輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

翟瑞聰, 李雄剛, 張 峰

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司機巡管理中心, 廣東 廣州 510160)

0 引 言

在電力領(lǐng)域,由于輸電線路覆蓋區(qū)域廣、穿越區(qū)域地形復(fù)雜并且自然環(huán)境惡劣等特點,所以及時掌握線路的運行狀況排除線路的潛在隱患是輸電線路穩(wěn)定與安全運行的重要保證[1]。現(xiàn)階段運用最廣泛的巡線方法是人工周期巡線,這種方法勞動強度大,而且耗時多、效率低下,有些線路受制于地形因素造成線路巡視異常困難[2]。而無人機技術(shù)的發(fā)展為架空輸電線路的巡線提供了新的移動平臺,與常規(guī)人工巡檢方法相比較,該技術(shù)更為先進有效,可以成為保障線路安全運行的一種新的經(jīng)濟可行手段[3]。

研究者用低成本溶劑對混合體系中部分或全部的離子液體進行替代，雖然降低了反應(yīng)成本，但5-HMF的得率也相應(yīng)降低，且5-HMF難以提取和有效分離，進一步降低了得率。

無人機巡線技術(shù)是近年發(fā)展的一門新的技術(shù),融合了航空、電子、電力、飛行控制、通信、圖像識別等多個技術(shù)領(lǐng)域[4]。湖南省電力科學(xué)研究院利用四旋翼無人機在冬季導(dǎo)線嚴重覆冰的情況下進行巡線實驗[5]。利用圖像數(shù)據(jù)處理算法和跟蹤技術(shù),在GPS的輔助下實現(xiàn)無人機的巡線導(dǎo)航[6-7]。日本關(guān)西電力公司開發(fā)了無人直升機輸電線路巡線系統(tǒng),具備獨有的故障自動檢測技術(shù)和三維圖像監(jiān)測技術(shù)[8]。文獻[9]研究的無人機具備完善的自動探測障礙物和自動尋路避開障礙物等功能。國家電網(wǎng)公司實現(xiàn)利用無人直升機搭載高清相機和紅外熱成像儀對線路進行巡線實驗[10]。

無人機應(yīng)用于電力線路巡檢,包括融合電子、通信、圖像識別等多個技術(shù)領(lǐng)域[11],可以大大減輕電力巡線的人力投入,同時又能快速、安全地對線路實施巡檢,是一個極具前途的研究方向,并有重要的實用價值。

頸動脈血管超聲:受檢者取平臥位,將其下頜抬高,顯露患者的頸前部,患者頭部偏向受檢側(cè)對側(cè),于頸根處置探頭,進行多切面的探查患者的頸總動脈和頸內(nèi)動脈,了解患者的動脈血管的形態(tài)和結(jié)構(gòu),分析患者MIT,分析是否形成粥樣硬化斑塊,記錄MIT和Ds。

2.3 3組患者的殘留內(nèi)膜面積比較 輕度粘連組的殘留內(nèi)膜面積最高，重度粘連組的殘留內(nèi)膜面積最低(P<0.05)。見表3。

1 輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺的設(shè)計需求

1.3.1 觀察指標(biāo) 自行設(shè)計的一般情況調(diào)查表;患者不良反應(yīng)發(fā)生情況;術(shù)中腸道清潔度;術(shù)后排氣時間;腸道準(zhǔn)備前后血鉀與血糖情況。

(1) 平臺結(jié)構(gòu)化需求。系統(tǒng)在統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,需采用平臺化結(jié)構(gòu)及應(yīng)用功能采用模塊化方式開發(fā),實現(xiàn)應(yīng)用功能在支撐平臺上的“即插即用”,同時能夠把應(yīng)用包裝成服務(wù)功能,為其他應(yīng)用提供功能服務(wù)。

5.6.3 屈肘功能鍛煉 術(shù)后4～6周囑患者自然下垂患肩，健側(cè)手掌托著患肢前段，將肘關(guān)節(jié)上舉屈曲至110°，必須在深吸氣的同時上抬患肢前臂至屈肘位，開始時每天早晚訓(xùn)練20次，每天鍛煉2次，以后逐漸增多，直到每天能達數(shù)千次。主要作用是加強膈神經(jīng)對肌皮神經(jīng)的支配，鍛煉肱二頭肌隨呼吸作屈肘動作，由練習(xí)摸嘴、摸頸到后來的摸腰部，逐步過渡到自主屈肘鍛煉。對尚未開始訓(xùn)練的關(guān)節(jié)嚴格制動。

(2) 平臺設(shè)計需求。系統(tǒng)設(shè)計遵循頂層設(shè)計理念、統(tǒng)籌規(guī)劃原則,自頂向下實現(xiàn)平臺的組件化設(shè)計。系統(tǒng)需從底層到所有應(yīng)用采用一體化設(shè)計,完全由一個平臺構(gòu)成,所有應(yīng)用基于一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),采用同一個模式定義工具,使用統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫訪問接口,服務(wù)于所有應(yīng)用和所有實時數(shù)據(jù)庫,使得支撐平臺、功能應(yīng)用一直到平臺維護、人機界面等均應(yīng)滿足一體化建設(shè)的要求。

陳老師于文革后期入學(xué)，物質(zhì)生活和精神生活雙重嚴重匱乏，不僅學(xué)校提供的學(xué)習(xí)環(huán)境艱苦，就連老師的授課內(nèi)容都和文化教育無關(guān)，而相對多的是政治活動。

(3) 平臺規(guī)范需求。輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺基于行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)制定數(shù)據(jù)規(guī)范,標(biāo)準(zhǔn)存儲、管理,需確保多種數(shù)據(jù)信息的通用性和流通性,支撐各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的高效利用。

(4) 平臺可靠性需求。平臺采用關(guān)鍵硬件設(shè)備及軟件采用冗余配置、集群技術(shù)、多重備用、負載均衡等技術(shù)手段,消除單點故障,需確保不因部分軟硬件故障而影響系統(tǒng)功能的正常運行,即便所有的歷史應(yīng)用服務(wù)器失效,也不影響系統(tǒng)維護和所有實時應(yīng)用功能運行。

(3)在今后的研究中可以繼續(xù)聯(lián)合實地監(jiān)測數(shù)據(jù)，除植被因素外，將景觀要素和土壤要素以及周邊居民滿意度等要素，在生態(tài)重建效果評價中的重要性考慮進去。另外下一步工作中可以進一步結(jié)合多種評價方法，例如和層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)度法、聚類分析法、模糊綜合評價法等做對比，對研究區(qū)的生態(tài)重建效果進行全面評價比較和分析。

系統(tǒng)的建設(shè)采用3層架構(gòu),即B/A/S模式,融合了C/S和B/S兩種模式的優(yōu)點,既考慮業(yè)務(wù)處理在服務(wù)端進行及基于Web的應(yīng)用程序不能夠脫機使用的問題,也考慮客戶端的安裝問題,系統(tǒng)的部署采用集中部署方式。應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)邏輯上分為4層,分別為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、展示層。其中數(shù)據(jù)層通過接口等方式進行數(shù)據(jù)的采集與處理,服務(wù)層提供接口服務(wù)和集成服務(wù),應(yīng)用層進行飛行器監(jiān)控及機巡作業(yè)計劃監(jiān)管等,展示層進行接入數(shù)據(jù)的展示和分析結(jié)果的展示,各層次之間相對獨立[15-19]。

羅瑞沒結(jié)婚，他走馬燈似地換女朋友，從來沒想過要娶誰。他的房間很亂，衣柜里堆滿了各類名牌服裝，屋里彌漫著一股香水和襪子混雜在一起的怪味，除了他自己沒人愿意進來，但是他出門時總能把自己收拾得衣冠楚楚油頭粉面，身上散發(fā)出一種淡淡的香水味。他換工作也跟換女朋友一樣勤，一直靠姑媽養(yǎng)活。

2 輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺的功能結(jié)構(gòu)

輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺的功能設(shè)計主要包括飛行控制模塊、導(dǎo)航地圖模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)可視化模塊等。功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

飛行控制模塊包括無人機監(jiān)控和無人機控制兩個兩方面。一方面對無人機進行實時監(jiān)控,接受各類狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)與視頻圖像數(shù)據(jù);另一方面通過飛行搖桿輸入,發(fā)送飛行控制指令,對無人機進行控制。

輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺的設(shè)計與實現(xiàn)需滿足數(shù)字電網(wǎng)的相關(guān)要求,本系統(tǒng)的設(shè)計有如下需求。

輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺首先需要接入數(shù)據(jù)于數(shù)據(jù)信息共享平臺,包括GIS中地圖、地形數(shù)據(jù),生產(chǎn)管理系統(tǒng)中接入生產(chǎn)、設(shè)備、巡檢數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)存儲模塊存儲影像、地形、圖片、矢量、視頻等飛行數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù);基礎(chǔ)影像地形數(shù)據(jù),包括廣東電網(wǎng)轄區(qū)海量、多時相、多尺度數(shù)據(jù)影像與地形數(shù)據(jù);線路巡檢走廊數(shù)據(jù),包括激光點云數(shù)據(jù)、高分辨率影像及地形數(shù)據(jù);線路巡檢設(shè)備數(shù)據(jù),包括機載激光點云數(shù)據(jù),高分辨率設(shè)備影像數(shù)據(jù),熱紅外視頻數(shù)據(jù),紫外視頻數(shù)據(jù);生產(chǎn)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等信息的集成,便于對數(shù)據(jù)進行分析。

輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺通過對接入數(shù)據(jù)分析處理,可實現(xiàn)機巡計劃和作業(yè)進度可視化展示、無人機實時狀態(tài)及圖傳的數(shù)據(jù)可視化展示、高分辨率航空影像數(shù)據(jù)可視化展示、激光點云數(shù)據(jù)可視化展示、傾斜攝影數(shù)據(jù)可視化展示等。

2.1 飛行控制模塊

導(dǎo)航地圖模塊包括二維平面地圖和三維地圖,精確的地圖為無人機提供很多重要信息,可保證無人機完成相關(guān)任務(wù),操作人員可通過可視化監(jiān)控平臺獲取輸電線路無人機具體危機及周圍環(huán)境等信息。

輸電線路無人機可實時狀態(tài)監(jiān)控、圖傳監(jiān)控接入服務(wù)器,接收各類狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)和視頻圖像數(shù)據(jù),實現(xiàn)報文解析與視頻圖像的保存及處理,對解析后的數(shù)據(jù)進行處理并保存,為可視化監(jiān)控提供飛行器實時狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)。接入數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

當(dāng)監(jiān)控接入信息時,輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺自動生成接受函數(shù)接受新產(chǎn)生的數(shù)據(jù),并按照前后順序被存儲在接收緩沖區(qū)[13]。消息響應(yīng)函數(shù)在緩沖區(qū)中,根據(jù)數(shù)據(jù)長度的大小來讀取數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)長度為一幀數(shù)據(jù)長度,則從幀頭開始讀取一幀的數(shù)據(jù),讀取數(shù)據(jù)結(jié)束后會觸發(fā)解析函數(shù),并產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)解析消息;如果不是一幀數(shù)據(jù)的長度,則繼續(xù)接收。在數(shù)據(jù)解析過程中,先計算校驗和是否正確,若校驗和正確,則需要對數(shù)據(jù)信息進行顯示和存儲;若校驗數(shù)據(jù)錯誤,則放棄數(shù)據(jù)存儲繼續(xù)等待下一幀數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)可視化展示

數(shù)據(jù)可視化展示模塊可顯示無人機的實時狀態(tài)、可視化數(shù)據(jù)信息、航空影像、激光點云、傾斜攝影、熱紅外紫外影像、可見光視頻及照片、地理數(shù)據(jù)等。

其中機巡計劃和作業(yè)進度可視化展示可在輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺實現(xiàn)計劃內(nèi)和計劃外的巡檢計劃、作業(yè)進度的展示,并具備統(tǒng)計分析功能。

無人機實時狀態(tài)及圖傳的數(shù)據(jù)可視化展示可實時監(jiān)控與圖傳數(shù)據(jù),包括無人機區(qū)域分布信息、作業(yè)線路信息、位置信息、高度信息、姿態(tài)信息、飛行狀態(tài)信息、現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)等,可按照區(qū)域信息、所屬機型、所屬線路信息、作業(yè)人員關(guān)系等進行集成管理。在三維GIS地圖上能自定義禁飛區(qū),實現(xiàn)飛行器進入禁飛區(qū)后自動報警功能;支持飛行器作業(yè)前的模擬飛行,支持按照歷史飛行軌跡進行飛行回放,實現(xiàn)巡檢現(xiàn)場工作的重現(xiàn);實現(xiàn)全網(wǎng)無人機的設(shè)備管理和飛行路徑、時間、使用情況、天氣等的關(guān)聯(lián)統(tǒng)計分析。

輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺可實現(xiàn)高分辨率航空影像數(shù)據(jù)可視化展示功能。高分辨率航空影像數(shù)據(jù)擁有現(xiàn)勢性高、分辨率高以及數(shù)據(jù)量海量等基本特征,可按照線路、桿塔等關(guān)聯(lián)關(guān)系進行組織。平臺實現(xiàn)高效、完整的影像數(shù)據(jù)集成功能,根據(jù)其描述的塔位、金具、線路等信息,提供靈活的數(shù)據(jù)管理、快捷高效的數(shù)據(jù)入庫等工具,并實現(xiàn)客戶端可視化綜合展示。

傾斜攝影真三維數(shù)據(jù)可寫實地反映地物的外觀、位置、高度等屬性,增強三維數(shù)據(jù)帶來的高沉浸感,彌補了傳統(tǒng)人工建模仿真度低的缺陷。輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺集成、管理區(qū)域化、對象化的傾斜攝影影像,并維護、管理其關(guān)聯(lián)關(guān)系,提供可視化的數(shù)據(jù)調(diào)用、管理及綜合展示。

輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺集成、管理區(qū)域化、對象化的熱紅外影像,并維護、管理其關(guān)聯(lián)關(guān)系,提供可視化的數(shù)據(jù)調(diào)用及管理,識別不同設(shè)備和反演設(shè)備運行參數(shù)(如溫度、發(fā)射率、濕度、熱慣量等)。

無人機巡線過程中產(chǎn)生了大量的視頻數(shù)據(jù)(TB級別),輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺在數(shù)據(jù)入庫方面提供快速入庫、自動建立處理的工具方便入庫,將視頻、圖片數(shù)據(jù)與電網(wǎng)網(wǎng)架、地理信息進行關(guān)聯(lián)集成,實現(xiàn)地理與視頻的快速索引,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的方便高效應(yīng)用。

地理數(shù)據(jù)可視化展示模塊,基于二維/三維地理信息技術(shù),對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù),包括影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)、激光點云數(shù)據(jù)等進行綜合調(diào)度、可視化,給機巡中心、地市局等不同應(yīng)用場景提供差異化的地理信息服務(wù)。

3 輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺的開發(fā)與實現(xiàn)

為了避免現(xiàn)有平臺系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的重復(fù)建設(shè),在界面風(fēng)格和數(shù)據(jù)規(guī)范統(tǒng)一規(guī)劃下,提高平臺的可擴展性,實現(xiàn)軟件和數(shù)據(jù)的無縫接軌,更好進行數(shù)據(jù)和功能的集成,將不同功能服務(wù)通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。為此數(shù)據(jù)的接入和程序的調(diào)用是采用中立的方式進行定義,獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在平臺中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互,從而具有一定靈活性,同時當(dāng)組成平臺所需要的應(yīng)用程序的每個服務(wù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)逐漸地發(fā)生改變時,數(shù)據(jù)和程序能夠繼續(xù)存在[14]。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖3所示。

(5) 平臺智能化需求。系統(tǒng)需支持信息的充分獲取和共享,具有智能化的信息處理、展示及輔助分析決策手段,滿足數(shù)字電網(wǎng)的規(guī)則基礎(chǔ)上,實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入及數(shù)據(jù)可視化展示等。系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)設(shè)計,新增功能不影響原有系統(tǒng)的運行,能夠進行不斷地擴展[12]。

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)具有依賴性注入、以模塊為管理單位、自頂向下添加服務(wù)水平、分離關(guān)注等優(yōu)點。

2.2 增設(shè)實踐環(huán)節(jié) 實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，更是掌握理論知識的最有效手段。資源昆蟲學(xué)具有很強的技術(shù)性和實用性，僅通過理論學(xué)習(xí)或者重理論、輕實踐的培養(yǎng)模式無法培養(yǎng)出卓越人才。因此，在課堂講授過程中，鼓勵學(xué)生課后多動手、多觀察，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，增強學(xué)生的實踐技能。例如，給學(xué)生分發(fā)黃粉蟲，讓學(xué)生在實驗室或宿舍內(nèi)人工飼養(yǎng)，通過每天的觀察記錄，使學(xué)生掌握黃粉蟲的飼養(yǎng)技術(shù)及生物學(xué)特性。

可視化監(jiān)控平臺與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成包括通過4A系統(tǒng)接口實現(xiàn)用戶登錄、通過短信系統(tǒng)接口實現(xiàn)短信發(fā)送、通過GIS系統(tǒng)接口實現(xiàn)平面地圖展示、通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)接口接入生產(chǎn)數(shù)據(jù)、通過氣象信息接口接入氣象數(shù)據(jù)、實現(xiàn)網(wǎng)級機巡管理系統(tǒng)的對接。實時監(jiān)控數(shù)據(jù)庫更新功能,實現(xiàn)對實時監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的定期更新。綜合巡檢數(shù)據(jù)更新功能,實現(xiàn)綜合巡檢數(shù)據(jù)的更新功能。

輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺,在安全生產(chǎn)系統(tǒng)編制機巡計劃,由機巡中心審批機巡計劃,并申報飛行計劃,通過系統(tǒng)完成機巡計劃的統(tǒng)一調(diào)度管理。同時,機巡中心發(fā)現(xiàn)的缺餡,由供電局來確認,形成缺餡與生產(chǎn)閉環(huán)。

通過統(tǒng)一調(diào)度機巡作業(yè)計劃,有利于從區(qū)域、地形、環(huán)境、周期等方面合理安排所要采取的巡線作業(yè)模式,全面保障線路安全穩(wěn)定運行。

機巡發(fā)現(xiàn)的缺餡最終進入生產(chǎn)系統(tǒng),能夠共享線路巡視成果;充分利用現(xiàn)代先進的科技成果,有利于提升線路巡視工作的科技化和智能化水平,構(gòu)筑出便捷高效的作業(yè)體系,大大提升工作效益。

4 結(jié) 語

本文介紹了輸電線路無人機可視化監(jiān)控平臺的設(shè)計與實現(xiàn),對提高運維人員掌握線路狀態(tài)水平、保證輸電線路安全、可靠的運行具有重要意義。該系統(tǒng)的研究與開發(fā)具有較強的專業(yè)化分析手段與方法,具有一定的先進性和挑戰(zhàn)性,對架空線路的運行和管理起到較大的作用。