输电线路无人机巡检实时通信技术

输电线路无人机巡检实时通信技术

姚健安,何勇,原瀚杰,谭海傲,姜天杭,张雨,董丽梦,谭麒

广东电网有限责任公司肇庆供电局 广东肇庆 526040

摘要:我国电网的建设规模不断扩大,在这样的情况下为了保证电网的正常运行,电气企业需要组织人员定期的对电网进行巡检和维护。由于电网结构日益复杂,采用传统的人工巡检方式难度大,而且工作的效率也不高,越来越难以满足实际使用的需求。随着无人机技术的发展,无人机技术被应用到输电线路巡检之中,对于保证电网运行的安全性具有重要意义。

关键词:输电线路无人机巡检实时通信技术

无人机是一种利用无线电遥控和自动程序控制装置操纵的不载人飞机。在以往电力企业配电线路运检工作中,传统的运检手段效率不高且存在较多的风险因素,相比之下,应用无人机进行配电线路的运检有其独特的优势,能够切实缓解人力紧缺、检修方式与检修环境制约等多重问题。此外,创新应用无人机进行运检,辅助其他技术手段能实现良好的运维检修效果。

一、无人机自主巡检原理

传统的无人机巡检,由人工操控无人机对杆塔及线路各部件进行近距离高清拍摄。但因地面无人机操控人员的视角不同,无法进行精确定位,工作效率较低,且会因定位精度影响无人机巡检图像和线路设备检测的有效性。无人机飞巡时,无人机控制系统会记录GPS、驱动系统和飞控信息。利用飞控信息可重新构建无人机巡检的航线轨迹,且能利用航拍时记录的时间和控制系统相关记录,确定各航拍点的高精度位置信息及摄像头的参数设置。然后,将无人机航迹和航拍点设置为控制点,同时根据无人机平台的编程接口(API)函数,对各控制点按顺序进行设置,并在航拍点对摄像头进行参数调整和设置,最终就能进行无人机高精度飞巡和航拍,实现无人机自主精细化巡检。

二、输电线路无人机自主巡检总体设计

输电线路无人机自主巡检系统包含3大部分:无人机及机载计算平台、无人机机场和无人机运维管控系统(简称"管控系统")。无人机机载计算平台基于GPU的高性能前端计算分析在作业过程中实时识别对象。无人机机场内置多组电池,可进行充电或自动更换电池,可以实现对无人机自动回收、野外存放、能源补给。管控系统对巡检任务、机场、无人机飞行作业进行实时监视和管控,实现巡检数据闭环化管理。

三、输电线路无人机自主巡检系统的实现

1.实现图像的实时传输

应用无人机能够保证在配电线路运检过程中进行实时的图像传播与处理,无人机会搭载高清摄像头,在飞行过程中可以通过摄像头将配电线路的实际情况反馈给地面接收装置,从而可以帮助地面工作人员对配电线路的状态信息进行处理和分析,切实减少了以往人工巡检的安全性问题,同时也减少了工作人员翻山越岭的压力和负担。此外,应用无人机的实时图像处理作用,也能够根据配电线路的不同高程和运检天气环境进行实时处理,有效减少各类风险隐患,方便运检人员对无人机的飞行路径进行实时调整,提高运检效果。

2.实现设备的飞行挂载

对配电线路进行运维检修时,可以通过无人机实现飞行挂载,这也是无人机的独特优势所在。可以挂载的设备种类繁多,能够根据配电线路运维检修作业实际情况需求和工作环境等对挂载设备和挂载装置进行有针对性的选择设计与开发。例如在针对配电线路进行缺陷复核以及日常检修时,可以分别挂载不同水平和功能的监测设备,以实现对配电线路相关信息的全面收集。例如在无人机中挂载红外线测温摄像头,以更好的识别配电线路的发热、放电隐患;或搭载刀具、喷火、喷水等简易清障装置,更安全、更迅速的开展隐患整治工作,进一步提升配电线路运维检修的整体质量与效果。

3.实现合理的航线规划

现如今我国电力企业在针对输电线路进行无人机运检时,往往会搭载自主巡检系统,实现精细化的巡检需求,确保无人机飞行航向的精度情况。因此在进行路径规划时,首先要做好路径点的获取,相关工作人员根据所要孕檢的输电线路进行路径点的确定,合理规划连接点、降落点以及起飞点等等必要的点位,为无人机的飞行奠定基础。其次,在进行路径点整理时,需要针对已经确定好的诸多路径点数据进行分析和处理,有些路径点相差距离过近或过大也要进行删除和修改,避免路径点之间的空间距离或空间角度与无人机实际飞行情况相差过大。第三,在在路径点的审核方面,可以结合无人机的具体性能进行实地飞行和测量工作,此外也可以针对个别路径点增加说明,提高精细度识别。最后要做好多级规划,结合无人机的飞行要素将多基杆塔进行顺次连接,有效提升无人机运检的专业水平。

4.梳理无人机运检的技术标准

无人机作为带有图像传输、数据采集检测的飞行器,有设备精密、续航时间短等特点,因此,为了无人机在配电线路运检工作中"物尽其用",必须需要积极梳理和明确无人机的相关技术标准。要建立健全组织措施,制定空域申报、现场勘察、工作票、工作许可、工作监护、工作间断、工作终结等基本制度,规范全过程工作组织流程。要建立健全技术措施,制定无人机出入机库管理、无人机养护、无人机检查、飞行路径规划、无人机巡检质量及实施要求、无人机巡检作业异常处理、资料编制和管理、安全和应急策略等标准,确保规范进行无人机全过程作业,充分发挥无人机运检的真正作用和价值。

四、无人机输电线路巡检的关键技术

1.线路隐患探测技术

   对于无人机输电线路巡查来说,其最主要的任务就是探测与排查线路的隐患问题,将电力线路存在的缺陷问题及时准确的找到,起到预防的作用。其中无人机探测技术所要承担的工作就是视觉探测、激光雷达探测以及红外线紫外线技术探测这三种。探测的手段主要是将高清摄像机等设备装载在无人机上对输电线路进行探测与追踪等巡检工作,对其中存在安全隐患问题和明显的故障问题进行预先排查。

2.飞行姿势控制技术

由于无人机进行巡检期间常常会遇到恶劣的天气环境,这对无人机巡检工作造成一定的影响,为了能够让无人机和输电线路的安全性得到保障,就必须对无人机的飞行姿势进行有效控制。飞行姿势控制技术的原理是通过LQG控制器来控制无人机实现俯仰等飞行姿势,如果无人机想要进行空中悬停,就必须利用绳索借助外界施力的方式,来让无人机持续维持稳定的运行。

3.地面数据处理技术

地面数据处理技术其旨利用地面数据处理中心将红外线紫外线成像仪以及POS系统等多种传感设备以高精准去的几何处理方式来处理获取的数据信息,让输电线路安全隐患得到有效识别,及时判断异常线路。值得注意的是,通常使用多传感器数据信息几何处理技术来处理或者读取的相关数据信息其规模较为庞大,必须要配合遥感数据处理计算法和现代化的技术流程才能够让数量众多的数据得到高精度的几何处理。

4.正射影像采集技术

就现阶段的市场来看,我国对于航测影像进行正射纠正的方法还是以CPU串行的方式为主,以此来变换和修改收集到的影像资料。在传感技术高速发展的今天,很多影响数据都必须经过这样的处理,而传统的CPU串行显然已经无法满足现在对于正射影像的采集所提出的要求。无人机已经可以通过自身搭载的遥感器以GPGPU为模型基础,同时可以将其映射于GPU支持下的图形绘制流水线,让航测影像的修改速度得到大幅度的提升。

结束语:

综上所述，无人机的发展无疑是一项重大的科学突破,它无论在技术上还是创新上都给人们在一些高难度的工作常遭了极大地便利,而且也提高了效率和精准度。技术在不断地创新,科技在不断地发展,无人机的应用还会非常广泛,巡检输电线路的开创只是一个开始,它将无人机的应用发挥到极致。即使困难重重,可我相信,只要不断地努力和创新,科技终将会引领最前沿的高端未来。