基于無人機(jī)技術(shù)的變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法

摘要：針對(duì)現(xiàn)有規(guī)劃方法在變電站倒閘巡檢中應(yīng)用存在規(guī)劃不合理、無法有效避開障礙物或禁飛區(qū)的問題，引入無人機(jī)技術(shù)，開展變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法研究。結(jié)合無人機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站倒閘巡檢標(biāo)志點(diǎn)定位。對(duì)變電站倒閘實(shí)時(shí)點(diǎn)云進(jìn)行分割，并重建TSDF。為確保無人機(jī)飛行安全，計(jì)算安全距離，并以此為依據(jù)完成智能巡檢線路規(guī)劃。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，新的規(guī)劃方法應(yīng)用下，無人機(jī)不會(huì)與障礙物發(fā)生碰撞，且不會(huì)飛入禁飛區(qū)，順利完成巡檢工作。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)技術(shù)倒閘線路規(guī)劃巡檢變電站

中圖分類號(hào)：TM75文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

IntelligentPlanningMethodforSubstationSwitchingInspectionRouteBasedonDroneTechnology

LIWanfengSUNDian’ang

WuhuPowerSupplyCompany，StateGridAnhuiElectricPowerCo.，Ltd.，Wuhu，AnhuiProvince，241000China

Abstract：Inresponsetotheproblemsofunreasonableplanningandinabilitytoeffectivelyavoidobstaclesornoflyzonesintheapplicationofexistingplanningmethodsinsubstationswitchinginspection，dronetechnologyisintroducedtoconductresearchonintelligentplanningmethodsforsubstationswitchinginspectionroutes.Thisarticlecombinesdronetechnologytoachieve thepositioningofinspectionmarkersforsubstationswitching，segmentsreal-timepointcloudforsubstationswitchingandreconstructsTSDF.Toensurethesafetyofunmannedaerialvehicles’flight，itcalculatesthesafedistanceandusesitasabasistocompleteintelligentinspectionrouteplanning.Throughcomparativeexperiments，ithasbeenproventhatundertheapplicationofthenewplanningmethod，unmannedaerialvehicleswillnotcollidewithobstaclesandwillnotflyintothenoflyzone，successfullycompletingtheinspectionwork.

KeyWords：Dronetechnology;Switching;Routeplanning;Inspection;Substation

變電站作為電力系統(tǒng)的核心節(jié)點(diǎn)，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保障電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。在變電站的日常運(yùn)維中，倒閘巡檢是確保設(shè)備狀態(tài)良好、預(yù)防故障發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

楊恩睿等人[1]提出了，結(jié)合改進(jìn)RRT的變電站巡檢機(jī)器人全局路徑規(guī)劃算法。該算法在實(shí)際應(yīng)用中，具備監(jiān)測范圍廣、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，能夠有效彌補(bǔ)人工巡檢的不足。但變電站內(nèi)部設(shè)備密集、空間狹小，對(duì)機(jī)器人巡檢提出了更高的技術(shù)要求。李琦等人[2]融合改進(jìn)蟻群算法與動(dòng)態(tài)窗口法，對(duì)變電站智能巡檢機(jī)器人路徑規(guī)劃進(jìn)行了分析。通過分析得出，變電站內(nèi)的電磁環(huán)境復(fù)雜，可能對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行穩(wěn)定性和傳感器設(shè)備的正常工作造成干擾。除此之外，現(xiàn)有的巡檢方法往往缺乏智能規(guī)劃，巡檢線路和巡檢點(diǎn)位的確定往往依賴于巡檢人員的經(jīng)驗(yàn)和判斷，難以保證巡檢的全面性和針對(duì)性。

因此，本文提出一種基于無人機(jī)技術(shù)的變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法。

1變電站倒閘巡檢標(biāo)志點(diǎn)定位

無人機(jī)利用先進(jìn)的傳感器、攝像頭和導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)ψ冸娬镜归l等關(guān)鍵設(shè)施進(jìn)行高精度巡檢。通過搭載的高清攝像頭捕捉圖像，并運(yùn)用視覺識(shí)別算法定位預(yù)設(shè)標(biāo)志點(diǎn)。采用線性組合模型估算載波整周模糊度，該模型通過構(gòu)建線性方程，將多源觀測數(shù)據(jù)與模糊度關(guān)聯(lián)起來，以提高定位精度[3]。線性組合模型計(jì)算公式為

2變電站倒閘實(shí)時(shí)點(diǎn)云分割與TSDF重建

本文研究了利用無人機(jī)進(jìn)行變電站倒閘巡檢的智能線路規(guī)劃，特別關(guān)注了輸電線路通道中樹木等障礙物的避讓問題。通過引入RandLA-Net方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)的語義推斷，提高了巡檢效率。同時(shí)，提出了一種基于截?cái)喾?hào)距離函數(shù)（TruncatedSignedDistanceFunction，TSDFs）快速構(gòu)建歐氏符號(hào)距離函數(shù)（EuclideanSignedDistanceField，ESDFs）的方法，有效降低了計(jì)算成本，并增強(qiáng)了碰撞檢測功能。利用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建輸電線路的體素模型，并通過3D切片和顏色編碼可視化，清晰展示了線路空間結(jié)構(gòu)，提升了巡檢精度和效率。無人機(jī)在巡檢過程中能夠?qū)崟r(shí)獲取并避開障礙物，通過最小化距離之和的損失函數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化了巡檢路徑。

（5）

式（5）中：表示損失函數(shù)；表示激光雷達(dá)和點(diǎn)云之間距離倒數(shù)；表示點(diǎn)云；表示點(diǎn)云中最近點(diǎn)；表示歐氏距離。

3智能巡檢線路規(guī)劃

（5）

式（5）中：表示損失函數(shù)；表示激光雷達(dá)和點(diǎn)云之間距離倒數(shù)；表示點(diǎn)云；表示點(diǎn)云中最近點(diǎn)；表示歐氏距離。

3智能巡檢線路規(guī)劃

在規(guī)劃變電站倒閘巡檢線路時(shí)，考慮到輸電線路部件的多樣性，特別選擇絕緣子作為參照目標(biāo)[4-5]。通過點(diǎn)云分割和TSDF（截?cái)喾?hào)距離函數(shù)）重建技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地獲取每個(gè)目標(biāo)絕緣子的中心點(diǎn)坐標(biāo)。同時(shí)，為確保無人機(jī)巡檢飛行安全，按照下述公式計(jì)算安全距離：

4對(duì)比實(shí)驗(yàn)

本文提出了一種基于無人機(jī)技術(shù)的變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法，并與基于蟻群算法的A組和基于改進(jìn)RRT的B組規(guī)劃方法進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)選取了具有8.22km長度的同塔雙回線路區(qū)域，其中，一路運(yùn)行，另一路檢修，設(shè)置了10個(gè)巡檢標(biāo)志點(diǎn)。無人機(jī)巡檢示意圖如圖2所示。

生成并對(duì)比三種方法的巡檢線路，以評(píng)估其規(guī)劃效果。實(shí)驗(yàn)區(qū)域在坐標(biāo)系中的位置如圖3所示。

在規(guī)劃巡檢線路時(shí)，需考慮地形和障礙物，如圖3所示的5個(gè)障礙物A至E及2個(gè)禁飛區(qū)F和G。規(guī)劃原則是確保無人機(jī)安全高效巡檢，避免碰撞。為此，3種規(guī)劃方法生成的線路（如圖4所示）需精確高效地考慮所有飛行路徑和風(fēng)險(xiǎn)。

圖4展示了三種不同的變電站倒閘巡檢線路規(guī)劃方法。實(shí)驗(yàn)組方法規(guī)劃的線路高效且安全，巧妙避開所有障礙物和禁飛區(qū)，確保了巡檢的安全性和可靠性。A組方法雖然也能避免碰撞，但其線路長度較長，導(dǎo)致巡檢效率降低，可能增加成本和影響變電站運(yùn)行。B組方法的線路錯(cuò)誤地覆蓋了禁飛區(qū)，存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，不適用于巡檢。這些差異突顯了不同規(guī)劃方法的優(yōu)劣，為未來優(yōu)化巡檢規(guī)劃提供了實(shí)踐參考，以提升效率和安全性。

5結(jié)語

本文提出的基于無人機(jī)技術(shù)的變電站倒閘巡檢線路智能規(guī)劃方法，為變電站的運(yùn)維管理提供了一種新的解決方案。該方法不僅提高了巡檢的效率和準(zhǔn)確性，還降低了巡檢人員的工作量和安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信該方法將在未來的變電站運(yùn)維管理中發(fā)揮越來越重要的作用。同時(shí)，也期待更多的研究者和工程師能夠加入這個(gè)領(lǐng)域，共同推動(dòng)無人機(jī)技術(shù)在電力行業(yè)的深入應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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