孫宏彪

（國網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西 南昌 330000）

500 千伏輸電線路導(dǎo)地線無人機(jī)自主智能巡檢研究能夠有效解決輸電線路運(yùn)檢應(yīng)急反應(yīng)不夠迅速的能力，切實(shí)達(dá)到減負(fù)增效的目的，為國網(wǎng)系統(tǒng)生產(chǎn)指揮部門快速、準(zhǔn)確獲取輸電線路第一手信息，實(shí)現(xiàn)高效、科學(xué)決策，保證輸電線路安全運(yùn)行提供了最新的技術(shù)解決方案，同時(shí)也是電力應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。江西省地區(qū)雷害嚴(yán)重，線路防外力破壞形勢嚴(yán)峻，因此，利用無人飛行器進(jìn)行全自動(dòng)自主巡視，能夠第一時(shí)間掌握線路情況，為搶修工作提供科學(xué)直觀的指導(dǎo)依據(jù)。該成果推廣后，不僅能夠極大地提高巡檢效率，極大降低人工巡檢的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，利用多旋翼無人機(jī)的靈活機(jī)動(dòng)特點(diǎn)，使得巡線人員能夠完全按照巡線任務(wù)的要求進(jìn)行詳細(xì)線路查看，不僅保障了人員的人身安全，節(jié)約了大量的人財(cái)物等直接經(jīng)濟(jì)成本。同時(shí)，故障點(diǎn)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)能夠使得生產(chǎn)運(yùn)維人員及時(shí)處理，保障線路的正常運(yùn)行，不因線路故障停電而造成的重大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)，安全供電保障，也為企業(yè)生產(chǎn)，人民生活帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益與重大的社會(huì)效益。

一、500 千伏輸電線路導(dǎo)地線無人機(jī)自主智能巡檢概述

無人機(jī)的導(dǎo)地線智能跟隨技術(shù)，是利用激光雷達(dá)測量數(shù)據(jù)控制自主調(diào)整無人機(jī)飛行姿態(tài)，使無人機(jī)跟隨導(dǎo)地線自主巡航，同在巡航過程中自主完成對輸電線路拍攝及測量導(dǎo)線與線行樹木（障礙物）距離等數(shù)據(jù)采集并在巡航結(jié)束后生成巡檢報(bào)告。無人機(jī)的導(dǎo)地線智能跟隨技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用是輸電線路巡檢方式的一次重大突破，具有里程碑意義。無人機(jī)的導(dǎo)地線智能跟隨技術(shù)的研究，切合符合目前所提倡的輸電線路線路信息化、智能化、安全化的全面要求。同時(shí)，它減輕了運(yùn)行部門日常巡檢的工作量，對系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要意義。

二、主要研究方向

（一）研究巡檢無人機(jī)與架空導(dǎo)線自適應(yīng)距離智能調(diào)節(jié)技術(shù)

近幾年國內(nèi)多旋翼無人機(jī)檢測電力巡檢系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來，但是現(xiàn)有的無人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)只采用可見光圖像和視頻對輸電線路走廊進(jìn)行巡視，檢測手段單一?，F(xiàn)有的無人機(jī)巡視系統(tǒng)只能對架空線路做粗略的巡檢，只能對較大的缺陷才能發(fā)現(xiàn)。并且巡檢得到的影像資料只是抽樣取點(diǎn)，不能全覆蓋地對導(dǎo)地線進(jìn)行高清拍攝。多旋翼無人機(jī)搭載的高精度雷達(dá)距離測量裝置收集數(shù)據(jù)，通過高性能單片機(jī)實(shí)時(shí)對激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析計(jì)算?？蓪?shí)現(xiàn)無人機(jī)與架空導(dǎo)線的垂直距離、水平距離保持固定,得到穩(wěn)定完整的架空高壓線影像信息。多旋翼無人機(jī)巡檢系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試完成自檢后，通過微控制器進(jìn)行輔助起飛，待飛行穩(wěn)定后，切換至自動(dòng)飛行狀態(tài)（可自動(dòng)飛行或者手動(dòng)飛行)，同時(shí)地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測多旋翼無人機(jī)的飛行狀態(tài)，監(jiān)控巡查設(shè)備以及剩余電量，并能通過地面移動(dòng)便攜中心向多旋翼無人機(jī)發(fā)送的控制命令，使之完成相應(yīng)的動(dòng)作。多旋翼無人機(jī)可沿著既定路線路巡檢，又可懸停在某處對線路進(jìn)行細(xì)致觀察。無人機(jī)搭載激光雷達(dá)設(shè)備，通過激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)自主調(diào)整無人機(jī)飛行姿態(tài)，巡航前只需在地面設(shè)置好相關(guān)參數(shù)（如飛行速度、與導(dǎo)地線距離等），無人機(jī)飛行鎖定導(dǎo)地線啟動(dòng)巡航模式，無人機(jī)即與導(dǎo)地線保持固定距離沿導(dǎo)地線巡航飛行，巡航過程中無人機(jī)將根據(jù)線路走向、弧垂高低自主調(diào)整飛行姿態(tài)，不需要人工干預(yù)。

（二）手動(dòng)操作多旋翼無人機(jī)進(jìn)行架空輸電線路精細(xì)化巡視存在的不足

手動(dòng)操作多旋翼無人機(jī)進(jìn)行架空輸電線路桿塔精細(xì)化巡視由于受到電場磁干擾的影響，所以無人機(jī)靠近線路以及桿塔進(jìn)行近距離拍攝時(shí)容易產(chǎn)生不可控的因素，而精細(xì)化巡檢作業(yè)必須靠近導(dǎo)地線才能拍攝出足夠清晰的照片。另外，手動(dòng)操作旋翼無人機(jī)在高壓線附近或者進(jìn)行超視距飛行作業(yè)時(shí)，由于圖傳被干擾以及沒有可以檢測導(dǎo)地線的避障模塊，容易發(fā)生無人機(jī)與導(dǎo)地線等電力設(shè)備進(jìn)行碰撞而出現(xiàn)的墜機(jī)甚至是線路跳閘的故障。手動(dòng)操作旋翼無人機(jī)只能對架空線路巡檢得到的影像資料只是抽樣取點(diǎn)，不能全覆蓋地對導(dǎo)地線進(jìn)行高清拍攝。特別是當(dāng)出現(xiàn)斷股或者雷擊點(diǎn)或者外部碰撞導(dǎo)致線路跳閘，由于故障缺陷點(diǎn)很小，普通的抽樣巡視方式難以發(fā)現(xiàn)缺陷點(diǎn)所在。

（三）研究一種可識別導(dǎo)地線弧垂變化的技術(shù)

通過建立輸電線路的數(shù)字模型，當(dāng)雷達(dá)掃描到不同角度、不同距離的物體時(shí)，控制器會(huì)根據(jù)角度與距離通過三角函數(shù)推算出各物體間的距離，通過一些邏輯算法可分辨出架空導(dǎo)線以及前方桿塔的準(zhǔn)確距離，然后通過通信模塊將數(shù)據(jù)傳回地面監(jiān)控端。實(shí)現(xiàn)無人機(jī)設(shè)備對導(dǎo)地線的準(zhǔn)確識別?？烧_識別500 千伏直線、耐張塔的四分裂導(dǎo)線和地線（OPGW 光纜），并區(qū)分導(dǎo)線相別。激光測距無人機(jī)跟隨導(dǎo)地線自主巡航巡檢系統(tǒng)，采用GPS 定位與激光雷達(dá)掃描相融合導(dǎo)航技術(shù)，極大的將無人機(jī)鎖定在與高壓線保持相應(yīng)的水平距離以及垂直距離的區(qū)域內(nèi)，GPS 定位可確定巡檢塔段，解決塔段區(qū)域?qū)Ш?，利用激光雷達(dá)掃描識別高壓線相對于無人機(jī)的相對位置，使得無人機(jī)能與高壓線保持一定的水平距離以及垂直距離跟隨高壓線的走向進(jìn)行巡檢。無人機(jī)的全自動(dòng)巡檢不受地形變化以及高壓線弧垂的影響。

（四）研究智能跟隨導(dǎo)線的自主巡檢技術(shù)

當(dāng)無人機(jī)識別出導(dǎo)線后，可啟動(dòng)鎖定導(dǎo)線的巡航模式，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與導(dǎo)線保持固定距離并沿導(dǎo)線巡航飛行。飛行過程中無人機(jī)可根據(jù)線路走向、弧垂高低自主調(diào)整飛行姿態(tài)。

（五）研究巡航結(jié)束后通過程序?qū)ε臄z的圖片重命名

無人機(jī)在巡航過程中根據(jù)畫面寬度，以可設(shè)置參數(shù)固定間隔對導(dǎo)線自主拍攝，巡航結(jié)束后，通過軟件對拍攝的圖片根據(jù)拍攝地點(diǎn)與小號桿塔距離批量重命名。如200.JPG，即該圖片拍攝的位置是距離小號桿塔200 米。線路運(yùn)維人員可根據(jù)缺陷點(diǎn)圖片確定缺陷點(diǎn)的具體位置。

（六）研究開發(fā)導(dǎo)地線智能跟隨飛行無人機(jī)設(shè)備

通過研究開發(fā)導(dǎo)地線智能跟隨飛行無人機(jī)設(shè)備，通過上訴無人機(jī)跟隨飛行相關(guān)算法導(dǎo)入，利用機(jī)載計(jì)算機(jī)快速解算數(shù)據(jù)并反饋無人機(jī)飛控系統(tǒng)，做出正確的跟隨飛行控制，保證飛行起在跟隨飛行過程中，保持與導(dǎo)地線5cm以內(nèi)的位置誤差。

結(jié)語

無人機(jī)輸電線路導(dǎo)地線智能巡檢系統(tǒng)研究及應(yīng)用能夠有效提升線路運(yùn)檢應(yīng)急反應(yīng)能力，達(dá)到減負(fù)增效的目的，同時(shí)可以準(zhǔn)確獲取輸電線路第一手信息，實(shí)現(xiàn)高效、科學(xué)決策，保證輸電線路安全運(yùn)行提供了最新的技術(shù)解決方案，同時(shí)也是電力應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。江西省地區(qū)雷害嚴(yán)重，線路防外力破壞形勢嚴(yán)峻，因此，利用無人機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)自主巡視，能夠第一時(shí)間掌握線路情況，為搶修工作提供科學(xué)直觀的指導(dǎo)依據(jù)。