基于無(wú)人機(jī)的輸變電工程進(jìn)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

林建軍

摘 要：人工監(jiān)測(cè)、直升機(jī)監(jiān)測(cè)等原始的輸變電工程監(jiān)測(cè)模式已經(jīng)無(wú)法滿足規(guī)模越來(lái)越大的電力鋪設(shè)工程及相應(yīng)工程維護(hù)的需求，且這些原始監(jiān)測(cè)模式耗時(shí)耗力，缺陷明顯。但在無(wú)人機(jī)出現(xiàn)并廣泛投入各項(xiàng)工程監(jiān)測(cè)活動(dòng)后，高效、安全、省時(shí)省力地對(duì)輸變電工程進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)成為了可能。重點(diǎn)探討了基于無(wú)人機(jī)的輸變電工程進(jìn)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)條件與運(yùn)作流程。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；輸變電工程；GPS；定位技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.046

1 研究進(jìn)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要性

隨著無(wú)線通信技術(shù)、航空遙感測(cè)繪技術(shù)、GPS導(dǎo)航定位技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，很多軍用技術(shù)已經(jīng)拓展到了民用設(shè)施中，其中，最具代表性的就是無(wú)人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)具有簡(jiǎn)單小巧、成本低廉、容易操控、對(duì)作業(yè)環(huán)境要求低等特點(diǎn)，已在社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如今在輸電線路運(yùn)行方面的應(yīng)用更是發(fā)揮了巨大的作用。基于無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)輸變電工程進(jìn)度的監(jiān)測(cè)主要在于利用無(wú)人機(jī)空中平臺(tái)的功能，攜帶高倍照相機(jī)、高清攝像機(jī)、紅外成像儀、導(dǎo)線損傷探測(cè)儀等設(shè)備，操作人員依據(jù)所要巡視線路區(qū)段信息和作業(yè)內(nèi)容在地面控制系統(tǒng)中制訂相應(yīng)的飛行航線，控制無(wú)人機(jī)對(duì)線路本體和走廊保護(hù)區(qū)進(jìn)行全光譜的快速拍攝監(jiān)測(cè)，后臺(tái)技術(shù)人員及時(shí)對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，有異常情況及時(shí)發(fā)出預(yù)警，從而快速發(fā)現(xiàn)隱患，提高巡視效率和質(zhì)量。此外，還能在最短時(shí)間內(nèi)控制因氣候變化、惡劣地形制約等因素破壞輸變電線路所造成的不良影響，避免延誤輸變電工程進(jìn)度。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的存在是輸變電工程穩(wěn)步運(yùn)行的重要保障。

綜上所述，對(duì)基于無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)輸變電工程進(jìn)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 技術(shù)條件

基于無(wú)人機(jī)的輸變電工程的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需要采用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)。關(guān)于該技術(shù)的應(yīng)用，需要注意以下3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：①數(shù)碼相機(jī)影像畸變糾正、航高與焦距選擇、飛行與攝影的姿態(tài)控制；②野外控制點(diǎn)布設(shè)方法與空中三角測(cè)量精度的關(guān)系；③數(shù)據(jù)處理軟件功能需求與影像匹配算法。

此外，通過(guò)開(kāi)展場(chǎng)地試驗(yàn)和工程試驗(yàn)，對(duì)于利用無(wú)人機(jī)搭載數(shù)碼相機(jī)完成輸電線路及區(qū)域航空攝影數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)實(shí)地采集的檢查點(diǎn)檢驗(yàn)了航空攝影測(cè)量精度，可得出以下結(jié)論：無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可滿足1∶2 000地形圖測(cè)繪的要求，在合理選擇攝影參數(shù)和數(shù)據(jù)處理方法的前提下，也可以滿足丘陵地區(qū)及山地的1∶1 000的測(cè)圖要求。此技術(shù)可以達(dá)到1∶500/1∶5 000的線路平斷面圖測(cè)量的精度要求，完全可以滿足輸電線路優(yōu)化選線以及平斷面圖數(shù)據(jù)采集的要求，為輸電線路工程提供了一種可以替代常規(guī)航空攝影的非常實(shí)用的解決方案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸變電工程情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

其他的技術(shù)條件還有應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)、無(wú)線通信、視覺(jué)圖像處理等技術(shù)，并設(shè)計(jì)出基于無(wú)人機(jī)航拍圖像的故障識(shí)別終端。該識(shí)別終端主要包括圖像采集、視頻編碼、故障識(shí)別、信息通信等功能，具體流程為：用抗震能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定的CCD攝像頭進(jìn)行圖像采集，采集到的圖像經(jīng)視頻解碼器數(shù)字化，轉(zhuǎn)化為BT.656格式的視頻流，并發(fā)送到數(shù)字媒體處理器；處理器將視頻流轉(zhuǎn)換為YUV格式并對(duì)其進(jìn)行編碼，內(nèi)部的DSP處理器運(yùn)行故障檢測(cè)算法，對(duì)編碼后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行故障檢測(cè)；通過(guò)長(zhǎng)距離、永遠(yuǎn)在線的GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)反饋輸電線路的檢測(cè)結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸變電工程進(jìn)度的監(jiān)測(cè)。

3 運(yùn)作流程

目前，基于無(wú)人機(jī)的輸變電工程進(jìn)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)作流程如下：制訂需要監(jiān)測(cè)的輸變電線路的巡檢計(jì)劃，確定巡檢機(jī)型；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、校準(zhǔn)GPS、高程并申請(qǐng)空域-固定翼或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘后，申請(qǐng)空域-多旋翼；開(kāi)具工作票，然后執(zhí)行對(duì)應(yīng)的飛行任務(wù)、導(dǎo)出當(dāng)次的飛行數(shù)據(jù)；對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的缺陷或問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合能夠影響輸變電工程進(jìn)度的輸電線路缺損情況、地形制約、天氣變化等各個(gè)關(guān)鍵要素監(jiān)測(cè)的所得數(shù)據(jù)，制作出最終的完整報(bào)告。

為了進(jìn)一步闡明上述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)作流程，筆者以使用固定翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路通道巡視為例。假設(shè)某供電公司220 kV配套工程，桿塔數(shù)量為90級(jí)，長(zhǎng)度為30 km。2名班組成員操控電動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)飛行一個(gè)架次，耗時(shí)60 min，利用無(wú)人機(jī)航拍的照片錄像等資料從高空直觀的查看各類隱患的具體位置，既可以核實(shí)設(shè)計(jì)中要求處理的安全隱患的處理情況，又可以作為今后認(rèn)定線路投運(yùn)后線下建筑或樹(shù)木為施工遺留，還是成為施工后建設(shè)、栽種的依據(jù)，這些都是人工地面排查無(wú)法做到的。使用多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行桿塔精確巡查，每天工作8 h，巡視20級(jí)桿塔，大約耗時(shí)4 d，多旋翼懸停在桿塔每一層級(jí)，對(duì)該層級(jí)絕緣子、線路金具、導(dǎo)線與金具連接處和附屬設(shè)施進(jìn)行無(wú)死角精確拍照，形成桿塔本體圖片數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)對(duì)圖片的分析發(fā)現(xiàn)安裝缺陷，多旋翼可見(jiàn)光巡查，減少工人登桿強(qiáng)度。基于無(wú)人機(jī)的輸變電工程進(jìn)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投入運(yùn)作不僅極大地節(jié)約了人工驗(yàn)收的時(shí)間，而且全面地提高了輸變電工程單位的工作效率，無(wú)論是輸變電的鋪設(shè)，還是維護(hù)工程，都能有效避免進(jìn)度滯后的情況出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕