輸電線路無人機紅外雙光自動診斷系統

2022-01-14 09:14:40陳志明

光源與照明 2021年5期

關鍵詞：檢測

陳志明

廣州彼岸思精光電系統有限公司，廣東廣州 510600

0 引言

輸電線路擔負著電能量遠距離傳輸的任務，是電力系統中不可缺少的環節。電氣設備在運行過程中會發生各種各樣的故障，其中發熱是最常見的一種故障類型。紅外檢測能有效發現設備存在的缺陷。輸電線路巡檢采用無人機搭載紅外全方位立體化巡視，可有效消除巡檢死角，及時發現過熱缺陷。在巡檢過程中，需要記錄巡檢的桿塔號與巡檢時間，以此作為紅外數據對應具體桿塔號的電氣設備的依據。巡檢會產生大量數據，需要人工處理，存在工作量大、效率低、自動化程度低的問題。為解決這一問題，設計集成GPS定位的無人機紅外雙光小吊艙，將GPS信息存入紅外圖譜，結合桿塔的GPS信號，實現自動識別紅外數據按桿塔歸類，自動分析故障，從而提高巡檢效率、數據處理速度，進一步提升輸電線路紅外檢測的作業模式。

1 系統組成

輸電輸電線路由不同類型的桿塔、導線及相應輔助設備組成，故障檢測的目標是線纜（導線、地線等）以及各種輔助設備（連接裝置、防振錘、間隔棒、絕緣子等）。紅外技術對熱缺陷類故障（如導線接頭松動、導線斷股、器材老化、絕緣子破損等）有較好的檢測效果。對于線路與周邊物體距離過近等問題，可使用可見光技術進行檢測[1]。

無人機紅外雙光自動診斷系統是由無人機、機載紅外雙光檢測裝置、后端紅外數據自動診斷系統三大部分組成。

1.1 多旋翼無人機

多旋翼無人機是一種機動性強、穩定性高、敏捷安全、操作簡便的飛行平臺。采用無人機搭載紅外檢測設備的方案替代原有的人工手持，可達到檢測準確、高效、安全和靈活的目的[2]。無人機包括飛行平臺、地面遙控、無線通信。

1.2 機載紅外雙光檢測裝置

機載紅外雙光檢測裝置包括陀穩云臺、紅外熱像儀、可見光相機、GPS模塊等。在無人機飛行作業過程中，由于飛行姿態變化及振動的干擾，機載攝像機拍攝的視頻存在模糊、畫面抖動的情況。為了有效拍攝紅外圖像，采用三軸陀穩云臺負載紅外熱像儀以及可見光相機，有效隔離飛行姿態變化以及振動等干擾源[3]。集成GPS模塊，將GPS信息存入紅外圖像與可見光圖的元數據中，為后端紅外數據自動診斷系統實現自動化識別數據歸屬提供依據。

1.3 后端紅外數據自動診斷系統

后端紅外數據自動診斷系統實現紅外圖像與可見光自動化按照桿塔號歸類存儲，實現紅外圖像的缺陷分析。

2 系統框架

巡檢班組攜帶無人機與機載紅外雙光檢測裝置到輸電線路桿塔附近，開展巡檢作業，不需要記錄桿塔號與巡檢時間。巡檢的紅外圖像與可見光圖像導入后端紅外數據自動診斷系統。后端紅外數據自動診斷系統依據紅外圖像與可見光圖像的GPS元數據與時間，自動識別歸類到對應的輸電線路與桿塔目錄，并進一步分析診斷，自動形成分析報告。系統框架圖如圖1所示。

圖1 系統框架圖

3 巡檢數據自動診斷系統設計

系統設計一種依據線路桿塔GPS坐標自動匹配的算法模型，通過讀取紅外圖像和可見光圖像的GPS元數據并計算匹配，從而實現紅外圖像按線路桿塔號進行歸檔，并集成缺陷判斷規則紅外分析模塊及分析報告模塊，提高巡檢數據的效率與自動化水平。

3.1 基于GPS自動匹配的巡檢數據歸類算法

以桿塔位置為圓心，無人機巡檢桿塔的可視距離作為半徑，通過計算紅外圖像的GPS位置與桿塔GPS位置距離是否在圓內，判定紅外圖像是否屬于該桿塔的巡檢數據，如圖2所示。

圖2 GPS位置判定示意圖

（1）兩點之間的距離的計算方法。已知A、B兩點的經緯度（Aw、Bw、Aj、Bj），求c的角度。

根據公式弧長=半徑×弧度，即可求出兩點之間的距離：

（2）紅外數據歸類算法。通過計算紅外圖片是否在圓內，從而判斷歸屬的桿塔號。

3.2 紅外圖像數據結構

紅外圖像以標準JPEG格式存儲。JPEG格式大體上可以分成兩個部分：標記碼和壓縮數據。其中包括APP0-APPn標記段，APP0主要存儲的是圖片的識別信息(字符串“JFIF