無(wú)人機(jī)自主巡檢在變電站中的應(yīng)用研究

引言

目前,變電站內(nèi)運(yùn)維巡檢主要有人工巡檢、機(jī)器人巡檢兩種方式,人工巡檢為傳統(tǒng)巡檢方式,機(jī)器人巡檢為近年來(lái)廣受歡迎的新興巡檢方式。但變電站機(jī)器人巡檢存在巡檢點(diǎn)位偏差、表計(jì)度數(shù)易受環(huán)境影響、行駛過(guò)程易受外界干擾導(dǎo)致偏航等問(wèn)題。無(wú)人機(jī)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(diǎn)。

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

1RTK技術(shù)

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

如圖l所示,在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送到流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果,歷時(shí)不足1s?？稍诠潭c(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè),也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機(jī),并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。

圖1RTK工作原理

2無(wú)人機(jī)自主巡檢技術(shù)方案

如何對(duì)變電站快速進(jìn)行全方位、立體化的巡檢,一直都是困擾電力運(yùn)維人員的一大難題,尤其是高處的避雷器、進(jìn)出母線等,往往是地面機(jī)器人巡檢和人工巡檢的痛點(diǎn)。由于視角原因,無(wú)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(shí),地面機(jī)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(yùn)維人員無(wú)法及時(shí)獲得詳細(xì)準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際資料,給運(yùn)維工作帶來(lái)了困難。如今無(wú)人機(jī)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(jìn)的無(wú)人機(jī)集控系統(tǒng),為無(wú)人機(jī)對(duì)變電站電氣設(shè)備進(jìn)行全自主巡檢規(guī)劃航跡成為可能,控制無(wú)人機(jī)全天時(shí)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(diǎn)及應(yīng)對(duì)策略

難點(diǎn)l:變電站電氣設(shè)備眾多,無(wú)人機(jī)飛行難度大。

應(yīng)對(duì)策略:在巡檢開(kāi)始前,首先對(duì)變電站進(jìn)行三維建模,得到變電站不大于1:1000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(duì)安全。變電站巡檢采用高性能無(wú)人機(jī),無(wú)人機(jī)具備GPS和北斗雙重定位模式,支持RTK厘米級(jí)定位,同時(shí)無(wú)人機(jī)具備五向避障功能,能夠保障飛行安全。

難點(diǎn)2:變電站電磁環(huán)境復(fù)雜,給無(wú)人機(jī)飛行控制帶來(lái)考驗(yàn)。

應(yīng)對(duì)策略:巡檢的高性能無(wú)人機(jī)采用雙GPS天線定向技術(shù),當(dāng)遇到變電站強(qiáng)電磁環(huán)境干擾時(shí),飛控系統(tǒng)采用雙天線定向技術(shù),使得無(wú)人機(jī)在磁羅盤受磁場(chǎng)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(diǎn)3:變電站巡檢設(shè)備眾多,巡檢點(diǎn)復(fù)雜,巡檢照片

數(shù)量大。

應(yīng)對(duì)策略:智能巡檢方案采用先進(jìn)的無(wú)人機(jī)集控技術(shù),依托變電站三維模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)可以實(shí)現(xiàn)巡檢成果與巡檢部位的一一對(duì)應(yīng),方便運(yùn)維人員查看巡檢成果。

2.2技術(shù)方案

分析某變電站的實(shí)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(wú)人機(jī)進(jìn)行"井"字飛行的方式,配合云臺(tái)控制相機(jī)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(guò)采用自動(dòng)建模軟件系統(tǒng),基于圖形運(yùn)算單元GPU的快速自動(dòng)三維場(chǎng)景運(yùn)算,整個(gè)過(guò)程幾乎無(wú)須人工干預(yù),即可從簡(jiǎn)單連續(xù)的影像中生成高度還原的實(shí)景三維場(chǎng)景模型。

圖2某變電站傾斜攝影航跡規(guī)劃示意圖

運(yùn)用傾斜攝影技術(shù)獲取的影像數(shù)據(jù),通過(guò)合理布設(shè)地面像片控制點(diǎn),將影像數(shù)據(jù)、地面像片控制點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入自動(dòng)建模軟件系統(tǒng)進(jìn)行批處理,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(duì)模型明顯的拉伸變形、紋理漏洞和貼圖模糊進(jìn)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(guò)程中的空三加密環(huán)節(jié)。

根據(jù)機(jī)型特點(diǎn),無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)應(yīng)遵照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程開(kāi)展,將變電站根據(jù)實(shí)際功能分成主控室、主變場(chǎng)地、電容器場(chǎng)地、高低壓場(chǎng)地等若干區(qū)域。在無(wú)人機(jī)飛巡時(shí),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(wú)人機(jī)飛行不跨越電氣設(shè)備,從而最大限度地保障安全。在各個(gè)分區(qū)中,航線分為高、中、低三層,巡檢時(shí)由高到低、最終返航,在此過(guò)程中要做到巡檢部位高層全覆蓋、中層重點(diǎn)部位不遺漏、低層在保證安全時(shí)盡量全拍攝,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站電氣設(shè)備關(guān)注點(diǎn)的全面覆蓋,獲取高質(zhì)量的影像資料,完成對(duì)變電站的全方位、立體化巡檢。

3結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)利用其精度高的特點(diǎn)可解決傳統(tǒng)人工巡檢和機(jī)器人巡檢對(duì)于高空設(shè)備存在盲區(qū)的問(wèn)題,同時(shí)其機(jī)動(dòng)性、靈活性都比較高。但是目前無(wú)人機(jī)在變電站巡檢中應(yīng)用極少,還沒(méi)完全普及,無(wú)人機(jī)巡檢標(biāo)準(zhǔn)缺陷庫(kù)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(shí)別的準(zhǔn)確率不高,從而影響了無(wú)人機(jī)的實(shí)際工作效率。因此,還需繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)無(wú)人機(jī)在變電站中深度應(yīng)用的研究,在開(kāi)發(fā)基于圖像識(shí)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(shí)現(xiàn)變電站的無(wú)人機(jī)全自動(dòng)、智能化巡檢。