(xù)航時(shí)間較長(zhǎng)。機(jī)型支架采用較輕的全炭素材料；電機(jī)一般采用大功率的高效盤式電機(jī)，通過(guò)在電機(jī)上配置電調(diào)提高無(wú)人機(jī)的負(fù)載能力；電池通常選用鋰電池；三軸云臺(tái)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī) 360 度全方面旋轉(zhuǎn)拍攝線路；飛行控制方面，選用的六旋翼機(jī)型支持手動(dòng)、姿態(tài)、GPS 三種模式自由切換，GPS 模式控制模式下能保證無(wú)人機(jī)處于優(yōu)異的空中懸停效果，飛行控制距離達(dá)到 3km。

操控工人人工操控?zé)o人機(jī)巡檢的方式，對(duì)操控手的技能要求高，當(dāng)飛行距離遠(yuǎn)時(shí)，由于視角與視距的影響，操控手容易判斷失誤，影響巡視效果甚至損壞無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)避障管理主要通過(guò)基于標(biāo)志物圖像測(cè)距的方法實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自主避障功能。在貼上尺寸合適的標(biāo)志物（例如膠帶）在目標(biāo)物做出標(biāo)記，通過(guò)設(shè)定好參數(shù)的相機(jī)上測(cè)量距離，在地面根據(jù)相機(jī)成像原理就可以測(cè)出當(dāng)前無(wú)人機(jī)離標(biāo)識(shí)物的距離。在沒(méi)有直接接觸的情況下，對(duì)已經(jīng)做好標(biāo)記的目標(biāo)物進(jìn)行測(cè)距，根據(jù)測(cè)得的當(dāng)前位置與標(biāo)志物之間的距離，調(diào)整無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，繞開障礙物，實(shí)現(xiàn)自主避障功能。這種避障的方式不僅簡(jiǎn)單有效，而且不必在無(wú)人機(jī)上加載額外的設(shè)備，減輕了無(wú)人機(jī)的負(fù)載、降低了電池的消耗。

通信子模塊是無(wú)人機(jī)與地面站監(jiān)控系統(tǒng)之間的能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸、存儲(chǔ)與處理的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)拍攝到的鐵塔信息、自然環(huán)境信息、線路信息等數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)與處理。地面站和與圖傳采用 5.8Ghz 無(wú)線傳輸，可實(shí)時(shí)顯示高清相機(jī)傳回的視頻數(shù)據(jù)以及當(dāng)前無(wú)人機(jī)飛行高度、飛行距離、飛行電壓、無(wú)人機(jī)姿態(tài)、衛(wèi)星數(shù)量、機(jī)頭方向等信息?？芍苯蛹虞d到電腦上使用，且即插即用。

3地面站控制子系統(tǒng)

地面站控制子系統(tǒng)整體分為：系統(tǒng)管理工作臺(tái)、任務(wù)工作臺(tái)、無(wú)人機(jī)飛行管理工作臺(tái)、缺陷識(shí)別工作臺(tái)四個(gè)部分。系統(tǒng)管理工作臺(tái)主要設(shè)置登陸權(quán)限與系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定；任務(wù)工作臺(tái)主要是任務(wù)下達(dá)、任務(wù)監(jiān)控、任務(wù)分析、計(jì)劃管理；無(wú)人機(jī)飛行管理工作臺(tái)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)巡檢過(guò)程中的飛行姿態(tài)以及設(shè)備運(yùn)行情況，制定巡檢計(jì)劃完成線路巡視任務(wù)；缺陷識(shí)別工作臺(tái)主要是處理圖像、完成對(duì)導(dǎo)線與絕緣子的缺陷識(shí)別。

3.1 系統(tǒng)管理工作臺(tái)

分為用戶管理與系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置兩部分，用戶管理主要設(shè)置登陸權(quán)限，只有輸入正確的用戶名與密碼才能進(jìn)入管理系統(tǒng)，保障了系統(tǒng)的安全可靠性；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置主要是在無(wú)人機(jī)執(zhí)行巡檢任務(wù)時(shí)，通過(guò)調(diào)整無(wú)人機(jī)的參數(shù)來(lái)調(diào)整飛行姿態(tài)，使無(wú)人機(jī)順利完成巡檢任務(wù)。

3.2 任務(wù)工作臺(tái)

在線路巡檢中對(duì)巡檢任務(wù)的制定、下達(dá)與處理，制定巡檢的區(qū)域與巡檢時(shí)間；在巡檢過(guò)程中實(shí)時(shí)查看任務(wù)的進(jìn)度情況并進(jìn)行調(diào)整管理；統(tǒng)計(jì)任務(wù)的完成程度、缺陷的發(fā)生概率生成統(tǒng)計(jì)表（0 表示正在執(zhí)行，1 表示按時(shí)完成，2 表示超時(shí)完成）；根據(jù)不同季節(jié)、不同地域、不同的線路制定不同的巡檢計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要線路的重點(diǎn)巡檢。

3.3 無(wú)人機(jī)飛行管理工作臺(tái)

無(wú)人機(jī)飛行管理工作臺(tái)主要分為實(shí)時(shí)視頻管理與飛行管理。實(shí)時(shí)視頻管理主要是接收無(wú)人機(jī)在巡檢過(guò)程中通過(guò)無(wú)線圖傳輸送回來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析處理將無(wú)人機(jī)的飛行的位置姿態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀況、運(yùn)行參數(shù)、電源電壓，實(shí)時(shí)顯示出來(lái)；設(shè)置故障報(bào)警模塊，一旦發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)工作狀態(tài)發(fā)生錯(cuò)誤，及時(shí)提醒操作員調(diào)整無(wú)人機(jī)的飛行參數(shù)，避免造成損失。飛行管理主要是根據(jù)需要巡檢的線路以及線路周圍的環(huán)境規(guī)劃無(wú)人機(jī)巡檢路線，制定飛行計(jì)劃，使無(wú)人機(jī)按照設(shè)定的軌跡巡檢；檢查無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，及時(shí)調(diào)整避免造成損失；根據(jù)巡檢任務(wù)的要求與無(wú)人機(jī)任務(wù)完成現(xiàn)狀調(diào)整無(wú)人機(jī)的巡檢工作，完成對(duì)整個(gè)線路的巡檢工作。

3.4 缺陷識(shí)別工作臺(tái)

缺陷識(shí)別工作臺(tái)是完成輸電線路缺陷識(shí)別的主要模塊，是整個(gè)地面站監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分。通過(guò)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的提取、預(yù)處理、邊緣檢測(cè)、分割等進(jìn)行圖像缺陷識(shí)別，檢查導(dǎo)線與絕緣子是否有缺陷產(chǎn)生；如果有缺陷產(chǎn)生，報(bào)警提示處理，并將巡視的線路、缺陷的具體內(nèi)容以及發(fā)生的時(shí)間與缺陷記錄下來(lái)，以便于后期的查看與分析。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文提出了利用無(wú)人機(jī)完成對(duì)輸電線路的智能巡線，通過(guò)操控?zé)o人機(jī)飛行巡視線路能有效縮短線路巡視周期，降低工作強(qiáng)度，提高巡視全面性，降低人員工作的安全風(fēng)險(xiǎn)，避免了傳統(tǒng)巡檢方式由于天氣原因無(wú)法及時(shí)巡線的弊端與巡檢效率低的缺點(diǎn)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路存在的缺陷，提高電力生產(chǎn)的穩(wěn)定性，促進(jìn)電力生產(chǎn)由勞動(dòng)密集型向生產(chǎn)技術(shù)管理、智能化轉(zhuǎn)變，以科技創(chuàng)新提高工作效率。在國(guó)內(nèi)電力輸電領(lǐng)域具備良好的示范效應(yīng)，無(wú)人機(jī)巡檢不僅可以應(yīng)用于超高壓輸電線路，還可以應(yīng)用于城市配網(wǎng)輸電線路。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫寶銀.淺談架空送電線路狀態(tài)巡視[J].南京供電技術(shù)，2007（1）：18-20

[2]魏瑞軒，李學(xué)仁.無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及作戰(zhàn)使用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版，2009.45-48