電力線路中的無人機(jī)巡檢方案分析

林靜 曲烽瑞

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)于電能的需求不斷增加，電力線路里程不斷增長(zhǎng)，并且線路沿線地區(qū)建設(shè)不斷加快，施工機(jī)械等活動(dòng)頻繁，電力線路防外破保護(hù)點(diǎn)不斷增加，造成輸電運(yùn)檢人員不足的問題日益凸顯，使無人機(jī)巡檢成為提升檢修效率的重要手段之一。根據(jù)國網(wǎng)公司公布的數(shù)據(jù)，無人機(jī)巡檢架空線路巡檢效率是傳統(tǒng)人工巡檢效率的8倍以上，在其他特定巡檢任務(wù)中，無人機(jī)巡檢效率也遠(yuǎn)超傳統(tǒng)人工巡檢方式，在一定程度上緩解了巡檢工作壓力，但是由于小型多旋翼無人機(jī)巡檢過程中仍需要人工處理大量圖像數(shù)據(jù)，并且巡檢人員也需要具備較高的無人機(jī)操作水平和維護(hù)技能，專業(yè)化無人機(jī)巡檢人員的欠缺和智能化水平的不足嚴(yán)重制約無人機(jī)巡檢進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力線路;無人機(jī);巡檢方案

引言

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)在電力巡檢的應(yīng)用越來越廣泛，其中無人機(jī)在對(duì)電力系統(tǒng)的自主巡檢的研究成為熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有的大多數(shù)無人機(jī)仍然采用遠(yuǎn)程操控和跟蹤預(yù)定的航跡，所使用的航跡規(guī)劃方法多數(shù)是在已知的環(huán)境下，且飛行過程中環(huán)境條件不變。目前常用航跡規(guī)劃方法主要有人工勢(shì)場(chǎng)法、粒子群算法、A*算法、遺傳算法、蟻群算法等。

1無人機(jī)相關(guān)概述

無人駕駛飛機(jī)，簡(jiǎn)稱無人機(jī)，它是依靠無線電遙控設(shè)備與自帶的程序控制裝置操縱的無人飛行器。相較于傳統(tǒng)人工巡檢，無人機(jī)巡檢具有成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、效率高等特點(diǎn)，并且可以在各種復(fù)雜環(huán)境下出色地完成指定任務(wù)。四旋翼無人機(jī)作為一種典型的無人機(jī)，除了上述無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)之外，更兼具體積小、操作難度低等優(yōu)勢(shì)，因此，在電力巡檢中得到了大量的應(yīng)用。正是由于四旋翼無人機(jī)在電力巡檢中的巨大優(yōu)勢(shì)與廣泛應(yīng)用，不僅使其所肩負(fù)的巡檢任務(wù)變得越來越繁雜，而且其巡檢所處的環(huán)境也變得越來越復(fù)雜多變。然而，四旋翼無人機(jī)在執(zhí)行巡檢任務(wù)過程中一旦發(fā)生故障，立馬就會(huì)使得無人機(jī)的性能大幅下降，更嚴(yán)重的甚至?xí)斐烧麄€(gè)無人機(jī)墜毀，這樣不但會(huì)影響巡檢任務(wù)的完成，造成損失，甚至?xí){到被檢電力系統(tǒng)與巡檢人員的安全，導(dǎo)致不可挽回的后果。因此，研究電力巡檢無人機(jī)的魯棒故障估計(jì)與容錯(cuò)控制對(duì)提高其安全性與可靠性具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。

2電力線路中的無人機(jī)巡檢方案

2.1無人機(jī)巡檢安全距離參數(shù)估計(jì)

為避免干擾傳輸線數(shù)據(jù)向電力線路巡檢無人機(jī)保護(hù)裝置發(fā)送誤動(dòng)信號(hào)，可在數(shù)據(jù)處理芯片中設(shè)計(jì)響應(yīng)程序，及時(shí)控制電力線路巡檢無人機(jī)保護(hù)裝置啟動(dòng)元件，檢測(cè)到線路中出現(xiàn)故障電流，同時(shí)開啟電力線路巡檢無人機(jī)保護(hù)裝置電源。在處理電力線路高頻信號(hào)時(shí)，DSP模塊存在著信號(hào)極值分類問題，當(dāng)信號(hào)頻率達(dá)到最大值時(shí)，需要保證電力線路巡檢無人機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)的波形故障檢測(cè)能將信號(hào)逐個(gè)分解，當(dāng)信號(hào)頻率達(dá)到最小值時(shí)，需要設(shè)置故障檢測(cè)閾值以完成對(duì)干擾信號(hào)的識(shí)別，并在電力線路巡檢無人機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)完成信號(hào)質(zhì)量的自檢，自檢合格后，啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作程序，如果自檢信號(hào)質(zhì)量不合格，則斷開DSP外部的信號(hào)輸出，在電力線路巡檢無人機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)巡檢，自檢合格后再啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作程序。構(gòu)建電力線路巡檢無人機(jī)安全距離分布大數(shù)據(jù)模型，采用大數(shù)據(jù)多源信息融合和特征參數(shù)跟蹤識(shí)別方法，電力線路巡檢無人機(jī)安全距離參數(shù)分布的中值分量為：

其中，I為大數(shù)據(jù)多源信息融合參數(shù);q（t）為特征參數(shù)跟蹤識(shí)別方法函數(shù);h為模糊信息聚類方法參數(shù)。構(gòu)建電力線路巡檢無人機(jī)安全距離確定的似然估計(jì)模型，得到似然參數(shù)估計(jì)結(jié)果為：

其中，xi為輸出電壓的正半周期內(nèi)函數(shù);ui為電力線路巡檢的安全距離參數(shù);此時(shí)安全距離參數(shù)分布的基波頻率為z（q）。在電容電壓的浮動(dòng)范圍內(nèi)，構(gòu)建電力線路巡檢無人機(jī)安全距離確定的大數(shù)據(jù)融合對(duì)象參數(shù)集，得到融合結(jié)果為：

其中，Δx和Δy分別為電力線路巡檢無人機(jī)安全距離的梯度增益;k表示沖擊放電電壓;θ表無人機(jī)的相位。

2.2移動(dòng)式機(jī)巢無人機(jī)智能巡檢方案

針對(duì)城市環(huán)境與地勢(shì)平坦區(qū)域，可充分借助移動(dòng)式無人機(jī)機(jī)巢機(jī)動(dòng)性進(jìn)行電力線路巡檢。根據(jù)現(xiàn)有塔桿及電力線路前端邊緣計(jì)算采集裝備信息反饋，經(jīng)過輸電綜合監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行多源信息數(shù)據(jù)的融合分析下達(dá)巡檢指令，巡檢班組根據(jù)常規(guī)性巡檢任務(wù)與特定風(fēng)險(xiǎn)排查巡檢任務(wù)進(jìn)行路線規(guī)劃實(shí)施電力線路巡檢。巡檢班組人員駕駛移動(dòng)式無人機(jī)機(jī)巢機(jī)到達(dá)指定位置開展巡檢工作，無人機(jī)按照指令開展巡檢工作，并將巡檢圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至車載服務(wù)器，經(jīng)過邊緣計(jì)算快速對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始處理，快速將巡檢初始結(jié)果上傳至巡檢管控平臺(tái)端，供平臺(tái)對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的快速分析，基于平臺(tái)分析結(jié)果將消缺信息通過移動(dòng)作業(yè)APP下發(fā)，開展消缺作業(yè)，作業(yè)人員完成消缺作業(yè)后將信息通過作業(yè)APP回傳至巡檢平臺(tái)，完成無人機(jī)巡檢—故障、隱患信息確認(rèn)—消缺作業(yè)的工作閉環(huán)。

2.3固定式機(jī)巢無人機(jī)智能巡檢方案

結(jié)合地區(qū)山地、丘陵等地勢(shì)復(fù)雜等移動(dòng)式機(jī)巢無法有效部署的區(qū)域，根據(jù)區(qū)域特征可合理布置固定式機(jī)巢，提升地勢(shì)復(fù)雜區(qū)域的電力線路巡檢效率。根據(jù)區(qū)域供電所或塔桿分布，合理布局固定式機(jī)巢，通過固定式機(jī)巢作為信息傳遞及初始處置中介，在為無人機(jī)提供充電支持的同時(shí)對(duì)無人機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

結(jié)語

引入了無人機(jī)理想巡檢路徑以及無人機(jī)在理想路徑投影點(diǎn)的引力場(chǎng)，使無人機(jī)具有在理想路徑上飛行的趨勢(shì)，提高無人機(jī)巡線的效率;并針對(duì)U型障礙物，提出縮小無人機(jī)的探測(cè)范圍，并對(duì)引力、斥力做出調(diào)整，使無人機(jī)擺脫U型障礙物，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此種無人機(jī)航跡規(guī)劃的有效性。

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