毛軼凡 朱偉杰

摘要：目前，多旋翼無(wú)人機(jī)在輸電線路中有著廣泛應(yīng)用，承擔(dān)著線路本體和通道環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控和拍攝任務(wù)，人機(jī)協(xié)同工作運(yùn)行，大大提升了電網(wǎng)運(yùn)行和維護(hù)效率。然而培訓(xùn)一名無(wú)人機(jī)飛行員從取證到實(shí)戰(zhàn)飛行需要6至12個(gè)月的時(shí)間，每人大約花費(fèi)數(shù)萬(wàn)元，而且培訓(xùn)的時(shí)間和成本太多還不足以保證其飛行的技術(shù)穩(wěn)定，常常由于人為操作失誤使得無(wú)人機(jī)有墜機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。新興的無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)正解決這一難題，由于輸電線路的相對(duì)靜止性使得自主巡檢并沒(méi)有像機(jī)動(dòng)車在道路上行駛時(shí)那么復(fù)雜，從而可以更加輕松地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。此外一旦我們?cè)谳旊娋€路中采用無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)后，照片的清晰性和完整度會(huì)變得更高，消除了人為操控?zé)o人機(jī)時(shí)拍攝照片的不穩(wěn)定性和盲區(qū)，使得運(yùn)維效率明顯得到了提高。

關(guān)鍵詞：輸電線路;無(wú)人機(jī);自動(dòng)駕駛

為了有效保證各類輸電線路本體設(shè)備的連接穩(wěn)定和安全運(yùn)行，有必要對(duì)各類輸電線路的金具、絕緣子、導(dǎo)地線、桿塔、附屬裝置等進(jìn)行定期檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類設(shè)備的緊急情況或嚴(yán)重缺陷，防止各類輸電設(shè)備事故或外力損害事故。近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)大力推進(jìn)無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)，通過(guò)近5年的發(fā)展，已逐步實(shí)現(xiàn)了空、塔、地協(xié)同巡視的立體巡檢模式，隨著線路不斷擴(kuò)張，電壓等級(jí)不斷加大，無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)正是滿足如今輸電智能化巡檢的需求。

1.輸電巡檢實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛的條件

1.1線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集設(shè)備

線路點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫(kù)主要是指輸電線路通過(guò)各種激光雷達(dá)等裝置和各類測(cè)量?jī)x表進(jìn)行掃描，以點(diǎn)的方式進(jìn)行掃描信息記錄和分析。每個(gè)點(diǎn)都已經(jīng)包含了三維坐標(biāo)，由這幾個(gè)點(diǎn)組合構(gòu)建的點(diǎn)云模型，它們就是可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地記錄一條直線上各個(gè)點(diǎn)的位移情況。然而，線路周圍環(huán)境復(fù)雜或者特別是設(shè)備本身的各種因素會(huì)造成數(shù)據(jù)采集的誤差，如果我們直接運(yùn)用未校準(zhǔn)的激光雷達(dá)掃描測(cè)得出來(lái)的點(diǎn)云飛行，無(wú)人機(jī)很可能因?yàn)檎`差觸碰鐵塔或者導(dǎo)線。

這就必然要求后期我們通過(guò)點(diǎn)云編輯器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，從而降低信息傳遞中的誤差。激光點(diǎn)云編輯器的處理內(nèi)容包括點(diǎn)云分類、降噪濾波、提取目標(biāo)物以及三維模型重建等。其基本流程如下：首先將非電力線線點(diǎn)及電力線點(diǎn)云候選點(diǎn)從原始三維點(diǎn)云的海量數(shù)據(jù)中分離出來(lái)，在完成線路的分離之后，為有效降低產(chǎn)生的噪聲，在精確提取電力線之前還需要進(jìn)行濾波處理;其次通過(guò)電力線所處的空間位置與線路走向來(lái)判斷識(shí)別單根電力線點(diǎn);最后一步是對(duì)電力線點(diǎn)的三維立體模型重建。

無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛和激光點(diǎn)云之間是一對(duì)彼此形影不離的系統(tǒng)，唯有掌握了精確的激光點(diǎn)云計(jì)算模型，才能夠使自動(dòng)駕駛具備良好的可操作性。為后期自動(dòng)駕駛工作開(kāi)展提供大量數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性提供了保障。

1.2帶有RTK定位系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)

隨著我國(guó)衛(wèi)星定位技術(shù)的進(jìn)步和迅猛發(fā)展，人們對(duì)于快速、準(zhǔn)確地獲取位置信息的要求也越來(lái)越高。RTK定位技術(shù)（real-time kinematic）就是一種高精度的GPS測(cè)量，它是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，將RTK定位技術(shù)搭載于無(wú)人機(jī)，可以達(dá)到厘米級(jí)精度。

而目前我們輸電線路巡檢所需要運(yùn)用RTK技術(shù)中面臨的一個(gè)主要問(wèn)題之一是各參照電站之間的有效距離影響了數(shù)據(jù)的矯正。GPS誤差時(shí)間的相關(guān)性會(huì)隨著一個(gè)參考站與一個(gè)移動(dòng)基站之間時(shí)空距離的縮短而逐步地喪失時(shí)間線性，而且目前傳統(tǒng)單機(jī) RTK的各種時(shí)空和作業(yè)距離都很有限（小于500m）。

因此為了能夠使得輸電系統(tǒng)能夠真正實(shí)現(xiàn)一個(gè)全程自動(dòng)化駕駛，主要就是通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用到RTK技術(shù)中，通過(guò)多個(gè)參考站所建立的GPS網(wǎng)絡(luò)模型，來(lái)精確地估計(jì)某一特定位置或者地區(qū)內(nèi)的GPS誤差模型，并為其提供了一個(gè)所涵蓋范圍，向用戶提供校正的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的距離約束和延時(shí)錯(cuò)開(kāi)誤差，可以被更好的應(yīng)用于線路自動(dòng)巡檢。

2.無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛在輸電線路中的應(yīng)用

2.1線路通道樹障精細(xì)化巡視

傳統(tǒng)的線路通道樹障的精細(xì)化巡航需要無(wú)人機(jī)駕駛員具備嫻熟的專業(yè)技術(shù)并且對(duì)于線路設(shè)備十分了解和熟悉。為了避免無(wú)人機(jī)云臺(tái)鏡頭在飛行中所出現(xiàn)的距離與角度之間有所偏差，我們還需要盡量適應(yīng)操作員對(duì)于作業(yè)角度的嚴(yán)格要求。相比以往我們所采用的人工操作，自動(dòng)駕駛這種技術(shù)會(huì)有非常大的改善和實(shí)現(xiàn)， 基于無(wú)人機(jī)影像解算出的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，針對(duì)電力線提取與擬合的難點(diǎn)對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)分類和精準(zhǔn)自動(dòng)擬合電力線，并進(jìn)一步將研究算法用于后期樹障隱患缺陷分析，對(duì)降低相關(guān)工作人員的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、保障作業(yè)安全以及提高電力線巡檢效率具有重要意義。

2.2線路故障夜間特巡與勘災(zāi)

對(duì)于夜間輸電線路跳閘特巡，一般采用人工攜帶照明設(shè)備巡視，對(duì)于重點(diǎn)桿塔甚至要登桿檢查，這樣既耗時(shí)費(fèi)力又很難發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。利用自動(dòng)駕駛的夜視式的無(wú)人機(jī)，不用再過(guò)分擔(dān)心是否能夠清晰看得見(jiàn)導(dǎo)線或桿塔，還能降低夜視式的無(wú)人機(jī)在空中與輸電設(shè)備碰撞的危險(xiǎn)。此外，可以直接實(shí)現(xiàn)一鍵起飛，讓夜視式的無(wú)人機(jī)快速地準(zhǔn)確到達(dá)所要指點(diǎn)的操作位置并對(duì)其進(jìn)行了拍照，不會(huì)因受夜間操作環(huán)境條件的作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)生事件情況的快速查找。通過(guò)利用無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛監(jiān)控系統(tǒng)，能夠輕松地完成對(duì)故障原因的巡視，為整個(gè)應(yīng)急搶修任務(wù)的部署和運(yùn)行提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。

2.3線路設(shè)備隱患臺(tái)賬的建立與更新

通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)航飛行線路的規(guī)劃，利用各個(gè)控制點(diǎn)的不同視野進(jìn)行對(duì)線路和設(shè)備的拍照，再將所有準(zhǔn)確和角度的拍攝結(jié)果從網(wǎng)絡(luò)上獲取并傳輸?shù)较鄳?yīng)的圖像，利用計(jì)算機(jī)和軟件進(jìn)行綜合繪制線路和設(shè)備的全景圖，可以方便地使用者在線路的交叉上進(jìn)行對(duì)跨越安全距離的測(cè)量。例如違法建筑物或線路下方大型施工機(jī)械與線路安全距離的測(cè)量和多工況下的線路狀態(tài)檢查等，將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、組合，構(gòu)建一套真正的實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的輸電線路。另外重點(diǎn)針對(duì)我國(guó)跨境高速公路、鐵路、重要輸電交叉跨越的三跨地區(qū)和重要部位進(jìn)行了大幅度且自動(dòng)化的飛機(jī)起降和拍攝，目的就是及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電裝置中存在的安全隱患，提高輸電裝置的安全和運(yùn)營(yíng)技術(shù)水平，及時(shí)掌握輸電設(shè)備的動(dòng)態(tài)情況，實(shí)現(xiàn)輸電設(shè)備的智能化運(yùn)檢。

3.小結(jié)

近年來(lái)，隨著我國(guó)各輸電線路電壓等級(jí)的不斷升高，輸電設(shè)備建造規(guī)模不斷擴(kuò)大，線路的總里程每年都呈現(xiàn)井噴式地增長(zhǎng)，尤其是特高壓輸電電壓等級(jí)，鐵塔高度高，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也愈加復(fù)雜。為了有效地緩解各種輸電線路的正常運(yùn)維管理上的壓力，本文主要介紹了實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛兩大核心技術(shù)和在輸電線路中的三種具體應(yīng)用案例。無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用提升了輸電線路巡檢的工作質(zhì)量與管理效率，保證了輸電線路的安全與穩(wěn)定，成為現(xiàn)在和未來(lái)輸電線路運(yùn)維不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。

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