蔣 鈺，何 強(qiáng)，宋 治，孫 睿，陳 翔

(1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治 046000；2.武漢傲睿爾科技有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

電力線路是電力企業(yè)輸電與供電的關(guān)鍵設(shè)施，其巡檢效果對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響。電力線路巡檢工作包含了電纜線路、電桿、電纜隧道、導(dǎo)線、照明設(shè)施、電線接頭、防火封堵、電纜標(biāo)牌、消防防汛設(shè)施等眾多設(shè)備或設(shè)施的檢查項(xiàng)目，通過(guò)相關(guān)的巡查，可以確保電力線路的安全運(yùn)行，預(yù)防發(fā)生事故，進(jìn)一步提高電力傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

傳統(tǒng)的電力線路安全巡檢以人工檢查為主，專(zhuān)業(yè)能力不足、責(zé)任心不夠均會(huì)導(dǎo)致隱患無(wú)法被發(fā)現(xiàn)，影響輸電安全。此外，電桿是電力線路中關(guān)鍵的巡檢設(shè)備，而傳統(tǒng)的人工巡檢方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電桿的全部檢測(cè)，很難保證巡檢的質(zhì)量[1]。因此，針對(duì)傳統(tǒng)人工巡檢的缺陷，通過(guò)設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)，以提高巡檢質(zhì)量，提升電力線路安全供電水平。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器

數(shù)模轉(zhuǎn)換器(digital to analog converter，DAC)是具有高頻處理單元的硬件設(shè)備將無(wú)人機(jī)攝像模塊采集到的圖像與視頻通過(guò)AMKL 接口初次處理后傳輸至DAC 轉(zhuǎn)換器中，利用FGHK 進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)，便于系統(tǒng)的接收與錄入。

考慮到無(wú)人機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，將DAC 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)與無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行融合，對(duì)圖像或視頻進(jìn)行二次處理：首先將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成中頻信號(hào)，通過(guò)改變射頻信號(hào)的布局，實(shí)現(xiàn)圖像與視頻信號(hào)的轉(zhuǎn)變；其次將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成高頻信號(hào)，保證了數(shù)據(jù)的傳輸效果；最后通過(guò)AD9957 接口，將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成基帶數(shù)據(jù)，從而在無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中還原出電力線路巡檢過(guò)程中的圖像和視頻。由于電力線路時(shí)常出現(xiàn)變頻情況，在確保無(wú)人機(jī)安全使用的前提下，將220 kV 作為參考電壓，DAC 轉(zhuǎn)換器中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模數(shù)設(shè)置為24 bits，以實(shí)現(xiàn)DAC 轉(zhuǎn)換器500 MSPS 的采樣轉(zhuǎn)換率，保證系統(tǒng)對(duì)電力線路安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.2 ADIRF 芯片

ADIRF 芯片主要為DAC 轉(zhuǎn)換器服務(wù)，其信號(hào)頻率設(shè)置在140 MHz～12 GHz 范圍，信號(hào)寬帶的范圍保持在400 kHz～112 MHz 的區(qū)間內(nèi)。

ADIRF 芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)有多條鏈路，其中MX與MN 鏈路為最關(guān)鍵[2]：MX 鏈路具有接收DAC轉(zhuǎn)換器信號(hào)的功能；MN 鏈路具有較強(qiáng)的采樣頻率，可有效保證圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)的精準(zhǔn)度。除此之外，ADIRF 芯片CPU 選擇為雙核64 GHz，可以最大限度地保證芯片的圖像處理與圖像接收能力。在ADIRF 芯片正常運(yùn)行時(shí)，ADIRF 芯片 擁 有ADIRF-12，ADIRF-22，ADIRF-33，ADIRF-44，ADIRF-55 等5 個(gè) 控 制 接 口 方 式，每一個(gè)接口均存在通往DAC 轉(zhuǎn)換器的鏈路，在SIO 管 腳 的 配 置 下，ADIRF-12，ADIRF-22，ADIRF-33，ADIRF-44，ADIRF-55 等5 個(gè)控制接口可以隨意轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，每個(gè)接口之間存在交互功能，當(dāng)其中一個(gè)接口發(fā)生故障時(shí)，其他接口均可以作為備用接口，輔助ADIRF 芯片的運(yùn)行，最大限度地保證系統(tǒng)可以正常使用。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

電力線路的正常運(yùn)行是電力企業(yè)的主要任務(wù)，隨著科技的進(jìn)步，人工巡檢系統(tǒng)已不再適應(yīng)當(dāng)前巡檢任務(wù)需求。因此，基于無(wú)人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)了電力線路安全巡檢系統(tǒng)，增加了網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化等相關(guān)內(nèi)容，為電力線路的安全運(yùn)行提供條件[3]。

2.2 流程設(shè)計(jì)

基本流程如下：首先，設(shè)定出巡檢路線，對(duì)人工很難到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行檢查；其次，在無(wú)人機(jī)上安裝攝像模塊，并將該裝置與系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，將無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域的圖像或視頻傳輸至系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的保存；最后，將無(wú)人機(jī)傳回的圖像與視頻通過(guò)DAC 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)可分析的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將所有電力線路數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析。

2.3 巡檢數(shù)據(jù)采集

電力線路是由多個(gè)設(shè)備或設(shè)施共同組成，而巡檢的重點(diǎn)目標(biāo)主要為導(dǎo)線、電桿、電纜隧道等，因此，巡檢數(shù)據(jù)采集以上述設(shè)備或設(shè)施為主。

電桿巡檢數(shù)據(jù)以電桿變形數(shù)據(jù)為主，如果出現(xiàn)電桿變形，需提醒及時(shí)處理；電纜隧道數(shù)據(jù)以積水、積冰、雜物情況為主，需提醒及時(shí)清理以降低設(shè)備腐蝕；導(dǎo)線與電線作為電力傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，其發(fā)熱情況關(guān)系到電力是否可以安全傳輸；防火封堵與消防防汛設(shè)施是電力線路的預(yù)防設(shè)施，采集防火封堵與消防防汛設(shè)施的數(shù)據(jù)，有利于系統(tǒng)進(jìn)一步分析電力線路的狀態(tài)，綜合提高電力線路的巡檢效果。

2.4 電力線路故障探測(cè)

系統(tǒng)基于無(wú)人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)了電力線路故障探測(cè)模塊，其可通過(guò)兩方面探測(cè)電力線路故障：一方面是物理探測(cè)，通過(guò)高清攝像模塊對(duì)電力線路情況進(jìn)行錄制或拍照，將所得圖像或視頻上傳至系統(tǒng)中，由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行綜合分析[4]；另一方面通過(guò)激光雷達(dá)對(duì)電力線路及周?chē)h(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)，系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)人機(jī)的飛行路徑，對(duì)電力線路進(jìn)行故障閾值檢測(cè)，見(jiàn)公式(1)。

式中，γm為電力線路故障檢測(cè)閾值；N1與N2為故障點(diǎn)的閾值；N0為電力線路標(biāo)準(zhǔn)閾值。

如果監(jiān)測(cè)出來(lái)的閾值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則說(shuō)明電力線路運(yùn)行狀態(tài)良好；反之則需要加強(qiáng)電力線路的維護(hù)。

2.5 人機(jī)交互

為安全地巡檢電力線路，對(duì)電力線路的巡檢項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入至系統(tǒng)，通過(guò)將無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以直接顯示出此時(shí)電力線路的運(yùn)行情況。此外，系統(tǒng)有著良好、直觀的人機(jī)交互界面，在系統(tǒng)登錄后，直接進(jìn)入無(wú)人機(jī)采集的圖像界面，并支持?jǐn)?shù)據(jù)、文字、圖像等多種媒體表現(xiàn)形式，通過(guò)系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)與操作人員之間的互動(dòng)，可以最大限度地獲取到線路的巡檢情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，進(jìn)一步保證系統(tǒng)對(duì)電力線路的安全巡檢能力。

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 測(cè)試過(guò)程

(1) 硬件調(diào)試。系統(tǒng)使用B/S 結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)，操作系統(tǒng)Windows xx mx，工具為BorlanC++Builder，BorlanDelphi，BorlanJBuilder，PowerBuilder，Eclipse 等，控制接口選擇：ADIRF-12，ADIRF-22，ADIRF-33，ADIRF-44，ADIRF-55，硬盤(pán)1 500 G，內(nèi)存8 G。相關(guān)參數(shù)應(yīng)提前與無(wú)人機(jī)進(jìn)行適配，確保線路安全巡檢系統(tǒng)和無(wú)人機(jī)硬件具有較好的適應(yīng)性。

(2) 軟件調(diào)試。首先，對(duì)用戶(hù)進(jìn)行登記并分級(jí)授權(quán)，分別配置專(zhuān)用密碼，保證系統(tǒng)的安全使用，分析系統(tǒng)的功能性需求，調(diào)整劃分界面功能；其次，將無(wú)人機(jī)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)DAC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理，為系統(tǒng)提供電力線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控；最后，調(diào)試系統(tǒng)的故障探測(cè)模塊，使得系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)接收到電力線路巡檢的數(shù)據(jù)。此時(shí)，會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的登錄界面，通過(guò)輸入用戶(hù)名與密碼登錄系統(tǒng)，即可瀏覽電力線路安全巡檢的全過(guò)程。

3.2 測(cè)試結(jié)果

在上述測(cè)試環(huán)境下，選取電纜線路、電桿、電纜隧道、導(dǎo)線、照明設(shè)施、電線接頭、防火封堵、電纜標(biāo)牌和消防防汛設(shè)施等電力線路安全巡檢中的巡檢項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明：電力線路安全巡檢系統(tǒng)可以精準(zhǔn)地探查電力線路中存在的問(wèn)題，并與實(shí)際檢查結(jié)果一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，家家戶(hù)戶(hù)均離不開(kāi)電力供應(yīng)，其為人們的生活提供了便利。電力線路作為保證社會(huì)供電的基礎(chǔ)設(shè)施，其巡檢能力至關(guān)重要。傳統(tǒng)的電力線路安全巡檢系統(tǒng)中，以人工巡檢方式為主，容易發(fā)生巡檢失誤或不可到達(dá)的情況，造成運(yùn)行隱患無(wú)法被發(fā)現(xiàn)。基于無(wú)人機(jī)技術(shù)采集電力線路的圖像與視頻，傳輸至電力線路安全巡檢系統(tǒng)中，再利用DAC 轉(zhuǎn)換器將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、分析與辨別，實(shí)現(xiàn)了電力線路巡檢的安全性與精準(zhǔn)性，為電力事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供支撐。