无人机技术在电力巡检信息化管理中的应用研究

发表时间:2019/12/18   来源:《基层建设》2019年第26期   作者:陈永祥
[导读] 摘要:在我国进入21世纪以来,我国的国民经济在快速的发展,社会在不断的进步,随着飞控技术、传感器技术和数据处理技术的发展,无人机技术飞速进步,无人机作为空中可以灵活移动的飞行平台,根据任务的具体要求可以灵活搭载不同的专业设备,将信息采集与处理、远程传输、测绘等功能融合于一体,促进电力巡检信息化管理的发展。
        安徽南瑞继远电网技术有限公司  安徽合肥  230088
        摘要:在我国进入21世纪以来,我国的国民经济在快速的发展,社会在不断的进步,随着飞控技术、传感器技术和数据处理技术的发展,无人机技术飞速进步,无人机作为空中可以灵活移动的飞行平台,根据任务的具体要求可以灵活搭载不同的专业设备,将信息采集与处理、远程传输、测绘等功能融合于一体,促进电力巡检信息化管理的发展。鉴于此,通过对无人机电力巡检系统的研究,基于多旋翼无人机巡检系统在电力线路巡检中的实际应用,探索无人机技术在电力巡检信息化管理中的应用,以期促进智慧电力巡检的发展。
        关键词:无人机;电力巡检;信息化
        引言
        随着我国科学技术的不断发展,架空的输电线路铺设面积也在不断扩大。然而,这些线路一般都处于较为边远的山区等地形条件很差的方位。这种环境对于线路的影响十分巨大。常会有设备的某种性能缺陷与通道的安全问题。若是没有及时发觉并有效地处理相关的隐患,就可能有事故发生,进而对电力系统运行的安全性能带来较大的威胁。一直以来我国关于线路的巡视主要依靠人工巡查的方式,但因环境的复杂,人工巡检需要耗用的人、财、物力较多,且效率也较低下。而应用无人机的巡视技术,对于设备或线路巡线的工作效率能够得到极大的改善,以下对无人机相关技术做出具体分析。
        1无人机电力线路安全巡检的含义与任务
        无人机作为一种新兴的自动化航测设备,具备灵敏的遥感技术,利用无人机搭载巡检设备进行电力线路的安全巡检能够有效降低巡检过程中的成本和危险系数,同时对电力线路的日常安全维护起到一定程度的帮助作用。在无人机进行电力线路安全巡检的过程中,主要任务包括对复杂地形条件的采集研发、反复开展多批次的无人机平台飞行试验来确保电力线路系统性能的良好程度、构建无人机的影像与遥感数据处理平台等。
        2多旋翼无人机电力巡检系统
        2.1GPS导航系统
        GPS导航系统是进行电力巡检的重要保障,它为四旋翼无人机更加安全、可靠地进行电力线路巡检奠定了基础。机载GPS导航系统,对电力线路进行巡检时,无人机的实时位置由GPS定位直接获得。进行电力线路巡检时,无人机驾驶员提前将无人机控制到电力线路安全距离范围内,锁定电力线路辨识云台跟踪系统,根据GPS导航系统工具巡检的位置信息,可以自动对云台的角度进行控制,实现对杆塔、金具和导线的自动拍摄。
        2.2基于红外测温云台的电力巡检技术
        无人机配载红外测温云台进行高压线路巡视可以发挥其成本低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等优势。无人机配载红外测温云台,凭借其非接触测温,不受光线、雾霾干扰,可视距离远等特点,目前已广泛应用于以下领域:电力巡线、石油管道巡视、森林防火巡查、太阳能电池检测、应急救援、警用等;电力红外热像无人机可以适用于穿越各种复杂地理环境的电力线路检测。无人机搭载红外测温云台的时候根据不同被测物体及其周围环境,可以设置背景温度和发射率,并通过手动或自动灰度拉伸、对比度拉伸,获取最准确的温度数据和最优质的红外图像;无人机悬停时,无人机控制摇杆可通过串口及IO口选择自动、人工抓拍红外图片和视频,并将温度数据、红外图片或视频保存至内置的存储卡中,方便后期对检测和巡视进行更细致的分析;并且可根据应用需求,自定义包括传输码流、采集帧频、报警温度在内的相关参数。无人机通过搭载具有实时图传功能的数据链路,将可见光载荷和红外载荷采集的视频数据回传到地面站。架设于塔顶的中继站点通过数据分发系统将视频数据通过用户的光纤网络或者4G无线网络传到用户信息中心的服务器,实现无人机的数据采集系统与用户信息化网络的无缝连接,实现远超目前无线电模式的无人机监控和控制距离;满足视频数据在客户内部网络传输,实现多人员、多设备、多地点的实时监控、分析和应用。


        2.3视觉探测技术
        视觉探测技术为可见光探测技术,在这一技术应用于线路隐患与缺陷的探测以后,相关人员可以通过无人机搭载高清相机与高清摄像机的方式,完成巡线图片与巡线视频的拍摄,并要在将相关信息传输至地面基站以后,利用专家系统分析线路的实际情况。视觉探测技术在电力线路显性故障(如导线断股、异物悬挂及杆塔变形等故障)的甄别过程中发挥着重要的作用。图像的质量是图像识别精度与图像识别的准确度的主要影响因素。
        2.4正射影像采集技术
        目前,我国针对航测影像的正射纠正都是通过CPU串行的方式对收集到的影像进行变换和修改的。随着传感技术的进步,越来越多的影像数据需要进行处理,传统的CPU串行已经无法满足对于正射影像的采集需求。在电力线路安全巡检系统中,无人机可以借助其自身搭载的遥感器,并基于GPGPU模型,通过一定的技术处理,获取到大量的正射影像,并将其映射到GPU支持的图形绘制流水线上,实现对航测影像的快速修改,大大提高正射影像的采集速度。
        2.5信息采集系统
        将可见光信息采集系统和红外热成像系统有机结合,实现对电力线路高效、准确、全面的信息采集。无人机搭载禅思定焦摄像机和禅思Z30变焦相机,实现对电力线路全局、局部和细节(地基、铁塔、导地线、绝缘子、防震锤、悬垂线等)进行拍照、录像,及时发现故障隐患;搭载红外热成像相机,完成对电力设备和线路表面温度二维分布情况和变化状态的信息采集,在夜间发现输电线路隐蔽、危险的异常发热点,为电力线路的故障监测提供可靠依据。
        2.6无线通讯技术
        无线通讯技术与无人机的遥控测量功能、信息传递功能及跟踪定位服务功能之间具有一定的联系。无人机的遥控测量与以下因素有关:一是,无人机飞行状况的测量;二是,无人机设备参数的测量。无线通信技术可以让巡检人员对巡检设备与无人机的飞行状态进行关注。信息传递主要指的是无人机任务载荷传感器信息的传输。无人机跟踪定位功能的开发,可以让巡检人员对无人机的位置进行实时掌控,以保证无人机工作状态的稳定性。
        2.7地面数据处理技术
        地面数据处理技术主要是指地面数据处理中心通过自主研发的机关、红外、紫外成像仪、POS系统等多种传感器对获取到的数据信息进行高精准度的几何处理,从而实现对输电线路安全隐患的识别和异常线路的判断,并确定输电线路中存在的问题,及时进行故障排查。其中,多传感器数据信息几何处理技术需要处理和读取的数据信息较为庞大,需要采用到遥感数据处理计算法和现代化的技术流程,从而实现大量数据的高精度几何处理。
        结语
        无人机技术在电力巡检中的应用研究为电力线路巡检作业提供了新的解决方案,从电力巡检作业信息化管理、信息实时采集与传输、巡检结果的智能化管理、工作考核等方面提供了有效的技术支持。随着无人机巡检系统在电力巡检作业中的不断实践以及北斗导航系统在无人机巡检系统中的应用,无人机巡线将成为更加安全高效的巡检作业方法,有利于实现电力巡检自动化、信息化管理,加快电网智能化巡检作业的步伐。
        参考文献:
        [1]国家电网公司运维检修部.电网设备带电检测技术[M].北京:中国电力出版社,2014.
        [2]段连飞,章炜,黄瑞祥.无人机任务载荷[M].西安:西北工业大学出版社,2017.
        [3]张祥全,苏建军.架空输电线路无人机巡检技术[M].北京:中国电力出版社,2016.
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