徐海奇 呂翠芳 田壁源 趙建平 李國軍

摘 要：無人機在電力系統(tǒng)輸電線路中的逐步應(yīng)用，開啟了無人機在變電站應(yīng)用的探索?，F(xiàn)提出基于RTK厘米級衛(wèi)星定位技術(shù)的變電站無人機巡檢技術(shù)方案，不僅可以實現(xiàn)變電站內(nèi)無人機高頻次、高質(zhì)量的自主巡檢，還可以使用無人機巡檢管控平臺實現(xiàn)對巡檢任務(wù)的管理、無人機狀態(tài)的監(jiān)控、巡檢數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、缺陷的圖像識別與分析和巡檢成果的綜合展示等。在未來的發(fā)展中，無人機自主巡檢將逐步取代設(shè)備日常巡視和周期性帶電檢測工作，利用多數(shù)據(jù)綜合人工智能診斷算法，實現(xiàn)傳統(tǒng)人工運維模式向智能運維模式的轉(zhuǎn)變，從整體上提高運檢工作效率。

關(guān)鍵詞：變電站;無人機;RTK;巡檢

0??? 引言

目前，變電站內(nèi)運維巡檢主要有人工巡檢、機器人巡檢兩種方式，人工巡檢為傳統(tǒng)巡檢方式，機器人巡檢為近年來廣受歡迎的新興巡檢方式。但變電站機器人巡檢存在巡檢點位偏差、表計度數(shù)易受環(huán)境影響、行駛過程易受外界干擾導(dǎo)致偏航等問題。無人機巡檢是當(dāng)前逐步推廣的巡檢技術(shù)，在輸電線路巡檢應(yīng)用中已形成一定規(guī)模，具有全自主、近距離、高質(zhì)量等特點。

本文通過研究RTK厘米級衛(wèi)星定位技術(shù)，提出基于該技術(shù)的變電站無人機巡檢方案，彌補變電站內(nèi)高空引線、銷子等設(shè)備巡檢的不足，幫助運維人員更好地掌握變電站電氣設(shè)備運行狀況，提高變電站運維的智能化和信息化水平。

1??? RTK技術(shù)

RTK（Real-time kinematic）是載波相位差分技術(shù)的英文簡寫，是當(dāng)前一種新的常用的衛(wèi)星定位測量方法。以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，能在工程放樣、地形測圖等應(yīng)用中極大地提高作業(yè)效率[1]。

如圖1所示，在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送到流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足1 s。可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。

2??? 無人機自主巡檢技術(shù)方案

如何對變電站快速進行全方位、立體化的巡檢，一直都是困擾電力運維人員的一大難題，尤其是高處的避雷器、進出母線等，往往是地面機器人巡檢和人工巡檢的痛點。由于視角原因，無法做到徹底巡檢，巡檢部位存在遺漏;在冬季遭遇冰雪、嚴(yán)寒等極端天氣時，地面機器人巡檢和傳統(tǒng)人工巡檢變得難度極大，這就使得一線電力運維人員無法及時獲得詳細準(zhǔn)確的現(xiàn)場實際資料，給運維工作帶來了困難[2]。如今無人機技術(shù)飛速發(fā)展，隨著GPS、北斗等高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)日益成熟，配合先進的無人機集控系統(tǒng)，為無人機對變電站電氣設(shè)備進行全自主巡檢規(guī)劃航跡成為可能，控制無人機全天時全天候一鍵起降、自主飛巡，已經(jīng)成為一種行之有效的巡檢方式。

2.1??? 方案難點及應(yīng)對策略

難點1：變電站電氣設(shè)備眾多，無人機飛行難度大。

應(yīng)對策略：在巡檢開始前，首先對變電站進行三維建模，得到變電站不大于1：1 000比例尺的高精度三維模型，使得規(guī)劃的航跡展示在三維模型上，得以準(zhǔn)確判斷出航跡的合理性和安全性，保證規(guī)劃航跡的絕對安全。變電站巡檢采用高性能無人機，無人機具備GPS和北斗雙重定位模式，支持RTK厘米級定位，同時無人機具備五向避障功能，能夠保障飛行安全。

難點2：變電站電磁環(huán)境復(fù)雜，給無人機飛行控制帶來考驗。

應(yīng)對策略：巡檢的高性能無人機采用雙GPS天線定向技術(shù)，當(dāng)遇到變電站強電磁環(huán)境干擾時，飛控系統(tǒng)采用雙天線定向技術(shù)，使得無人機在磁羅盤受磁場干擾的情況下依然擁有精確的航向信息，從而保障飛行安全。

難點3：變電站巡檢設(shè)備眾多，巡檢點復(fù)雜，巡檢照片數(shù)量大。

應(yīng)對策略：智能巡檢方案采用先進的無人機集控技術(shù)，依托變電站三維模型，實現(xiàn)對變電站巡檢航跡的科學(xué)規(guī)劃，將變電站按功能分區(qū)，按高層、中層、低層分層，保證巡檢航跡可靈活配置，結(jié)合巡檢管控平臺可以實現(xiàn)巡檢成果與巡檢部位的一一對應(yīng)，方便運維人員查看巡檢成果。

2.2??? 技術(shù)方案

分析某變電站的實際情況，其雖然占地面積不大，但電氣設(shè)備眾多，安全要求高，因此選用多旋翼無人機進行“井”字飛行的方式，配合云臺控制相機在垂直90°和45°傾斜狀態(tài)變化拍照，采集變電站全部影像。該變電站傾斜攝影航跡規(guī)劃示意圖如圖2所示。通過采用自動建模軟件系統(tǒng)，基于圖形運算單元GPU的快速自動三維場景運算，整個過程幾乎無須人工干預(yù)，即可從簡單連續(xù)的影像中生成高度還原的實景三維場景模型。

運用傾斜攝影技術(shù)獲取的影像數(shù)據(jù)，通過合理布設(shè)地面像片控制點，將影像數(shù)據(jù)、地面像片控制點數(shù)據(jù)導(dǎo)入自動建模軟件系統(tǒng)進行批處理[3]，人工只需參與質(zhì)量控制和三維模型編輯修飾工作。三維建模生產(chǎn)流程圖如圖3所示。利用軟件輸出OSGB格式三維成果，對模型明顯的拉伸變形、紋理漏洞和貼圖模糊進行處理，直到滿足三維模型制作精度要求。圖4所示為三維建模過程中的空三加密環(huán)節(jié)。

根據(jù)機型特點，無人機巡檢作業(yè)應(yīng)遵照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程開展，將變電站根據(jù)實際功能分成主控室、主變場地、電容器場地、高低壓場地等若干區(qū)域。在無人機飛巡時，巡檢航線遵循分區(qū)設(shè)置、避免穿插的原則，最大程度地使得無人機飛行不跨越電氣設(shè)備，從而最大限度地保障安全。在各個分區(qū)中，航線分為高、中、低三層，巡檢時由高到低、最終返航，在此過程中要做到巡檢部位高層全覆蓋、中層重點部位不遺漏、低層在保證安全時盡量全拍攝，從而實現(xiàn)對整個變電站電氣設(shè)備關(guān)注點的全面覆蓋，獲取高質(zhì)量的影像資料，完成對變電站的全方位、立體化巡檢。

3??? 結(jié)語

無人機利用其精度高的特點可解決傳統(tǒng)人工巡檢和機器人巡檢對于高空設(shè)備存在盲區(qū)的問題，同時其機動性、靈活性都比較高。但是目前無人機在變電站巡檢中應(yīng)用極少，還沒完全普及，無人機巡檢標(biāo)準(zhǔn)缺陷庫也不夠完善，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法應(yīng)用于缺陷識別的準(zhǔn)確率不高，從而影響了無人機的實際工作效率。因此，還需繼續(xù)加強對無人機在變電站中深度應(yīng)用的研究，在開發(fā)基于圖像識別的隱患缺陷判斷技術(shù)和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法的缺陷智能診斷技術(shù)方面繼續(xù)下功夫，以便實現(xiàn)變電站的無人機全自動、智能化巡檢。

[參考文獻]

[1] 羅澤雄，劉秀，羅志勇，等.高精度無人機在變電站巡檢中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2020，5（23）：244-245.

[2] 張濤.無人機在變電站的應(yīng)用[J].農(nóng)村電氣化，2019（10）：22-23.

[3] 田小壯，石輝，曾慶松，等.基于圖像處理的變電站周界無人機安防巡邏系統(tǒng)研究[J].東北電力技術(shù)，2019，40（8）：29-31.

收稿日期：2021-07-13

作者簡介：徐海奇（1990—），男，甘肅武威人，工程師，研究方向：變電站運維與新技術(shù)應(yīng)用。