發布時間：2020-08-19所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：國家電網公司自2011年開始探索直升機、無人機和人工協同巡檢應用。2013年年初，在公司系統內選取10個省(地市級公司)開始為期3年的協同巡檢試點應用工作。2016年至今，正在開展無人機巡檢推廣應用�？傮w而言，配電網設備運維效率和技術水平不足，配電網
摘要：國家電網公司自2011年開始探索“直升機、無人機和人工協同巡檢”應用。2013年年初，在公司系統內選取10個省(地市級公司)開始為期3年的協同巡檢試點應用工作。2016年至今，正在開展無人機巡檢推廣應用�？傮w而言，配電網設備運維效率和技術水平不足，配電網設備停電試驗項目很少，日常巡視是主要的設備狀態管控手段，運維人員對于有效且高效的巡檢手段需求較為迫切。
關鍵詞：輸電線路;無人機巡檢
引言
輸電線路無人機巡檢已經得到廣泛研究和應用。目前的無人機巡檢作業中，無論是人工手控巡檢還是軟件程控巡檢，都需要作業人員始終在野外操作并進行大量干預，而且巡檢數據不能及時傳回處理。針對這些不足，構建了無人機遠程自主巡檢系統，實現了輸電線路巡視、數據傳輸處理分析全過程無人自主化。
1無人機綜合巡檢平臺構建
1.1無人機選型
目前應用于電網巡檢的無人機按照平臺進行分類，主要包括固定翼無人機、大中小型無人直升機(多為電動多旋翼)。固定翼無人機具有飛行速度快(大多數在100~200 km/h)、續航時間較長、作業范圍廣等優勢，缺點是無法進行定點懸停觀測、照相，起降條件要求較高。電動多旋翼無人機集成技術難度較低，國內生產廠家較多，具有成本低、便攜性好、集成度高、維護保養簡單等優勢，缺點是載荷小、巡航時間短。由于配網系統具有設備眾多、設備間距較小、系統結構復雜、經過地區多為城鎮人口密集地區等特點，應用于配網線路無人機巡檢系統應滿足如下要求：(1)經常在人口密集區作業，情況復雜，因此要求配網無人機巡檢系統有很高的可靠性，機體尺寸較小、起降方便、墜機風險較低;(2)一般都在公路通達的巡檢點附近，因此大都要求目視控制飛行，對于測控距離要求較低，一般2 km距離足夠，單次作業時間也不會太長，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備;(4)較強的環境適應性，攜帶方便，便于作業迅速展開。因此，綜合以上分析建議選擇小型無人直升機(以下簡稱為無人機)開展配網架空線路無人機綜合巡檢作業。
1.2無人機結構設計與分析
(1)無人機殼體設計。由于配電網無人機巡檢工作環境變化較大，并且可能碰到比較惡劣的天氣，則需研究無人機殼體的非常規空氣動力學特性，且從一定程度上保證無人機的性能、操縱性和穩定性，設計出具有一定流線型的無人機外殼。主殼體具有較好的流線型，在飛行過程中阻力更小，所需動力就更小，在相同電池容量的情況下，續航時間更長。(2)無人機云臺設計。電動多旋翼無人機用來搭載任務設備的主要是云臺，設計了三軸增穩云臺，用于在無人機自主飛行、低空作業的同時，保證數字航空影像的拍攝質量。云臺搭載的載荷設計采用插拔式連接方式，安裝拆卸方便，便于操作。設計的云臺可以實現至少水平和俯仰2個方向的轉動性能。(3)無人機懸臂設計。電動多旋翼無人機的運動和簡單結構都依賴于螺旋槳及時的速度改變，以調整力和力矩。
2無人機遠程自主巡檢關鍵技術
2.1無人值守技術
2.1.1機巢
機巢和長航時無人機一起構成無人值守平臺，機巢是一款為無人機巡檢作業定向研發的一體化設備，可以遠程控制和傳輸數據，實時監控無人機的狀態以及任務前的準備情況，配合無人機完成無人值守任務。機巢具有以下顯著優勢：1)機巢嚴格按照長期野外靜置的條件研制，采用防拆除、防移動、防雷電的加強結構設計，具備防水、防潮、恒溫性能，內部使用模塊化設計，方便后期維護。2)機巢具備無人機輔助降落平臺，保證無人機通過視覺、RTK定位的方式安全降落，回收后的無人機封閉式存放于機巢內部，確保安全。3)機巢具備氣象監測、狀態監控和實時通信功能，巡視時如果遇到天氣突變，機巢會發出返航指令，控制無人機自動就近返航回收。機巢狀態數據上傳至中央控制系統，輔助維護保養決策。4)機巢具備獨立應急電源，即使突然出現斷電情況，也能保證機巢的正常使用，為無人機安全降落和執行任務的安全性保駕護航。5)機巢具備為無人機自動充電功能，充分保障無人機續航能力。
2.1.2長航時無人機
長航時無人機是一款為機巢定向研發的高端無人機，配合機巢實現無人值守作業，具有以下顯著優勢：1)長航時無人機采用了全新的飛控和動力方案，擁有超長的續航能力。在正常工作條件下，新型智能電池能夠在30min之內完成充電，作業時間長達58min，單向航程超過30km。2)內置飛管計算機，由4顆ARMCortex-A9處理器組成，主頻高達1.2GHz，同時還搭載2GBDDR3運行內存和16GBEMMC存儲空間，具備強大的運算能力。還內置4G模塊，可進行遠程控制和通信。3)搭載RTK定位系統，可以提供厘米級精度的定位，同時雙天線的配置為飛控準確定向，可提供強大的抗電磁干擾能力，在高壓線、金屬建筑等強磁干擾的環境下保障可靠的飛行。4)搭載高清可見光云臺相機，最大可達2010萬像素。
2.2遠程自主精準降落技術
無人機具備雷達測高、光流測速等定位技術，并搭載了RTK定位系統，可以提供厘米級精度的定位，但是降落過程受地面效應和現場環境影響，而且機巢降落平臺面積小，為確保降落安全和足夠精準，還配置了視覺輔助降落系統，引導無人機精準降落。降落過程中，機載高清攝像機拍攝的實時圖像會傳給機載飛管計算機進行處理，自動提取標識信息并進行校驗，實時估計無人機的位置和姿態，輔助飛控修改策略，控制無人機全自主精準降落。目前降落誤差控制在±3cm以內。
2.3人工智能圖像識別技術
圖像識別模塊內置于中央控制系統中，對傳回的巡檢照片進行智能處理分析。圖像識別采用卷積神經網絡算法，具有強大的自學能力、容錯能力，通過大量樣本訓練進行深度學習，實現在圖像中自動提取目標。目前已建立70萬張巡檢圖像樣本庫進行深度學習，可高效識別施工外破、漂浮物、速生樹種、鳥窩等缺陷隱患，巡檢圖像處理結果會自動上傳至輸電智能運檢管控平臺進行共享和大數據分析，危急缺陷可直接形成工單推送到相應班組人員的手持移動作業端，極大提高缺陷閉環效率.
相關期刊推薦：《高電壓技術》為國內外唯一集中、全面地反映當前高電壓技術領域科技信息的專業技術刊物，國內外公開發行，是國務院學位辦審定的中文重要期刊。本刊報道內容包括高壓設備、輸電線路、系統暫態、測試工程、電磁、城網供電、電力電子等及生態環保生物醫療等邊緣、交叉學科。既有基礎理論研究也有工程實踐應用。本刊讀者對象為電力系統生產、建設、運行、管理部門及相關產業科研、設計、制造單位的領導、科技人員、大專院校師生及其他相關工程技術人員。
結語
無人機遠程自主巡檢系統融合無人值守技術、遠程自主精準降落技術和人工智能圖像識別技術三大關鍵技術，實現了輸電線路巡視、數據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無人機巡檢過程中需要耗費大量人力物力、人員始終在野外等痛點問題，可在電力行業內廣泛應用，并可推廣至電信、石油等其他行業，有廣闊的應用前景。——論文作者：王志成
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