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兰州无人机输电线路巡检系统的架构设计与关键技术

电力,作为重要能源之一,是人类社会发展的重要驱动力,也是经济社会发展的重要支撑。为工业生产提供持续稳定动力源的同时,也助推了新经济、新产业的发展。如通信、互联网、绿色能源等,都是电能能作用的结果。另外,人们的日常生活、工作、出行等等,也与电力密不可分。因此,电力设施的安全运行,不仅攸关人民群众,日常生活,更攸关国家和国民经济的安全与可持续发展。因此,电力线路的安全运行是电力供给最基本的前提和保障。而线路巡检则是确保电力安全供给的主要手段和措施。

但是,长期以来的人力巡检,因为受气候、环境、地理条件等的限制,不仅工作效率低下,还伴随着出行、极端天气、高空作业等不可预知的风险。近年来,随着科技的不断发展,无人机的出现为电力巡检带来了新手段新措施。特别是将互联网、数据、通信、AI(智能化)等技术和无人机融合之后,不仅重构了原来的生产力和生产关系,还创造了低空经济这个新的产物,而无人机电力线路巡检就是低空经济之下的新技术。

无人机电力巡检,是依托互联网、数据、通信、AI(智能化)以及航空技术、传感器技术、数据通信与处理技术等,由软件技术人员进行编程开发,构建无人机电力巡检系统平台,通过系统平台指令,操控无人机对电力线路进行巡检作业。而该系统平台就是我们所称的“无人机电力线路巡检系统。”

在系统开发方面,兰州东方商易文化科技有限公司(以下简称“兰州东方商易”)有十多年的开发经验和强大的技术团队。曾研发了智慧农业、智慧旅游、智慧交通、智慧禁毒以及供应链系统等多个项目,智慧农业项目河西走廊高标准农田建设正在施工中,其中的“水肥一体智能化系统”“智能化检测系统”已在试用,而“智能化监测系统”就涉及到了无人机巡检系统的应用。目前,公司技术人员正投入无人机电力线路巡检系统的研发。

在此,就无人机电力线路巡检系统的开发建设,与兰州东方商易技术负责人进行了交流。他说无人机电力线路巡检系统的开发,需要考虑硬件选型、软件架构、智能算法、系统集成等多个方面。因此,在架构设计上一定要围绕“天空地一体化”,通过物联网、大数据、云计算等技术,实现无人机与地面系统的实施数据交互好协同作业。所以,系统要采用模块化设计,便于根据不同的巡检需求灵活配置功能模块,如日常巡检、故障排查、应急响应等。

首先是系统架构的设计:无人机电力线路巡检系统由三大系统组成。

一是包括飞行平台、飞控系统和通信链路的无人机系统;

二是包含可见光、红外、紫外、激光雷达等在内的各类传感器及其控制住系统;

三是负责任务规划、数据接收和处理的地面控制系统。

其次是硬件系统开发

一是无人机平台选型方面,选择工业级无人机,并对续航、抗风能力、负载能力要有所要求,具体根据使用地实用情况确定。同时,考虑使用RTK定位系统,保障定位精度,并且需配备4G/5G双模图传能力,确保复杂环境下的通信稳定;

二是长安器配置,线路外观检测配置可见光相机、检测绝缘子老化、接头过热等设备隐患,可配置红外热像仪、生成高精度三维模型,检测线路与障碍物距离等,可配置激光雷达(LiDAR)、如果是检测绝缘子电晕现象,则配置紫外成像仪。

再次是软件系统开发:

一是飞行控制系统,可依据AI自主航线规划算法,支持一键生成巡检任务,实现自动避障功能,设置上方避障刹停距离。同时开发仿线飞行功能,可设置飞行高度和速度,根据线路类型自动调整参数。该技术国网山东电力公司有应用;

二是数据处理与分析系统,构建基于深度学习的缺陷识别算法,可自动检测绝缘子裂纹、导线断股、金具松动等缺陷,同时,整合多源数据融合,将可将光、红外、酒钢雷达等传感器数据,实现实时数据传输与分析,通过5G/4G网络将数据传至云端平台。

三是可视化平台,可开发数字孪生系统,导入stl格式的三维地图模型,实现点云数据实时接收于显示,支持历史数据回溯,并提供远程监控界面,实时查看无人机状态和巡检进度

第四是关键技术:

一是自主巡检技术,包括管道标定技术、智能防线技术、自动充电技术;

二是智能识别算法,绝缘子识别模型、红外热成像的温度异常检测;

三是系统集成,多传感器同步采集与数据同和、边缘计算与云端协同处理架构、远程控制系统与移动端适配

五是开发流程:

先要明确巡检目标,是日常巡检、故障排查、还是应急响应,才能确定系统功能和性能指标。

然后是硬件系统集成,选择合适的无人机平台,集成传感器系统,测试飞行稳定性和数据采集质量。

(作者 · 东方商易)