趙宏宇

摘要：隨著電網(wǎng)管理水平的不斷提高，輸電線路巡視方面的科學(xué)化管理也在不斷探索，無人機(jī)在輸電線路巡視方面的應(yīng)用，使線路巡視實(shí)現(xiàn)了由線到點(diǎn)的轉(zhuǎn)變，提高了輸電線路巡視的工作效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：輸電線路;無人機(jī);山火識別

引言

應(yīng)用無人機(jī)搭載三維激光，識別輸電線路、桿塔及下方植被，進(jìn)行山火風(fēng)險評估。無人機(jī)搭載YCbCr顏色空間檢測分析模塊進(jìn)行山火識別。提出了無人機(jī)彈道發(fā)射、投擲滅火球以及小流量防蒸發(fā)噴射等輸電線路初發(fā)山火的滅火方法，可快速撲滅初發(fā)山火。

1無人機(jī)用于輸電線路巡視的意義

無人機(jī)在輸電線路巡視方面的應(yīng)用可以替代傳統(tǒng)的人工巡視，利用航拍和紅外線攝像功能提高輸電線路巡視效率。無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)在目標(biāo)地反復(fù)巡查，實(shí)現(xiàn)從多角度拍攝觀察的目的，對漏點(diǎn)的反饋信息更加準(zhǔn)確可靠。此外無人機(jī)還能與衛(wèi)星系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)視頻發(fā)送的時效性。無人機(jī)能夠搭載高端的檢測儀器，進(jìn)入到高危環(huán)境中對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際巡視，將測試數(shù)據(jù)通過存儲功能和傳送功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反饋和備案。因此，采用無人機(jī)進(jìn)行輸電線路巡視是今后發(fā)展的方向，是實(shí)現(xiàn)科技和信息現(xiàn)代化在電力領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)的輸電線路巡視存在較多的弊端：①工作人員長期對非故障線路進(jìn)行檢查，容易產(chǎn)生思想上的麻痹大意，無法實(shí)現(xiàn)巡視的預(yù)期效果，降低了巡視結(jié)果的真實(shí)性和可靠性;②人工巡視對人員綜合素質(zhì)要求較高，在人員配備上具有較大的難度，尤其對于處在高山、丘陵和高海拔等惡劣環(huán)境中的輸電線路，不僅僅要求工作人員具有電力線路方面的技術(shù)，還要有適應(yīng)環(huán)境和自我保護(hù)的能力。而這些方面的弊端，通過無人機(jī)的投入使用，可以有效的加以規(guī)避，使巡視結(jié)果更加客觀，降低了環(huán)境因素對巡視方面的制約。

2無人機(jī)輸電線路山火風(fēng)險評估技術(shù)

2.1山火高發(fā)區(qū)段線路靜態(tài)跳閘風(fēng)險評估

據(jù)現(xiàn)有輸電線路山火故障的統(tǒng)計(jì)，輸電線路在山火條件下單相對樹放電占比達(dá)到63.6%?？扇嘉锸怯绊戄旊娋€路山火跳閘概率的首要條件，然而輸電線路山火植被眾多、測量手段有限，急需采用無人機(jī)開展輸電線路通道可燃物的管理與預(yù)警。輸電線路桿塔形式多樣，且塔型的差異對輸電線路參數(shù)建模影響大，輸電線路桿塔塔型識別是輸電通道可燃物管理的關(guān)鍵。通過無人機(jī)搭載三維激光識別輸電線路桿塔、導(dǎo)線及輸電走廊內(nèi)的植被，進(jìn)一步獲得植被離導(dǎo)線的水平距離和垂直距離。結(jié)合輸電線路區(qū)段歷史山火分布情況、通道可燃物易燃等級、人為用火習(xí)俗等因素，劃分區(qū)段的山火隱患等級。

2.2輸電線路山火無人機(jī)識別算法

目前，可見光識別山火普遍采用RGB顏色空間對火焰顏色進(jìn)行分析和提取。然而，該算法進(jìn)行火焰顏色檢測易受場景、光照條件和類似火焰顏色干擾物等影響，誤報率和漏報率較高。筆者采用無人機(jī)滅火裝置搭載具備邊緣計(jì)算功能的YCbCr顏色空間檢測分析模塊，以分量Y表示亮度信息，以色差分量Cb（藍(lán)色分量）和Cr（紅色分量）表示色彩信息。YCbCr顏色空間和RGB顏色空間相互之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系。

3無人機(jī)輸電線路山火滅火技術(shù)

3.1初發(fā)山火無人機(jī)滅火方法

對初發(fā)山火進(jìn)行撲救是應(yīng)對輸電線路山火最有效的技術(shù)措施。美國的研究認(rèn)為，3h是滅火的最佳時機(jī)，美國的89%的林火在3h內(nèi)撲滅或完全控制。因此，必須要提高滅火的時效性。無人機(jī)的機(jī)型、尺寸不同，其載重、飛行時間、飛行距離等關(guān)鍵參數(shù)均存在很大差異。結(jié)合輸電線路山火無人機(jī)滅火的特點(diǎn)，主要滅火方式包括滅火彈發(fā)射、投擲滅火彈和小流量防蒸發(fā)噴射三類.

3.2無人機(jī)彈道發(fā)射滅火方法

當(dāng)輸電線路初發(fā)山火所處位置崎嶇、水源匱乏時，利用多旋翼無人機(jī)搭載滅火劑彈道滅火是最佳選擇。多旋翼無人機(jī)穩(wěn)定性好，可在3m×3m的場地自由起降，不受地形的限制，從而可在最短的時間內(nèi)趕到火場滅火。無人機(jī)彈道滅火根據(jù)進(jìn)程分為瞄準(zhǔn)、發(fā)射、飛行和滅火4個階段。其中精確瞄準(zhǔn)方法采用滅火彈軌道計(jì)算理論。滅火彈的炸開方式為溫度敏感控制，當(dāng)滅火彈探測到溫度大于60℃時，可在0.3s內(nèi)引燃爆炸裝置，將滅火劑噴射到火場，實(shí)現(xiàn)高效滅火。其中，滅火彈發(fā)射的滅火劑可以為泡沫、干粉等滅火劑。

3.3無人機(jī)投擲滅火彈滅火方法

目前，投彈滅火普遍采用大型固定翼或直升機(jī)拋灑大量的小球形滅火彈滅火。對于初發(fā)山火，利用多旋翼無人機(jī)搭載中型滅火球投灑滅火是一種經(jīng)濟(jì)、高效的手段。在無人機(jī)機(jī)腹中心位置設(shè)計(jì)滅火球存儲艙，艙內(nèi)放置重量約1～5kg的1個或多個滅火球。當(dāng)無人機(jī)飛行到火場上空時，調(diào)整無人機(jī)的俯仰角，將滅火球投灑到火場上空。筆者采用自動感應(yīng)滅火的滅火球，當(dāng)滅火球接觸到火焰3～5s自動爆炸，內(nèi)置的超細(xì)納米干粉自動膨破滅火。

3.4無人機(jī)小流量噴射滅火方法

隨著無人機(jī)技術(shù)的提升，電網(wǎng)輸變電設(shè)備防災(zāi)減災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的80kg大載重?zé)o人直升機(jī)，通過了工業(yè)和信息化部計(jì)算機(jī)與微電子發(fā)展研究院（中國軟件評測中心）的評測，裝置滅火系統(tǒng)參數(shù)見表2所示。同時，采用移動滅火裝置（載水量2t）中繼運(yùn)輸滅火水劑，可解決現(xiàn)場取水困難的問題。但是，開展無人機(jī)撲救輸電線路山火還需要解決防蒸發(fā)和精準(zhǔn)滅火的難題。現(xiàn)有滅火水劑黏度小于10cP，分子之間作用力弱。滅火水劑在高空下落過程中，受空氣阻力作用形成速度梯度，水體受力不均易擴(kuò)散，體積增大100倍以上，與高溫?zé)熡鹆鹘佑|面積大，滅火水劑的蒸發(fā)量達(dá)到70%～80%。目前，國內(nèi)普遍采用的山火滅火劑主要基于“隔絕氧氣—降溫—防復(fù)燃”原理，但無防蒸發(fā)的功能，在高空滅火時效率低。針對輸電線路山火滅火防蒸發(fā)的需要，開發(fā)了溫度敏感型增稠劑，增稠劑成分含有大量的氫鍵，水劑中極性基團(tuán)與極性水分子以氫鍵相互作用形成內(nèi)層水膜，內(nèi)層水與外層水作用發(fā)生締合，從而束縛大量的水，形成中黏度（黏度為100～800cP）的防蒸發(fā)體系結(jié)構(gòu)，阻止水體擴(kuò)散，減小滅火水劑體積，且可以減少滅火水劑的漂移。在臨近火場區(qū)域，水劑溫度上升，分子運(yùn)動的速率逐漸加快，隨吸收能量的增加，防蒸發(fā)體系結(jié)構(gòu)拆散，黏度降低;在高溫條件下增稠劑成分解聚，使分子量降低導(dǎo)致水劑黏度下降。滅火水劑迅速擴(kuò)散，降低火場溫度，實(shí)現(xiàn)防蒸發(fā)滅火。在精準(zhǔn)滅火方面，滅火水劑易受風(fēng)場影響，精準(zhǔn)度低，噴射角度需要調(diào)整。提出水平和垂直方向二維解耦的旋轉(zhuǎn)噴頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包含水平和垂直兩級動作機(jī)構(gòu)，垂直作動架作俯仰運(yùn)動，水平作動架由轉(zhuǎn)軸帶動水槍進(jìn)行方位運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)兩個方向的自由同步調(diào)節(jié)，滅火水劑噴出后，水體射流受到擾動，而使水體分裂成液滴、甚至霧化，導(dǎo)致抗風(fēng)能力下降，需要減小滅火水劑噴出時的紊亂程度。采用“減縮增壓段、喉道和螺旋噴口”三段式高壓噴頭，在噴頭增壓段增加壓力、提升速度;在漸縮喉道以最大速度噴出，在噴口保持流體附面層的穩(wěn)定，延緩水柱發(fā)散，提高射程。

結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)在輸電線路巡視方面得到應(yīng)用的同時，也給現(xiàn)代化科技在電力方面發(fā)展創(chuàng)造了更多可發(fā)揮的空間。隨著今后自動識別技術(shù)和智能技術(shù)的提高，結(jié)合無人機(jī)在巡線方面的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)發(fā)現(xiàn)故障和自主調(diào)度的能力，從而真正實(shí)現(xiàn)輸電線路巡視現(xiàn)代化和智能化。

參考文獻(xiàn)

[1]白夜.森林消防合成滅火技術(shù)及緊急避險措施研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2008.

[2]董明.淺析無人機(jī)在輸電線路巡視中的應(yīng)用[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（40）：151.

[3]文立鋼，史廣賓.淺談無人機(jī)在輸電線路巡視方面的應(yīng)用[J].電子世界，2016（9）：170.