關(guān)于AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢在輸電線路中的應(yīng)用

甘肅送變電工程有限公司天水輸電運(yùn)檢中心 王新忠 常浩鵬 焦小強(qiáng) 徐 東 馬 濤 孫永林 閻 森

近年來工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)和民生電力需求量呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，輸電線路網(wǎng)絡(luò)體量隨之不斷擴(kuò)大，輸電線路拓?fù)湫问揭搽S之變得紛繁復(fù)雜，輸電線路的質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的整體質(zhì)量，顯而易見輸電線路鋪設(shè)以及維護(hù)的難度必定會(huì)呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。這種大規(guī)模的復(fù)雜情況對(duì)于傳統(tǒng)的人工結(jié)合無人機(jī)模式帶來了極大考驗(yàn)，這種巡視和維護(hù)輸電線路的舊技術(shù)無法勝任大規(guī)模的復(fù)雜情況。

為此，天水輸電運(yùn)檢中心積極引進(jìn)新技術(shù)，打造數(shù)字化、智慧化線路。無人機(jī)的引入很大幅度上提升了輸電線路建設(shè)和檢修的效率，融入物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，將人工巡檢為主的舊模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詿o人機(jī)為主的協(xié)同自主巡檢新模式，大幅提升輸電線路精益管理水準(zhǔn)。

1 目前無人機(jī)巡檢模式

以天水輸電運(yùn)檢中心為例，目前的無人機(jī)巡檢模式主要以DJI Pilot、圖維智巡等APP 為平臺(tái)開展的無人機(jī)自主巡視，在飛行的過程中按照打點(diǎn)軌跡對(duì)線路桿塔、金具、附屬設(shè)施進(jìn)行拍攝檢查。操作人員首先根據(jù)地形地貌、道路環(huán)境規(guī)劃好要巡視的桿塔段，抵達(dá)桿塔附近后啟動(dòng)無人機(jī)進(jìn)行自主巡視作業(yè)。待巡視結(jié)束，操控?zé)o人機(jī)安全著陸至此一基桿塔巡視結(jié)束，接下來作業(yè)人員會(huì)對(duì)另一基桿塔重復(fù)剛才的步驟、繼續(xù)作業(yè)[1]。對(duì)于規(guī)劃好要巡視的桿塔段巡視完成之后，此桿塔段無人機(jī)巡視報(bào)告需要操作人員整理好再交給其他相關(guān)人員。操作人員獲取無人機(jī)巡視的照片，對(duì)這些巡視照片進(jìn)行分類整理、系統(tǒng)分析和初步處理，最后總結(jié)報(bào)告。

在無人機(jī)巡視作業(yè)和操作人員處理巡視照片形成報(bào)告階段，現(xiàn)有無人機(jī)巡檢模式仍存在以下不足：嚴(yán)重依賴操作人員?，F(xiàn)有無人機(jī)巡檢模式不自動(dòng)化，無人機(jī)起飛降落、巡視照片分析等環(huán)節(jié)仍需操作人員參與；路途遙遠(yuǎn)及轉(zhuǎn)場(chǎng)耗時(shí)耗力，工作時(shí)間的40%就被轉(zhuǎn)場(chǎng)乘車所占用；在寒冷的冬季和炎熱的夏季，飛手仍需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行無人機(jī)巡視作業(yè)；數(shù)據(jù)時(shí)效性不足、準(zhǔn)確度也還不夠，尤其在特殊時(shí)間段例如鳥害高發(fā)期等需要頻繁進(jìn)行特殊巡視時(shí)；天水運(yùn)檢中心大部分架空輸電線路區(qū)段地處無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的山區(qū)、林區(qū)。由于網(wǎng)絡(luò)載波相位差分技術(shù)高精度定位信號(hào)通過4G 或5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸，因此限制了無人機(jī)自主巡檢在電網(wǎng)的規(guī)?；瘧?yīng)用，無人機(jī)作業(yè)僅能采用人工飛行模式，巡檢效率低且風(fēng)險(xiǎn)高[2]。

2 AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢巡檢模式

AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢巡檢模式為：通過遠(yuǎn)程發(fā)送命令控制安裝在桿塔上的無人機(jī)機(jī)巢，實(shí)現(xiàn)輸電設(shè)備運(yùn)行巡檢管理中無人機(jī)的遠(yuǎn)距離全自動(dòng)無干預(yù)自主巡檢。無人機(jī)機(jī)巢整合了無人機(jī)預(yù)編程操控技術(shù)、深度學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、5G 通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等各方面前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以無人機(jī)為主的協(xié)同自主巡檢新模式、巡視照片自主分析生成報(bào)告、結(jié)果自主提交，無需人工干預(yù)。

具體內(nèi)容為：在桿塔建立360°遠(yuǎn)程監(jiān)控的“駐塔式”機(jī)巢，在班站辦公室建設(shè)機(jī)巢控制系統(tǒng)；通過云端的監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控,并設(shè)置了空域監(jiān)管接口以便于受有關(guān)機(jī)構(gòu)的監(jiān)督；使用可長(zhǎng)時(shí)間飛行的無人機(jī)（飛行時(shí)間不得少于40分鐘，飛行最大距離不小于15分鐘）。利用中央控制系統(tǒng)發(fā)送指令對(duì)無人機(jī)機(jī)巢、無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，控制無人機(jī)按提前規(guī)劃的軌跡點(diǎn)進(jìn)行自主巡視拍照；無人機(jī)巡視任務(wù)完成后在“駐塔式”機(jī)巢安全著陸，通過云端的監(jiān)管系統(tǒng)控制“駐塔式”機(jī)巢系統(tǒng)為無人機(jī)能源維護(hù)并自動(dòng)傳輸照片，自動(dòng)、智能地分析數(shù)據(jù)并將其上傳到后臺(tái)。

AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢優(yōu)勢(shì)：利用AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢自主巡檢，一定程度減少了巡視人員工作量，達(dá)到了智能安全，同時(shí)也為智慧化線路建設(shè)提供了依據(jù)，此次設(shè)計(jì)旨在通過智能機(jī)庫(kù)+無人機(jī)+云端系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)系統(tǒng)性組合，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛行、巡航、數(shù)據(jù)采集的全自主化，使其可以突破傳統(tǒng)行業(yè)無人機(jī)技術(shù)瓶頸，化解其不能飛、沒人飛、飛不遠(yuǎn)、效率低、成本高、不持續(xù)等“痛點(diǎn)”，實(shí)現(xiàn)電力巡檢、信息化測(cè)繪在內(nèi)的智能化、自主化飛行及數(shù)據(jù)采集[3]。

3 AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 故障隱患快速排查

天水輸電運(yùn)檢中心所轄線路均屬隴東地區(qū)，70%以上的線路桿塔處于高山峻嶺，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)減緩人工排查速度，整體效率低下。明顯延長(zhǎng)人工到達(dá)時(shí)耗，不能有效開展工作。鑒于目前無人機(jī)自主巡檢特點(diǎn)，在鐵塔頂端搭設(shè)AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢，并在本基鐵塔建立巡視模型及相關(guān)參數(shù)，可及時(shí)檢測(cè)這些處于復(fù)雜地形、信號(hào)較差區(qū)域設(shè)備的損失及故障情況，在巡視階段將故障排除時(shí)間減少至較低水平，提高輸電線路巡檢管理的隱患故障情況排除率，降低風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 降低人力成本，提高工作效率。

天水輸電運(yùn)檢中心以±800kV 直流線路為試點(diǎn)開展智能輸電線路建設(shè)，立足于設(shè)備狀況、運(yùn)行特點(diǎn)，通過前期排查線路屬地特點(diǎn)，在高山大嶺、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)及巡視人員巡視困難區(qū)段（林區(qū)）的鐵塔頂端搭設(shè)無人機(jī)機(jī)巢，利用太陽(yáng)板為無人機(jī)提供電源,采用“人工+AI”模式建立無人機(jī)自主巡檢模型，便于巡視人員在辦公室可以遠(yuǎn)程操作，使無人機(jī)自主完成相關(guān)任務(wù)并將資料利用終端傳回于辦公室進(jìn)行比對(duì)分析，以滿足發(fā)生突發(fā)情況時(shí)第一手資料的收集[4]。

3.3 AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢技術(shù)要求

AR“駐塔式”無人機(jī)平臺(tái)包括具有360°無死角遠(yuǎn)程監(jiān)控的“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢、人工智能機(jī)巢控制系統(tǒng)和低能耗比、大能量密度以及能夠長(zhǎng)時(shí)間滯空的無人機(jī)。

“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢應(yīng)具備無人機(jī)快速自動(dòng)充電系統(tǒng)，氣象檢測(cè)系統(tǒng)、高速率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等，具備無人機(jī)快速充電、極端天氣智能分析檢測(cè)、無人機(jī)及機(jī)巢安全保障、無人機(jī)及機(jī)巢狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋、即時(shí)通訊、信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ?；中央控制系統(tǒng)可遠(yuǎn)程發(fā)送指令，讓無人機(jī)起飛、按航提前規(guī)劃的打點(diǎn)軌跡進(jìn)行拍照，任務(wù)完成結(jié)束后可在機(jī)巢平穩(wěn)、安全著陸?？刂茻o人機(jī)機(jī)巢快速自動(dòng)充電系統(tǒng)對(duì)無人機(jī)快速充電、將巡視照片傳輸給人工智能系統(tǒng)。控制人工智能系統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺分析巡視照片，將其結(jié)果上傳到后臺(tái)。

基于智能充電技術(shù)與長(zhǎng)航時(shí)電池，無人機(jī)的最大飛行時(shí)間不小于30分鐘，飛行最大距離不得小于15公里，無人機(jī)在20分鐘內(nèi)完成充電。配備高清可見光或紅外云臺(tái)攝像機(jī)，內(nèi)置嵌入式終端和5G 通信系統(tǒng)，可通過5G 信號(hào)實(shí)現(xiàn)發(fā)送指令和數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)自動(dòng)充電；遠(yuǎn)程5G 通信控制模塊：通過5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通信和控制，通過機(jī)巢控制系統(tǒng)向無人機(jī)遠(yuǎn)程發(fā)送指令，控制無人機(jī)將航行狀態(tài)、實(shí)時(shí)巡視圖像等信息傳輸至控制系統(tǒng)，以達(dá)到超視距遠(yuǎn)程控制。另外，無人機(jī)巡視的各條線路均是采用5G云端監(jiān)控平臺(tái)管理，使飛行過程更為安全與快捷。

遠(yuǎn)距離精確起飛著陸功能：通過RTK 差分、可見光引導(dǎo)著陸、紅外引導(dǎo)著陸、雷達(dá)避障、光流速度測(cè)量、雙目避障等先進(jìn)技術(shù)，確保飛行安全，引導(dǎo)無人機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精確著陸；全方位安全保障體系：為應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，無人機(jī)機(jī)身材料結(jié)構(gòu)防護(hù)性能采用7級(jí)抗風(fēng)、IP54級(jí)設(shè)計(jì)，航行安全性得到極大保障?！榜v塔式”無人機(jī)機(jī)巢采用生物防潮防蟲設(shè)計(jì)，將因潮濕或蚊蟲造成故障的可能性降到最低。通過電池過載保護(hù)，從源頭避免電池燃爆[5]。

3.4 AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國(guó)電力行業(yè)的快速發(fā)展，無人機(jī)的研發(fā)步伐也越來越快。將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電力建設(shè)和維護(hù)。彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工巡視期間，因鐵塔本體較高、利用望遠(yuǎn)鏡等巡視設(shè)備觀察電氣部位時(shí)模糊不清等其他不足的問題，已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。因此，要針對(duì)不足的問題，采用最新科學(xué)技術(shù)構(gòu)建新型無人機(jī)的智慧化建模系統(tǒng)，將人工無法觀察到的細(xì)小的缺陷利用無人機(jī)放大，達(dá)到充分消缺，使輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，為電力行業(yè)的發(fā)展提供有效保障。

4 結(jié)語(yǔ)

“AR‘駐塔式’無人機(jī)機(jī)巢”巡檢模式，針對(duì)于傳統(tǒng)模式當(dāng)中的不足之處，完成對(duì)輸電線路以無人機(jī)為主的全程自動(dòng)化巡檢。在全程自動(dòng)化巡檢的過程中，隨著無人機(jī)自主巡視作業(yè)頻率提高，會(huì)匯總處理大量復(fù)雜輸電線路在各種極端天氣條件下的數(shù)據(jù)，結(jié)合目前頂尖的數(shù)據(jù)分析算法，將為大規(guī)模復(fù)雜條件下的輸電線路狀態(tài)檢測(cè)、狀態(tài)分析和狀態(tài)管理等奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也將促進(jìn)深度學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺、狀態(tài)預(yù)警等技術(shù)的發(fā)展。

“AR‘駐塔式’無人機(jī)機(jī)巢”巡檢模式對(duì)于全國(guó)大部分地市級(jí)公司來說，都可解決目前運(yùn)維模式中的不足之處。未來推廣出去后，在實(shí)踐過程中對(duì)高電壓等級(jí)線路進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，逐步應(yīng)用于電壓等級(jí)較高的較長(zhǎng)線路中，并可在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。