輸電線路無人機自動巡檢的實現(xiàn)與應用

林仁雄

摘? 要：目前輸電線路通道、樹障、精細化、特殊巡視等巡視任務基本運用多旋翼無人機進行遠程操作，實現(xiàn)快速巡視多基桿塔，人機協(xié)同作業(yè)提高電網(wǎng)運維效率。人工操作無人機巡檢之前，培訓一個飛手需要3～12個月才能上崗，從新手到技術(shù)嫻熟又要有幾個月的適應過程，培訓的成本過高還不能保證飛行技術(shù)穩(wěn)定。新興的自動駕駛系統(tǒng)運用于輸電線路運檢如魚得水，由于輸電線路不像公路上汽車車況那樣復雜，線路鐵塔都是處于靜止狀態(tài)，更容易實現(xiàn)自動駕駛，而且輸電線路運用無人機自動駕駛系統(tǒng)后，照片精確度更高，消除了人工拍照的各種誤差，運維效率提高顯著。

關(guān)鍵詞：輸電線路? 自動駕駛? 無人機

中圖分類號：TP31 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（c）-0035-02

無人機自動駕駛是指通過對規(guī)定區(qū)域運用激光雷達掃描后，生成的三維點云模型，點云中的每個點都有它唯一的三維坐標，自動駕駛系統(tǒng)就利用各個點的三維坐標規(guī)劃運動軌跡，從而實現(xiàn)讓無人機自動駕駛、拍照等功能。但自動駕駛技術(shù)需要各種嚴苛的條件，下面該文就輸電線路實現(xiàn)自動駕駛該具備哪些條件做一簡單分析。

1? 輸電巡檢存在的問題

現(xiàn)在城鄉(xiāng)各處的電力網(wǎng)是保障電力傳輸?shù)幕A設施。我國電網(wǎng)建設規(guī)模已躍居世界首位，在我國多變的氣候條件與復雜的地形地貌的情況下，保障中國超大規(guī)模的網(wǎng)絡運行是一個艱巨的任務。

目前，電網(wǎng)巡檢主要是人巡+機巡模式，人工巡檢人力成本過高，對巡檢工人來說，危險系數(shù)也較高。巡檢人員需要攜帶專業(yè)設備深入高山峽谷，甚至深山老林，爬上幾十米高的鐵塔，開展電網(wǎng)巡檢工作，碰上惡劣天氣，依然要堅持在巡檢一線，在巡檢過程中，一旦發(fā)生高空墜落或觸電等意外事故，后果不堪設想。機巡模式改變了以往人工巡檢的費時費力，但是飛手的培養(yǎng)需要時間與成本，加上每個飛手的操作技術(shù)問題，“炸機率”也一直居高不下。而且每個飛手的拍照距離、拍照角度與每基塔的拍照位置等人工誤差問題，也使得機巡模式成本過高。

巡檢班組人員通過使用無人機提高巡檢效率，但是新的工作方式也帶來了新的挑戰(zhàn)。巡檢人員需要長時間控制無人機飛行，這對于基層班組人員的無人機操作技能要求可不低。“炸機”“撞塔”等事故的發(fā)生也隨著機巡業(yè)務的擴大而與日俱增。同一條線路在兩個技術(shù)熟練度不同的飛手飛過以后也可能產(chǎn)生迥異的巡視結(jié)論。行業(yè)迫切需要更加智能、更加安全、更加可控的巡檢作業(yè)方式。降低無人機操作門檻，降低人員經(jīng)驗對于巡檢工作的影響，進一步提升機巡作業(yè)效率，是各個供電人不斷追求的目標。

2? 輸電巡檢實現(xiàn)無人機自動駕駛的條件

2.1 線路點云數(shù)據(jù)采集設備

線路點云數(shù)據(jù)是指通過運用激光雷達儀器掃描輸電線路，以點的形式記錄掃描后的信息。每一個點包含有三維坐標，有些可能含有顏色信息。通過這些點組成的點云模型，可以準確地記錄線路上每個點的位置信息。可能由于天氣或設備本身的原因造成采集點云誤差，需要后期運用點云編輯器與設備定位共同校準誤差，才能為后續(xù)的自動駕駛提供數(shù)據(jù)的安全保障。

自動駕駛與激光點云形影不離，只有擁有精確的點云模型，才能保證自動駕駛的可操作性。如果運用激光雷達掃描出來的點云有偏差，但是飛行人員沒有通過運用無人機定位系統(tǒng)校準點云誤差，而直接自動飛行，很有可能出現(xiàn)飛機撞鐵塔或?qū)Ь€的情況。所以在飛行前，需要工作人員利用飛行系統(tǒng)里的定位坐標與點云系統(tǒng)坐標對照，誤差控制5cm內(nèi)，說明該點云模型是準確的，可以運用自動駕駛飛行。

2.2 帶有RTK定位系統(tǒng)的無人機

隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展，人們對快速高精度位置信息的需求也日益強烈。而目前輸電線路巡檢運用RTK技術(shù)中遇到的最大問題就是參考站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離。GPS誤差的空間相關(guān)性隨參考站和移動站距離的增加而逐漸失去線性，因此對于固定基站RTK，不僅僅是設置基站較為麻煩，而且傳統(tǒng)的單機RTK的作業(yè)距離都非常有限（﹤500m）。輸電線路為了實現(xiàn)自動駕駛，主要是運用網(wǎng)絡RTK，在網(wǎng)絡RTK技術(shù)中，用多個參考站組成的GPS網(wǎng)絡來估計一個地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡RTK技術(shù)突破了傳統(tǒng)的距離限制與延時誤差，能夠更好地運用到線路自動巡檢中。

2.3 線路自動駕駛航線規(guī)劃

線路點云模型創(chuàng)建完成后，需要在點云模型的基礎上規(guī)劃自動駕駛的飛行航線，航線規(guī)劃需要規(guī)避輸電線路，防止航線與線路導線或鐵塔等線路設備相交叉，如果規(guī)劃航線與設備點云相交叉，實際飛行過程無人機肯定會與設備的交叉點處相撞，導致無人機損毀。由于線路本身帶電運行，對飛行設備接收的GPS信號或遙控信號都會產(chǎn)生一定的干擾，所以航線規(guī)劃也不能距離線路設備過近，一般設置無人機與線路設備拍照距離在3m以上為最佳拍照距離，該距離可以看清線路絕緣子插銷，滿足線路精細化巡視的要求。

3? 無人機自動駕駛在輸電線路中的應用

3.1 線路通道、樹障、精細化巡視

傳統(tǒng)線路通道、樹障、精細化巡視需要飛手有嫻熟的技術(shù)，并且對線路的結(jié)構(gòu)相當熟悉，飛行過程中不能出現(xiàn)任何差錯，拍照距離與拍照角度也要滿足作業(yè)要求，對人為因素要求較為嚴格。相比以往人工操作，自動駕駛技術(shù)不僅可減少對操作人員技能水平的依賴，同時在數(shù)據(jù)采集方面更具規(guī)范性。基于雷達高精度定位和大數(shù)據(jù)積累形成的無人機自動駕駛技術(shù)體系，實現(xiàn)多旋翼無人機一鍵起飛。在事先制作的高精度線行三維地圖上規(guī)劃好航線，應用厘米級實時定位技術(shù)，自動飛到指定位置，在飛行設備到達控制點后進行自動拍照保存，并且在完成作業(yè)任務后自動返回，實現(xiàn)站到站的無人機巡檢作業(yè)新模式。機巡作業(yè)已成為當前電網(wǎng)運維的重要手段之一，可大大提升工作效率。由傳統(tǒng)人巡的4km/人日，提升到至14.51km/人日，效率提升了3.6倍。

3.2 線路故障夜間特巡與勘災

對于線路跳閘特巡，如果在晚上無法使用無人機去查找故障，人工查找又費時費力，而且也很難查到故障問題的根源。利用自動駕駛夜視無人機，不用擔心因為看不見導線或鐵塔，而使無人機撞到線路設備，可以實現(xiàn)一鍵起飛，讓無人機快速到達指點控制點拍照，不會受到夜間的環(huán)境限制而實現(xiàn)快速查找故障。利用無人機自動巡檢可實現(xiàn)高效、快速電網(wǎng)巡查及勘災，為整體應急搶修部署提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

3.3 線路設備隱患臺賬的建立與更新

通過自動駕駛航線規(guī)劃，利用各個控制點的不同角度對線路設備拍照，再將所有精確角度拍照所得的照片利用軟件合成線路全景圖，可運用在線路交叉跨越安全距離的測量、違章建筑與施工的安全距離測量及多工況下的線路狀態(tài)檢測等。建立實時動態(tài)的線路隱患設備臺賬，可以實時掌控線路危險隱患，保障線路的安全運行。重點對跨越高速公路、鐵路、重要通道等的“三跨”區(qū)段進行自動飛行拍攝，旨在及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，提高設備安全運行水平，掌握輸電設備動態(tài)狀況，實現(xiàn)智能運檢。

4? 結(jié)語

近年來，隨著輸電線路電壓等級不斷升高，特高壓桿塔的高度和結(jié)構(gòu)愈加復雜，線路里程呈“井噴”式增長，為了緩解輸電線路運維壓力，提高線路巡檢質(zhì)量和效率，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定，越來越多的供電公司開始應用無人機進行線路巡檢。無人機自動巡檢不僅有助于提高巡檢質(zhì)量和效率，而且能夠降低輸電線路運行維護成本、保障巡檢人員的人身安全，是輸電線路巡檢運維的智能化發(fā)展方向。無人機全自主智能巡檢，帶來輸電線路巡檢模式新變革，無人機全自主巡檢將大大減少人員勞動強度，實現(xiàn)線路巡檢標準化規(guī)范化，提高輸電線路運維質(zhì)量效率。“無人機全自主飛行”“AI自動規(guī)劃航線”“缺陷自動識別”“圖片自動命名”等新一代技術(shù)的攻克，將翻開電網(wǎng)巡檢的新篇章。

參考文獻

[1] 田力.輸電線路桿塔無人機自動精細巡檢系統(tǒng)研究[J].電力與能源，2019（2）：130-134.

[2] 麥俊佳，郭圣，徐振磊，等.輸電線路多旋翼無人機自動駕駛智能巡檢系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應用，2019，28（4）：105-110.