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[原创] 四信无人机电力巡线应用解决方案

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发表于 2019-11-15 17:43:20 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  一、背景概述
  随着我国经济建设的快速发展,城市的电力负荷持续呈现快速增长。而新兴科技的发展,使得我国风能、太阳能等新能源供给也呈现加速增长。而新能源供给和城市电能需求一道,推动了我国坚强智能电网的快速建设,同时也给不断建设的跨区域电网的安全运行提出了挑战。要保障大电网安全运行,对规模庞大的跨区输电网络进行日常安全巡检,就是十分重要而基础的一环。
  长期以来,我国高压输电线路巡检主要依靠人工巡视方式。这种方式投入大、耗时长,人员劳动强度高,且存在诸多安全隐患。电力企业迫切需要一种既能轻松巡线、保障巡检人员安全,又能保证巡检效果的方法,来协同与补充高危险、高强度的人工巡检工作。
  现在,国家电网和南方电网都正积极推动一种新型巡线模式,即无人机和人工巡检相互协同工作模式的应用。利用无人机飞行操作智能化程度高、机动性强、工作模块扩展灵活、整机便携、成本低等特性,这种新型巡线模式可以全面提升作业效率和效益,有力保障输电网络的安全运行。
  无人机巡线代表着一种全新的方向,而巡线无人机则是跨区电网作业智能化发展的有效工具。
  二、系统总体概述
  厦门四信物联网科技有限公司综合多年的无人机研发和应用经验,熟知无人机在电力巡线应用的关键问题。利用成熟可靠的飞控算法、自主研发的图像识别软件、轻盈坚固的航空复合材料制造工艺、先进的任务系统、简化的操作理念,打造出全新的电力巡线无人机系统。
  系统主要由无人机飞行平台、大倍率光学变焦云台吊舱、地面站电脑和智能电池保障系统等设备构成。通过地面站电脑终端对飞行和任务进行融合控制,首创游戏式操控体验,大大降低无人机的使用难度。
  四信无人机系统主要构成图
  方案优势:
  ☆产品自主研发,功能扩展性强
  ☆ 针对山区林业应用设计,单兵便携,展开迅速
  ☆2人小组即可执行任务,节省人力
  ☆作业效率较高,一天可飞行4-6架次
  ☆首创游戏式操控体验,大大降低无人机的使用难度
  ☆精准设计,符合小型无人机管理要求
  ☆智能识别后处理软件,具有识别、测量、预警等功能
  三、主要功能介绍
  3.1可见光遥感成像功能
  标准配置搭载一套30倍光学变焦可见光吊舱。可见光吊舱一般用于获取常规的高清视频和照片等遥感数据,30倍光学变焦可以在不损失像素的情况下从空中拍摄极小的杆塔目标,如塔材、金具、人员活动以及其它动物。将这些信息加以判读即可获得常规巡视的效果,显著提高工作效率。除了可以获取常规的高清视频和照片之外,结合我们的智能后处理软件,还能快速进行识别、测量、建模等工作。
  3.2遥感成像功能
  搭载热成像遥感设备对于电力巡线查找隐患点具有非常有效的巡视手段。热成像遥感画面可以实时标注物体温度,如果进行阈值设置还可以在物体温度达到或超过阈值时主动进行提示,从而杜绝人为疏忽。这对于早期隐患预警、处置是非常有实际意义的功能。
  3.4其它功能
  无人机还可以搭载诸如,倾斜摄影系统、sar雷达、激光雷达等更多设备,实现高精度三维建模的功能。
  四、应用案例介绍
  4.1可见光一般巡线、测量
  厦门四信无人机标配搭载了一台具有30倍光学变焦和目标锁定的三轴吊舱。除了拍摄和记录一般高清照片视频之外,我们还加入了YOLO算法对图像进行智能判读,对于输电通道的施工和人员活动可以自动识别,对于输电通道的树障距离可以手动测量或自动预警。所拍摄的视频和照片均含有地理坐标信息,结合GIS可以快速定位目标位置,对于抢修抢险的指挥调度具有极其便捷现实意义。
  施工识别示意图

  快速测量示意图
  4.2热成像隐患点巡查
  热成像设备在电力系统中已经是常用设备,用于检测输电线路和设备的异常隐患点。人工巡线时携带的多是小型手持式热像仪,其成像素质较低,由人工操作也容易忽略和遗漏。
  无人机可以搭载成像素质较高的热像仪,并且以设定的航线和角度对关键点进行测量,不会产生遗漏。通过判读软件可以对测量结果进行判读,及时发现故障隐患点。
  4.3其它设备
  除了上述常用巡线设备以外,无人机还可以搭载激光雷达(lidar)、合成孔径雷达(sar)、倾斜摄影相机等设备进行除了巡线以外的电网相关作业。
  
  五、无人机协同巡线与传统巡线对比
  5.1 劳动安全性的提升
  高压输电线路有相当部分建设在崇山峻岭之间,传统人工巡线方式下,每个巡检小分队人员通常只有2-3人,他们为了保证大电网的安全运行,每个月都要在恶劣地形环境和特殊气象条件中不断巡查,登山杖、望远镜、工具包通常是巡线时的标配,实际巡线中工作强度大、危险性高。
  四信垂直起降固定翼巡线无人机工作半径一般山区5-10公里,平原20-30公里。低空域中速飞行、可超视距工作画面传输实时是它的特长,加上它起降简单、操控容易、机身尺寸适中便携、中雨可正常飞行等特点,使得配备它能很好地减轻巡线人员的野外劳动强度,有效提高巡检的安全性。
  5.2 人员效能提升
  以某地为例,现有 110KV 及以上输电线路 1685 公里。输电线路经过的地形十分复杂,其中有 1300 多公里都建设在山峦之间。为保证高压输电线路的可靠运行,需要配备 3 个班组(巡线员 24 人)。
  而使用 2 套四信垂直起降固定翼巡线无人机协同人工巡检,由于工作效能的提升,人员上做了调整,考虑配备 2 个班组(巡线员 16 人),每月工作仍以 20 天来计算,通过粗略比较看出,采用无人机协同巡检与人工巡线相比,人员效能可比传统人工巡线提升10-20倍。
  5.3 时间效率提升
  使用四信垂直起降固定翼巡线无人机巡检,飞行器的时速为80公里/小时,在做好充分准备的前提下,无人机每天可累计巡检 3-4 小时。由于无人多桨翼飞行器可在低空域直线飞行,因此,可大大缩短巡检距离,可到达的半径范围大大增加。按照一天 2-3 小时有效巡航时间计算,实际巡检距离可达约100公里/工作日。那么 1685 公里的巡检距离理论巡检时间需16个工作日左右, 2 架无人机只需8-10天。有效压缩了输电线路巡查时间,提高巡检频度。
  六、四信无人机与其它无人机对比
  6.1 单人飞行操控
  现有的无人机绝大多数由于是简单的系统集成,其飞行系统和机载任务系统是两个独立的部份,所以在操控时需要两个人分别控制飞行和任务。这给飞行效果带来一定的影响,如果两人沟通出现失误,甚至可能造成任务失败。
  厦门四信自主研发的无人机采用任务系统反馈操控,飞行过程中飞机具有较高的自主飞行能力,操控人员只需控制任务系统。当任务中需要改变飞行方向路径时,由任务系统反馈指令给飞控,从而实现对飞机的控制。单人操控不存在沟通失误,也不存在两人的配合默契问题,从始至终只执行一个人的思路。只要操控人员在飞行前充分做好飞行和任务计划,每次飞行完成任务的成功率是非常高的,因此比其它大多数飞机的作业效率更高。
  6.2 游戏式操控,简单易学
  无人机应该是一套高度自动化且简单易用的工具,这样才更能体现技术进步带来的现实意义和更容易普及到更多的领域。然而现有的大多数无人机则是简单的模块集成,最典型的特点就是它们都离不开航模遥控器,飞行系统需要遥控器辅助控制,任务系统则完全依赖遥控器控制,否则就无法完成任务。航模遥控器毕竟是为航模运动而设计的器材,它存在控制距离短,非工业级标准,可靠性未经过充分验证等许多问题,严格意义上来说是不可以用在工业领域的。
  厦门四信自主研发的无人机采用地面端电脑配合远距离数据链的控制方式,所有操控指令由鼠标动作来下达。类似第一人称游戏中的操作方式,鼠标移动可以控制任务系统的画面或角度的移动(改变),鼠标点击可以控制任务系统的具体功能。就是如此简单。
  6.3 快速测量
  无人机在测绘领域的应用经过近十年的发展已经相当成熟,广泛应用于各类测绘领域。但无人机测绘作业除了航飞获取原始数据以外,还有大量的后处理工作是在大型电脑上完成的。所以其时效性是有滞后的。然而有些领域并不追求测绘级的精度却对时效性有较高要求,无人机测绘不能很好的满足此类作业特点。
  厦门四信自主研发的快速测量功能采用图像识别算法结合地理信息生成,实现在个人电脑上就可以得出任务所需要的快速测量结果。主要针对两点间距离和区域面积、体积进行测量,并实时传输到指挥中心或单兵终端提供决策和执行依据。
  七、结语
  无人机在各领域的广泛应用和诸多的优点:1.有效降低人员劳动强度;2.有力补充在特殊地形、特殊天气情况下人工巡查的不足;3.有效保障巡查人员人身安全;4.高效采集与传输巡查数据;5.高效应对紧急突发事件;6.可有效发挥多种经济效益等,同样必将助力电力系统科学健康发展,为新时期的智慧电力建设出力。

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