夜視無人機(jī)研發(fā)及巡檢勘災(zāi)應(yīng)用

蔣鈺

【摘 要】隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也有了很大的改進(jìn)。為了保障電網(wǎng)的全時(shí)段安全穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，電網(wǎng)巡維的時(shí)效性是重中之重。無人機(jī)自推廣以來，都是在白天進(jìn)行，市面上銷售的成品無人機(jī)普遍搭載傳感器是廣角可見光相機(jī)，在夜間巡視受環(huán)境光線低的影響，無法得到清晰的成像效果。這樣一來，在夜間時(shí)段，無人機(jī)不僅無法對(duì)輸電線路進(jìn)行有效的巡視，而且隨時(shí)可能會(huì)對(duì)無人機(jī)飛行造成毀滅性的損壞，無論對(duì)電網(wǎng)還是設(shè)備都存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)夜間應(yīng)急作業(yè)的實(shí)際需求，通過分析無人機(jī)在夜間應(yīng)急巡檢作業(yè)中的不足，著重解決夜間光線不足帶來的限制，通過技術(shù)手段和能力解決了工作中的實(shí)際問題，提高夜間應(yīng)急巡檢的效率，如山、臺(tái)風(fēng)以及故障特巡，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)夜間巡視作業(yè)。

【關(guān)鍵詞】夜視無人機(jī)；研發(fā)；巡檢勘災(zāi)應(yīng)用

本文主要針對(duì)夜視無人機(jī)進(jìn)行研究與分析，指出當(dāng)前夜視無人機(jī)研發(fā)的背景和目的，并且分析夜視無人機(jī)巡檢勘災(zāi)的關(guān)鍵技術(shù)，并最終以實(shí)證為例分析夜視無人機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)，并分析其巡檢勘災(zāi)的具體應(yīng)用。

1夜視無人機(jī)巡檢勘災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)

1.1飛行姿態(tài)控制技術(shù)

夜視無人機(jī)在進(jìn)行巡檢勘災(zāi)的過程中，會(huì)受到風(fēng)雨等天氣的影響，同時(shí)在電網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用也往往離輸電線路較近。針對(duì)這些情況要實(shí)現(xiàn)夜視無人機(jī)的巡檢勘災(zāi)功能，就必須要對(duì)夜視無人機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行控制。在當(dāng)前夜視無人機(jī)的開發(fā)中引入PID控制器來控制夜視無人機(jī)的偏行狀況。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際應(yīng)用，這個(gè)控制器的應(yīng)用就能夠很好實(shí)現(xiàn)夜視無人機(jī)飛行姿態(tài)的控制。

1.2多傳感器高精度時(shí)間同步

夜視無人機(jī)通過引入大量的傳感器實(shí)現(xiàn)其巡檢勘災(zāi)功能，而保證其功能的實(shí)現(xiàn)就必須要將這些傳感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行串聯(lián)。實(shí)現(xiàn)這一功能的關(guān)鍵是建立統(tǒng)一時(shí)間坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)傳感器時(shí)間的高精度同步。在夜視無人機(jī)中還配備了GPS接收機(jī)，通過其輸出定位數(shù)據(jù)和1PPS脈沖，為保證高精度時(shí)間同步可以設(shè)計(jì)授時(shí)型GPS以及時(shí)間同步控制器，通過這種方法與措施能夠?qū)⒁挂暉o人機(jī)中的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)同步。將POS、CCD相機(jī)以及傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)間進(jìn)行同步，最終統(tǒng)一到GPS當(dāng)中，和GPS的時(shí)間同步，將多個(gè)部分的數(shù)據(jù)源時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一。

1.3線路缺陷、隱患探測(cè)技術(shù)

1.3.1視覺探測(cè)

對(duì)于夜視無人機(jī)而言也必須具有普通無人機(jī)的探測(cè)功能，因此必須要引入視覺探測(cè)技術(shù)，在夜視無人機(jī)中搭載高清攝像設(shè)備，來進(jìn)行拍攝、錄制巡檢線路的詳細(xì)情況，并且能夠?qū)⒉杉降男畔鬟f回到基站當(dāng)中，并進(jìn)行存儲(chǔ)。地面數(shù)據(jù)處理中心的工作人員能夠?qū)κ占降男畔⑦M(jìn)行處理和分析，確定故障所在，并分析故障成因。視覺探測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于輸電線路當(dāng)中的顯性故障探測(cè)，故障識(shí)別的精度和成像技術(shù)密切相關(guān)。

1.3.2紅外和紫外探測(cè)技術(shù)

紅外熱成像儀以及紫外探測(cè)技術(shù)是也是無人機(jī)中的探測(cè)的關(guān)鍵部分。夜視無人機(jī)在電網(wǎng)中應(yīng)用功能的時(shí)候，紅外熱成像儀能夠采集線路表面溫度信息并形成紅外光譜圖像，將圖像傳回?cái)?shù)據(jù)中心，在數(shù)據(jù)中心當(dāng)中能夠通過紅外光譜圖來辨別電路設(shè)備，并且進(jìn)一步分析判斷故障所在。再當(dāng)前研究當(dāng)中，還應(yīng)該尤其注意復(fù)雜背景下的紅外圖像處理技術(shù)，來提高巡檢勘災(zāi)精度。通過紫外成像儀能夠接收電力相關(guān)設(shè)備的放電情況，并形成紫外光訊號(hào)，將采集到的信息成圖，進(jìn)行顯示，表征電暈的位置和強(qiáng)度，以此推測(cè)放電現(xiàn)象和線路故障所在。

1.3.3激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)

激光良好的單色性以及良好的相干性和方向性使其具有重要的應(yīng)用，能夠應(yīng)用于距離、長(zhǎng)度以及角度的測(cè)定，目前激光已經(jīng)應(yīng)用于激光測(cè)距方面。在夜視無人機(jī)的巡檢勘災(zāi)中引入激光雷達(dá)技術(shù)，能夠獲得大量的高精度激光點(diǎn)運(yùn)輸局，然后結(jié)合成像技術(shù)，能夠形成高精度的三維模型，并結(jié)合測(cè)距技術(shù)了解故障、線路和建筑物之間的距離，進(jìn)行快速定位和分析判斷險(xiǎn)情。

1.4無線通訊技術(shù)

夜視無人機(jī)要想實(shí)現(xiàn)其功能還必須要保證其無線通信技術(shù)，通過該技術(shù)能夠?qū)σ挂暉o人機(jī)進(jìn)行控制，無線通訊技術(shù)中的遙測(cè)技術(shù)還能夠?qū)σ挂暉o人機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，跟蹤定位主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)夜視無人機(jī)所處位置的監(jiān)控，同時(shí)還能夠通過該技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和夜視無人機(jī)之間的信息傳遞。在當(dāng)前夜視無人機(jī)的無線通訊中主要由完善的三部分構(gòu)成，包括地面站模塊、中繼模塊以及機(jī)載模塊，這三個(gè)模塊之間相互配合最終實(shí)現(xiàn)通信和各項(xiàng)功能。

1.5地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)

地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)是夜視無人機(jī)實(shí)現(xiàn)其巡檢勘災(zāi)功能的關(guān)鍵。地面數(shù)據(jù)處理中心采用攝影測(cè)量、遙感的數(shù)據(jù)處理方法和技術(shù)流程，自主研發(fā)激光、相機(jī)、紅外成像儀、紫外成像儀、POS系統(tǒng)等多種傳感器獲取的影像、點(diǎn)云、視頻、坐標(biāo)、姿態(tài)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的高精度幾何處理。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)電力線、電塔、走廊地物等及其附屬物的特點(diǎn)，開發(fā)無人機(jī)多傳感器電力線路安全巡檢智能專家系統(tǒng)，通過專家系統(tǒng)、人工智能、模式識(shí)別及多種可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輸電線路和通道安全隱患和異常的判識(shí)、確認(rèn)，快速定位輸電線事故點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)線路安全狀況的及時(shí)診斷和故障排查。

2夜視無人機(jī)設(shè)計(jì)及其巡檢勘災(zāi)應(yīng)用實(shí)證

2.1硬件集成

2.1.1抗風(fēng)防水無人機(jī)飛行平臺(tái)選型

本設(shè)計(jì)選擇的飛行平臺(tái)，具備防水、防塵能力，圖像傳輸距離高達(dá)7km，擴(kuò)展負(fù)載能力強(qiáng)、改裝空間大，機(jī)臂可折疊、腳架可伸縮，方便攜帶運(yùn)輸，適合場(chǎng)外惡劣環(huán)境下使用，特別是臺(tái)風(fēng)過后的中小雨、夜間、山區(qū)復(fù)雜環(huán)境。

2.1.2“高亮度LED探照燈”+“夜光夜視變焦相機(jī)”負(fù)載集成

探照燈選用功耗低、聚光性能好、探測(cè)距離高達(dá)60-100米的LED燈，相機(jī)部分是搭載具備10倍光學(xué)變焦星光級(jí)夜視攝像頭，可在完全無光照的環(huán)境下，攝制清晰視頻和可見光照片，并實(shí)時(shí)傳回地面。

21.3“紅外熱成像相機(jī)”負(fù)載集成

飛行器搭載分辨率為640*512的紅外相機(jī)，實(shí)現(xiàn)地面隱藏火點(diǎn)快速偵查。

2.2軟件集成

2.2.1飛行控制軟件研發(fā)

項(xiàng)目基于飛行器SDK，開發(fā)出自動(dòng)飛行控制軟件，實(shí)現(xiàn)正攝影像飛行、帶狀飛行，360全景飛行，使得勘災(zāi)作業(yè)更高效，應(yīng)用于山火自動(dòng)飛行。

2.2.2著火點(diǎn)坐標(biāo)結(jié)算軟件應(yīng)用

普通紅外相機(jī)，拍照后雖然能發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)，但無法和坐標(biāo)信息關(guān)聯(lián)，本設(shè)計(jì)，通過二次開發(fā)，將照片位置和高精度GPS信息進(jìn)行集成，正攝影像拼圖后，精確計(jì)算出火點(diǎn)坐標(biāo)，用于偵察明火，指導(dǎo)滅火作業(yè)，發(fā)現(xiàn)隱藏火點(diǎn)，滅火防患于未然。

2.3夜視無人機(jī)在巡檢勘災(zāi)中的應(yīng)用效果分析

2.3.1直接效果

漆黑夜間巡查15米遠(yuǎn)距離，看清螺絲防松銷釘.

2.3.2經(jīng)濟(jì)效益

在珠海臺(tái)風(fēng)“天鴿”，使用夜視無人機(jī)，對(duì)220kV國(guó)珠甲乙線#60-#64進(jìn)行夜間巡查，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，將送電時(shí)間提前了1.5小時(shí)。該夜視無人機(jī)，在廣東電網(wǎng)2017年年底至2018年清明節(jié)期間，共飛機(jī)54個(gè)架次，發(fā)現(xiàn)隱藏火電123處，及時(shí)核定缺陷23處，為廣東電網(wǎng)安全運(yùn)行提供了做出了重要貢獻(xiàn)，節(jié)約了大量的停電成本及人工夜間巡視成本。

結(jié)語

（1）首次實(shí)現(xiàn)無人機(jī)夜間精確巡視，可查看銷釘級(jí)缺陷；（2）首次實(shí)現(xiàn)線路山火點(diǎn)坐標(biāo)精確計(jì)算，可精確定位隱藏火點(diǎn)位置。具備多項(xiàng)先進(jìn)指標(biāo)：集成高清圖傳、10倍變焦夜視、一體化集成控制、紅外、可折疊、防塵防雨等功能，市面上暫無同類產(chǎn)品，總體處于國(guó)際先進(jìn)水平。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)治供電公司）