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        關(guān)于AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢在輸電線路中的應(yīng)用

        2022-11-26 17:27:47甘肅送變電工程有限公司天水輸電運(yùn)檢中心王新忠常浩鵬焦小強(qiáng)孫永林
        電力設(shè)備管理 2022年15期

        甘肅送變電工程有限公司天水輸電運(yùn)檢中心 王新忠 常浩鵬 焦小強(qiáng) 徐 東 馬 濤 孫永林 閻 森

        近年來工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)和民生電力需求量呈幾何級數(shù)增長,輸電線路網(wǎng)絡(luò)體量隨之不斷擴(kuò)大,輸電線路拓?fù)湫问揭搽S之變得紛繁復(fù)雜,輸電線路的質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的整體質(zhì)量,顯而易見輸電線路鋪設(shè)以及維護(hù)的難度必定會呈幾何級數(shù)增長。這種大規(guī)模的復(fù)雜情況對于傳統(tǒng)的人工結(jié)合無人機(jī)模式帶來了極大考驗,這種巡視和維護(hù)輸電線路的舊技術(shù)無法勝任大規(guī)模的復(fù)雜情況。

        為此,天水輸電運(yùn)檢中心積極引進(jìn)新技術(shù),打造數(shù)字化、智慧化線路。無人機(jī)的引入很大幅度上提升了輸電線路建設(shè)和檢修的效率,融入物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù),將人工巡檢為主的舊模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詿o人機(jī)為主的協(xié)同自主巡檢新模式,大幅提升輸電線路精益管理水準(zhǔn)。

        1 目前無人機(jī)巡檢模式

        以天水輸電運(yùn)檢中心為例,目前的無人機(jī)巡檢模式主要以DJI Pilot、圖維智巡等APP 為平臺開展的無人機(jī)自主巡視,在飛行的過程中按照打點軌跡對線路桿塔、金具、附屬設(shè)施進(jìn)行拍攝檢查。操作人員首先根據(jù)地形地貌、道路環(huán)境規(guī)劃好要巡視的桿塔段,抵達(dá)桿塔附近后啟動無人機(jī)進(jìn)行自主巡視作業(yè)。待巡視結(jié)束,操控?zé)o人機(jī)安全著陸至此一基桿塔巡視結(jié)束,接下來作業(yè)人員會對另一基桿塔重復(fù)剛才的步驟、繼續(xù)作業(yè)[1]。對于規(guī)劃好要巡視的桿塔段巡視完成之后,此桿塔段無人機(jī)巡視報告需要操作人員整理好再交給其他相關(guān)人員。操作人員獲取無人機(jī)巡視的照片,對這些巡視照片進(jìn)行分類整理、系統(tǒng)分析和初步處理,最后總結(jié)報告。

        在無人機(jī)巡視作業(yè)和操作人員處理巡視照片形成報告階段,現(xiàn)有無人機(jī)巡檢模式仍存在以下不足:嚴(yán)重依賴操作人員。現(xiàn)有無人機(jī)巡檢模式不自動化,無人機(jī)起飛降落、巡視照片分析等環(huán)節(jié)仍需操作人員參與;路途遙遠(yuǎn)及轉(zhuǎn)場耗時耗力,工作時間的40%就被轉(zhuǎn)場乘車所占用;在寒冷的冬季和炎熱的夏季,飛手仍需在現(xiàn)場進(jìn)行無人機(jī)巡視作業(yè);數(shù)據(jù)時效性不足、準(zhǔn)確度也還不夠,尤其在特殊時間段例如鳥害高發(fā)期等需要頻繁進(jìn)行特殊巡視時;天水運(yùn)檢中心大部分架空輸電線路區(qū)段地處無網(wǎng)絡(luò)信號的山區(qū)、林區(qū)。由于網(wǎng)絡(luò)載波相位差分技術(shù)高精度定位信號通過4G 或5G 網(wǎng)絡(luò)信號傳輸,因此限制了無人機(jī)自主巡檢在電網(wǎng)的規(guī)?;瘧?yīng)用,無人機(jī)作業(yè)僅能采用人工飛行模式,巡檢效率低且風(fēng)險高[2]。

        2 AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢巡檢模式

        AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢巡檢模式為:通過遠(yuǎn)程發(fā)送命令控制安裝在桿塔上的無人機(jī)機(jī)巢,實現(xiàn)輸電設(shè)備運(yùn)行巡檢管理中無人機(jī)的遠(yuǎn)距離全自動無干預(yù)自主巡檢。無人機(jī)機(jī)巢整合了無人機(jī)預(yù)編程操控技術(shù)、深度學(xué)習(xí)計算機(jī)視覺技術(shù)、5G 通信技術(shù)、云計算技術(shù)等各方面前沿技術(shù),實現(xiàn)以無人機(jī)為主的協(xié)同自主巡檢新模式、巡視照片自主分析生成報告、結(jié)果自主提交,無需人工干預(yù)。

        具體內(nèi)容為:在桿塔建立360°遠(yuǎn)程監(jiān)控的“駐塔式”機(jī)巢,在班站辦公室建設(shè)機(jī)巢控制系統(tǒng);通過云端的監(jiān)管系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控,并設(shè)置了空域監(jiān)管接口以便于受有關(guān)機(jī)構(gòu)的監(jiān)督;使用可長時間飛行的無人機(jī)(飛行時間不得少于40分鐘,飛行最大距離不小于15分鐘)。利用中央控制系統(tǒng)發(fā)送指令對無人機(jī)機(jī)巢、無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理,控制無人機(jī)按提前規(guī)劃的軌跡點進(jìn)行自主巡視拍照;無人機(jī)巡視任務(wù)完成后在“駐塔式”機(jī)巢安全著陸,通過云端的監(jiān)管系統(tǒng)控制“駐塔式”機(jī)巢系統(tǒng)為無人機(jī)能源維護(hù)并自動傳輸照片,自動、智能地分析數(shù)據(jù)并將其上傳到后臺。

        AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢優(yōu)勢:利用AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢自主巡檢,一定程度減少了巡視人員工作量,達(dá)到了智能安全,同時也為智慧化線路建設(shè)提供了依據(jù),此次設(shè)計旨在通過智能機(jī)庫+無人機(jī)+云端系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)系統(tǒng)性組合,實現(xiàn)無人機(jī)飛行、巡航、數(shù)據(jù)采集的全自主化,使其可以突破傳統(tǒng)行業(yè)無人機(jī)技術(shù)瓶頸,化解其不能飛、沒人飛、飛不遠(yuǎn)、效率低、成本高、不持續(xù)等“痛點”,實現(xiàn)電力巡檢、信息化測繪在內(nèi)的智能化、自主化飛行及數(shù)據(jù)采集[3]。

        3 AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢應(yīng)用場景

        3.1 故障隱患快速排查

        天水輸電運(yùn)檢中心所轄線路均屬隴東地區(qū),70%以上的線路桿塔處于高山峻嶺,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時會減緩人工排查速度,整體效率低下。明顯延長人工到達(dá)時耗,不能有效開展工作。鑒于目前無人機(jī)自主巡檢特點,在鐵塔頂端搭設(shè)AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢,并在本基鐵塔建立巡視模型及相關(guān)參數(shù),可及時檢測這些處于復(fù)雜地形、信號較差區(qū)域設(shè)備的損失及故障情況,在巡視階段將故障排除時間減少至較低水平,提高輸電線路巡檢管理的隱患故障情況排除率,降低風(fēng)險。

        3.2 降低人力成本,提高工作效率。

        天水輸電運(yùn)檢中心以±800kV 直流線路為試點開展智能輸電線路建設(shè),立足于設(shè)備狀況、運(yùn)行特點,通過前期排查線路屬地特點,在高山大嶺、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)及巡視人員巡視困難區(qū)段(林區(qū))的鐵塔頂端搭設(shè)無人機(jī)機(jī)巢,利用太陽板為無人機(jī)提供電源,采用“人工+AI”模式建立無人機(jī)自主巡檢模型,便于巡視人員在辦公室可以遠(yuǎn)程操作,使無人機(jī)自主完成相關(guān)任務(wù)并將資料利用終端傳回于辦公室進(jìn)行比對分析,以滿足發(fā)生突發(fā)情況時第一手資料的收集[4]。

        3.3 AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢技術(shù)要求

        AR“駐塔式”無人機(jī)平臺包括具有360°無死角遠(yuǎn)程監(jiān)控的“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢、人工智能機(jī)巢控制系統(tǒng)和低能耗比、大能量密度以及能夠長時間滯空的無人機(jī)。

        “駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢應(yīng)具備無人機(jī)快速自動充電系統(tǒng),氣象檢測系統(tǒng)、高速率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等,具備無人機(jī)快速充電、極端天氣智能分析檢測、無人機(jī)及機(jī)巢安全保障、無人機(jī)及機(jī)巢狀態(tài)實時反饋、即時通訊、信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ?;中央控制系統(tǒng)可遠(yuǎn)程發(fā)送指令,讓無人機(jī)起飛、按航提前規(guī)劃的打點軌跡進(jìn)行拍照,任務(wù)完成結(jié)束后可在機(jī)巢平穩(wěn)、安全著陸??刂茻o人機(jī)機(jī)巢快速自動充電系統(tǒng)對無人機(jī)快速充電、將巡視照片傳輸給人工智能系統(tǒng)??刂迫斯ぶ悄芟到y(tǒng)計算機(jī)視覺分析巡視照片,將其結(jié)果上傳到后臺。

        基于智能充電技術(shù)與長航時電池,無人機(jī)的最大飛行時間不小于30分鐘,飛行最大距離不得小于15公里,無人機(jī)在20分鐘內(nèi)完成充電。配備高清可見光或紅外云臺攝像機(jī),內(nèi)置嵌入式終端和5G 通信系統(tǒng),可通過5G 信號實現(xiàn)發(fā)送指令和數(shù)據(jù)傳輸,同時自動充電;遠(yuǎn)程5G 通信控制模塊:通過5G 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時通信和控制,通過機(jī)巢控制系統(tǒng)向無人機(jī)遠(yuǎn)程發(fā)送指令,控制無人機(jī)將航行狀態(tài)、實時巡視圖像等信息傳輸至控制系統(tǒng),以達(dá)到超視距遠(yuǎn)程控制。另外,無人機(jī)巡視的各條線路均是采用5G云端監(jiān)控平臺管理,使飛行過程更為安全與快捷。

        遠(yuǎn)距離精確起飛著陸功能:通過RTK 差分、可見光引導(dǎo)著陸、紅外引導(dǎo)著陸、雷達(dá)避障、光流速度測量、雙目避障等先進(jìn)技術(shù),確保飛行安全,引導(dǎo)無人機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程精確著陸;全方位安全保障體系:為應(yīng)對更復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境,無人機(jī)機(jī)身材料結(jié)構(gòu)防護(hù)性能采用7級抗風(fēng)、IP54級設(shè)計,航行安全性得到極大保障?!榜v塔式”無人機(jī)機(jī)巢采用生物防潮防蟲設(shè)計,將因潮濕或蚊蟲造成故障的可能性降到最低。通過電池過載保護(hù),從源頭避免電池燃爆[5]。

        3.4 AR“駐塔式”無人機(jī)機(jī)巢發(fā)展趨勢

        隨著我國電力行業(yè)的快速發(fā)展,無人機(jī)的研發(fā)步伐也越來越快。將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電力建設(shè)和維護(hù)。彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工巡視期間,因鐵塔本體較高、利用望遠(yuǎn)鏡等巡視設(shè)備觀察電氣部位時模糊不清等其他不足的問題,已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。因此,要針對不足的問題,采用最新科學(xué)技術(shù)構(gòu)建新型無人機(jī)的智慧化建模系統(tǒng),將人工無法觀察到的細(xì)小的缺陷利用無人機(jī)放大,達(dá)到充分消缺,使輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行,為電力行業(yè)的發(fā)展提供有效保障。

        4 結(jié)語

        “AR‘駐塔式’無人機(jī)機(jī)巢”巡檢模式,針對于傳統(tǒng)模式當(dāng)中的不足之處,完成對輸電線路以無人機(jī)為主的全程自動化巡檢。在全程自動化巡檢的過程中,隨著無人機(jī)自主巡視作業(yè)頻率提高,會匯總處理大量復(fù)雜輸電線路在各種極端天氣條件下的數(shù)據(jù),結(jié)合目前頂尖的數(shù)據(jù)分析算法,將為大規(guī)模復(fù)雜條件下的輸電線路狀態(tài)檢測、狀態(tài)分析和狀態(tài)管理等奠定堅實基礎(chǔ),同時也將促進(jìn)深度學(xué)習(xí)計算機(jī)視覺、狀態(tài)預(yù)警等技術(shù)的發(fā)展。

        “AR‘駐塔式’無人機(jī)機(jī)巢”巡檢模式對于全國大部分地市級公司來說,都可解決目前運(yùn)維模式中的不足之處。未來推廣出去后,在實踐過程中對高電壓等級線路進(jìn)行科學(xué)驗證,發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,逐步應(yīng)用于電壓等級較高的較長線路中,并可在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

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