陳志明

廣州彼岸思精光電系統(tǒng)有限公司，廣東 廣州 510600

0 引言

輸電線路擔(dān)負(fù)著電能量遠(yuǎn)距離傳輸?shù)娜蝿?wù)，是電力系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié)。電氣設(shè)備在運行過程中會發(fā)生各種各樣的故障，其中發(fā)熱是最常見的一種故障類型。紅外檢測能有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷。輸電線路巡檢采用無人機搭載紅外全方位立體化巡視，可有效消除巡檢死角，及時發(fā)現(xiàn)過熱缺陷。在巡檢過程中，需要記錄巡檢的桿塔號與巡檢時間，以此作為紅外數(shù)據(jù)對應(yīng)具體桿塔號的電氣設(shè)備的依據(jù)。巡檢會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，需要人工處理，存在工作量大、效率低、自動化程度低的問題。為解決這一問題，設(shè)計集成GPS定位的無人機紅外雙光小吊艙，將GPS信息存入紅外圖譜，結(jié)合桿塔的GPS信號，實現(xiàn)自動識別紅外數(shù)據(jù)按桿塔歸類，自動分析故障，從而提高巡檢效率、數(shù)據(jù)處理速度，進(jìn)一步提升輸電線路紅外檢測的作業(yè)模式。

1 系統(tǒng)組成

輸電輸電線路由不同類型的桿塔、導(dǎo)線及相應(yīng)輔助設(shè)備組成，故障檢測的目標(biāo)是線纜（導(dǎo)線、地線等）以及各種輔助設(shè)備（連接裝置、防振錘、間隔棒、絕緣子等）。紅外技術(shù)對熱缺陷類故障（如導(dǎo)線接頭松動、導(dǎo)線斷股、器材老化、絕緣子破損等）有較好的檢測效果。對于線路與周邊物體距離過近等問題，可使用可見光技術(shù)進(jìn)行檢測[1]。

無人機紅外雙光自動診斷系統(tǒng)是由無人機、機載紅外雙光檢測裝置、后端紅外數(shù)據(jù)自動診斷系統(tǒng)三大部分組成。

1.1 多旋翼無人機

多旋翼無人機是一種機動性強、穩(wěn)定性高、敏捷安全、操作簡便的飛行平臺。采用無人機搭載紅外檢測設(shè)備的方案替代原有的人工手持，可達(dá)到檢測準(zhǔn)確、高效、安全和靈活的目的[2]。無人機包括飛行平臺、地面遙控、無線通信。

1.2 機載紅外雙光檢測裝置

機載紅外雙光檢測裝置包括陀穩(wěn)云臺、紅外熱像儀、可見光相機、GPS模塊等。在無人機飛行作業(yè)過程中，由于飛行姿態(tài)變化及振動的干擾，機載攝像機拍攝的視頻存在模糊、畫面抖動的情況。為了有效拍攝紅外圖像，采用三軸陀穩(wěn)云臺負(fù)載紅外熱像儀以及可見光相機，有效隔離飛行姿態(tài)變化以及振動等干擾源[3]。集成GPS模塊，將GPS信息存入紅外圖像與可見光圖的元數(shù)據(jù)中，為后端紅外數(shù)據(jù)自動診斷系統(tǒng)實現(xiàn)自動化識別數(shù)據(jù)歸屬提供依據(jù)。

1.3 后端紅外數(shù)據(jù)自動診斷系統(tǒng)

后端紅外數(shù)據(jù)自動診斷系統(tǒng)實現(xiàn)紅外圖像與可見光自動化按照桿塔號歸類存儲，實現(xiàn)紅外圖像的缺陷分析。

2 系統(tǒng)框架

巡檢班組攜帶無人機與機載紅外雙光檢測裝置到輸電線路桿塔附近，開展巡檢作業(yè)，不需要記錄桿塔號與巡檢時間。巡檢的紅外圖像與可見光圖像導(dǎo)入后端紅外數(shù)據(jù)自動診斷系統(tǒng)。后端紅外數(shù)據(jù)自動診斷系統(tǒng)依據(jù)紅外圖像與可見光圖像的GPS元數(shù)據(jù)與時間，自動識別歸類到對應(yīng)的輸電線路與桿塔目錄，并進(jìn)一步分析診斷，自動形成分析報告。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

3 巡檢數(shù)據(jù)自動診斷系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計一種依據(jù)線路桿塔GPS坐標(biāo)自動匹配的算法模型，通過讀取紅外圖像和可見光圖像的GPS元數(shù)據(jù)并計算匹配，從而實現(xiàn)紅外圖像按線路桿塔號進(jìn)行歸檔，并集成缺陷判斷規(guī)則紅外分析模塊及分析報告模塊，提高巡檢數(shù)據(jù)的效率與自動化水平。

3.1 基于GPS自動匹配的巡檢數(shù)據(jù)歸類算法

以桿塔位置為圓心，無人機巡檢桿塔的可視距離作為半徑，通過計算紅外圖像的GPS位置與桿塔GPS位置距離是否在圓內(nèi)，判定紅外圖像是否屬于該桿塔的巡檢數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 GPS位置判定示意圖

（1）兩點之間的距離的計算方法。已知A、B兩點的經(jīng)緯度（Aw、Bw、Aj、Bj），求c的角度。

根據(jù)公式弧長=半徑×弧度，即可求出兩點之間的距離：

（2）紅外數(shù)據(jù)歸類算法。通過計算紅外圖片是否在圓內(nèi)，從而判斷歸屬的桿塔號。

3.2 紅外圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

紅外圖像以標(biāo)準(zhǔn)JPEG格式存儲。JPEG格式大體上可以分成兩個部分：標(biāo)記碼和壓縮數(shù)據(jù)。其中包括APP0-APPn標(biāo)記段，APP0主要存儲的是圖片的識別信息(字符串“JFIF