河南送變電建設(shè)有限公司輸電運(yùn)檢分公司 陳太雷 張全升 王 力 西安理工大學(xué) 穆凱迪

隨著無人機(jī)技術(shù)的成熟，無人機(jī)在電力巡檢過程中擁有廣闊的應(yīng)用前景[1]。目前主要由地面工作人員根據(jù)搭載在無人機(jī)上的視覺攝像回傳的圖像、GPS 信息等來控制無人機(jī)在巡檢過程中的飛行及拍攝[2]，但這種巡檢方式仍對(duì)操作人員有極大的依賴性且工作強(qiáng)度大、效率低，已不能滿足我國(guó)電力維護(hù)、電力監(jiān)理的需求，因此開發(fā)無人機(jī)自主飛行的巡檢系統(tǒng)已然成為新的趨勢(shì)。對(duì)于現(xiàn)有的輸電線路無人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)，在航線規(guī)劃過程中航點(diǎn)的制作大多需人工輸入、過程繁瑣[3]，尤其是無人機(jī)每個(gè)航點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、高度需要預(yù)先逐點(diǎn)依次收集，一旦將出現(xiàn)差錯(cuò)嚴(yán)重影響飛行安全。同時(shí)固定翼無人機(jī)進(jìn)行輸電線路巡檢時(shí)，其工作路徑規(guī)劃通常受到包括巡檢任務(wù)和無人機(jī)性能參數(shù)等多種約束條件，使得尋找安全、合適、有效的輸電線路無人機(jī)巡檢路徑變得極為困難[4]。

1 無人機(jī)自主飛行技術(shù)內(nèi)容

一鍵式航線規(guī)劃。是指在無人機(jī)實(shí)際飛行作業(yè)前，對(duì)無人機(jī)空中飛行和拍照工作進(jìn)行精確規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)安全可靠的無人機(jī)自主飛行作業(yè)，主要包含兩類：通道巡檢航線規(guī)劃。是基于桿塔的GPS 信息和桿塔高度等信息實(shí)現(xiàn)的，桿塔GPS 位置信息和高度信息可從電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部線路信息系統(tǒng)中獲取，也可現(xiàn)場(chǎng)通過無人機(jī)飛行打點(diǎn)來獲取。在通道巡檢航線規(guī)劃中，用戶可自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置通道巡檢的寬度、合理的飛行高度和速度、拍照間隔、地面分辨率和航向旁向重疊度等；精細(xì)化巡檢航線規(guī)劃。主要是實(shí)現(xiàn)桿塔本體巡檢自主飛行的航線規(guī)劃，精細(xì)化巡檢航線規(guī)劃方式是基于復(fù)飛打點(diǎn)方式來實(shí)現(xiàn)的，即通過人工示教的方式來記錄航線信息。該模式的無人機(jī)需具備高精度的GPS 模塊或RTK 模塊，RTK 相對(duì)于常規(guī)GPS定位精度更高，因此RTK 無人機(jī)人工示教記錄的航線更精準(zhǔn)。

自主航線飛行。是指基于已規(guī)劃的航線實(shí)現(xiàn)無人機(jī)巡檢的自動(dòng)飛行與拍照。大疆無人機(jī)提供SDK 二次開發(fā)的接口，該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)通過大疆SDK 的航點(diǎn)任務(wù)接口將航線規(guī)劃的航線任務(wù)信息傳入到大疆飛行系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，實(shí)際執(zhí)行任務(wù)時(shí)無人機(jī)從飛行系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲得航點(diǎn)經(jīng)緯度和高度，即可按規(guī)劃好的航點(diǎn)順序自主飛行和拍照。為保證安全，在實(shí)際無人機(jī)自主航線飛行過程中巡檢人員可隨時(shí)暫停任務(wù)、可隨時(shí)奪控手動(dòng)操控?zé)o人機(jī)以應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況。自主航線飛行要求無人機(jī)需具備高精度GPS 或RTK 模塊，RTK 相對(duì)于常規(guī)GPS 定位精度更高。因?yàn)樵谧灾骱骄€飛行時(shí)，相比常規(guī)GPS 無人機(jī)RTK 無人機(jī)飛行精度更高且成果更可靠。

實(shí)時(shí)圖傳。通過大疆SDK 提供的圖傳接口，巡檢人員可在遙控器連接的移動(dòng)端APP 上實(shí)時(shí)獲取無人機(jī)攝像頭的圖像信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)自動(dòng)飛行情況的實(shí)時(shí)圖傳監(jiān)控。實(shí)時(shí)圖傳實(shí)現(xiàn)的前提是遙控器與無人機(jī)保持連接狀態(tài)，一旦遙控器顯示連接信號(hào)弱可能會(huì)丟失信號(hào)，則實(shí)時(shí)圖傳可能會(huì)中斷，在超視距飛行過程中，為保證飛行安全建議奪控手動(dòng)操控?zé)o人機(jī)返航。

變高飛行。在航線規(guī)劃時(shí)引入數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，程序可根據(jù)桿塔經(jīng)緯度自動(dòng)設(shè)計(jì)的航線軌跡點(diǎn)在DEM 上獲取海拔高度，并在航線內(nèi)相鄰兩航跡點(diǎn)間讀取線路上DEM 高程最大值和最小值，獲取其坐標(biāo)作為補(bǔ)充航跡點(diǎn)，使無人機(jī)以地形起伏為依據(jù)實(shí)現(xiàn)變高飛行。變高飛行的前提是數(shù)字高程模型（DEM）有效且正確，如DEM 錯(cuò)誤則可能導(dǎo)致飛行數(shù)據(jù)無效或炸機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，因此變高飛行航線規(guī)劃時(shí)需通過算法自動(dòng)或手動(dòng)檢查DEM 的有效性和正確性。如DEM 錯(cuò)誤也可通過三維打點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)變高飛行，即通過無人機(jī)打點(diǎn)的方式記錄桿塔的相對(duì)高程信息，在通道巡檢后處理過程中可通過三維重建算法逐步提高DEM 的正確性。

2 電力精細(xì)巡檢自動(dòng)飛行軟件

為了配套無人機(jī)自主飛行，開發(fā)設(shè)計(jì)電力精細(xì)巡檢自動(dòng)飛行軟件。電力精細(xì)巡檢自動(dòng)飛行軟件是一款基于桿塔三維點(diǎn)云進(jìn)行巡檢航跡規(guī)劃的軟件系統(tǒng)，支持LiDAR 點(diǎn)云和可見光密集匹配的三維點(diǎn)云，輸出移動(dòng)地面站直接使用的任務(wù)文件，指導(dǎo)無人機(jī)執(zhí)行桿塔精細(xì)化巡檢任務(wù)（圖1）。

圖1 電力精細(xì)巡檢自動(dòng)飛行軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

飛行器連接狀態(tài)欄功能說明。飛行器連接狀態(tài)欄中包含多種功能：軟件操作模式。該功能顯示當(dāng)前軟件的操作模式，包含巡檢模式和學(xué)習(xí)模式兩種；無人機(jī)機(jī)型。顯示無人機(jī)機(jī)型和連接狀態(tài)，當(dāng)無人機(jī)遙控器與手機(jī)/平板正常連接時(shí)，該窗口上方會(huì)顯示無人機(jī)機(jī)型。當(dāng)無人機(jī)遙控器與手機(jī)/平板未正常連接時(shí)，該窗口只會(huì)呈現(xiàn)“未連接”狀態(tài)；無人機(jī)連接狀態(tài)。顯示無人機(jī)與遙控器連接狀態(tài)、無人機(jī)圖傳連接狀態(tài)、無人機(jī)GPS收星狀態(tài)以及電池電量信息；無人機(jī)飛行時(shí)間條。顯示無人機(jī)剩余飛行時(shí)間，到達(dá)“H”標(biāo)時(shí)無人機(jī)會(huì)自動(dòng)返航。

功能窗口說明。該窗口包含切多種功能：切換模式。點(diǎn)擊該按鈕可將軟件切換為“學(xué)習(xí)模式”或“巡檢模式”，當(dāng)前軟件操作模式可在無人機(jī)連接狀態(tài)欄中查看；桿塔管理。通過該功能可對(duì)桿塔進(jìn)行修改或刪除，可編輯目錄名稱、線路名稱、桿塔編號(hào)、電壓等級(jí)、備注信息等信息；任務(wù)管理?？赏ㄟ^該功能創(chuàng)建飛行任務(wù)、對(duì)飛行任務(wù)進(jìn)行編輯。創(chuàng)建飛行任務(wù)時(shí)可對(duì)任務(wù)目錄、桿塔目錄、順序預(yù)覽、任務(wù)名稱等信息進(jìn)行編輯。

任務(wù)執(zhí)行?？赏ㄟ^該功能導(dǎo)入桿塔飛行任務(wù)，選擇飛行任務(wù)所在文件路徑。選擇飛行任務(wù)狀態(tài)，分別為未執(zhí)行、未完成、已完成和全部四個(gè)選項(xiàng)。斷點(diǎn)續(xù)飛，此功能可完成任務(wù)中斷后的斷點(diǎn)續(xù)飛。半自動(dòng)飛行，選擇此飛行模式后飛行器在拍照點(diǎn)位置時(shí)需手動(dòng)拍照。自動(dòng)飛行，選擇此飛行模式后飛行器在執(zhí)行任務(wù)過程中會(huì)自動(dòng)拍照。

飛行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。包括飛機(jī)的位置、飛行軌跡、飛行速度、飛行高度、距起飛點(diǎn)距離、飛行姿態(tài)、飛機(jī)連接狀態(tài)、遙控器連接狀態(tài)、遙控器鏈路狀態(tài)、GPS 星數(shù)、電池電量、激光器狀態(tài)、實(shí)時(shí)視頻畫面，航線飛行時(shí)間等。

3 結(jié)語

為緩解輸電線路運(yùn)維壓力，提高線路巡檢質(zhì)量和效率，本文提出一種輸電線路無人機(jī)自主飛行巡檢技術(shù)。該技術(shù)從一鍵式航線規(guī)劃、自主航線飛行、實(shí)時(shí)圖傳、變高飛行四個(gè)方面入手，不僅避免發(fā)生人工巡視缺陷，還節(jié)省了巡視成本，同時(shí)減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)線路巡檢標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化，是輸電線路巡檢運(yùn)維的智能化發(fā)展方向。