張德帥 王澤躍 臧博琦

摘??要：為提高輸變電設(shè)備智能化運維質(zhì)效，充分利用架空輸電線路“自主巡檢”“機巢”建設(shè)成果，通過分析無人機自主巡檢工作痛點、難點，提出了一種基于多無人機協(xié)同的輸變配一體化智能巡檢策略。此方案充分考慮輸變配一體化巡檢后設(shè)備體量的指數(shù)增長情況，從多無人機巡視任務(wù)與航線規(guī)劃、同空域多無人機巡檢安全性、現(xiàn)場設(shè)備變化后航線調(diào)整工作量及缺陷分析等角度出發(fā)探索解決方案。方案落地后，可以將一線人員從繁重的巡視工作中脫離出來，提高巡視作業(yè)智能化、自動化程度。同時可以大幅度提高巡檢資源利用率，精細化管理輸變配設(shè)備缺陷、隱患，極大程度助力輸變配設(shè)備風(fēng)險評估和狀態(tài)評估工作，對提升智能化運檢水平、提高主網(wǎng)運行可靠性具有十分重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：輸變配一體化巡檢??多無人機協(xié)同作業(yè)??“立體巡檢”運維新模式??風(fēng)險評估

中圖分類號：TM755

Research?on?the?Integrated?Inspection?Strategy?of?Transmission，?Transformation?and?Distribution?Based?on?Multi-UAV?Collaboration

ZHANG?Deshuai??WANG?Zeyue??ZANG?Boqi

（Chengxi?Power?Supply?Branch，?State?Grid?Tianjin?Electric?Power?Company，?Tianjin，??300113?China）

Abstract：?In?order?to?improve?the?quality?and?efficiency?of?the?intelligent?operation?and?maintenance?of?power?transmission?and?transformation?equipment，?and?make?full?use?of?the?construction?results?of?the?"autonomous?inspection"?and?"nest"?of?overhead?transmission?lines，?this?paper?analyzes?the?pain?points?and?difficulties?of?the?autonomous?inspection?of?UAVs，?and?proposes?an?integrated?intelligent?inspection?strategy?of?transmission，?transformation?and?distribution?based?on?multi-UAV?collaboration.?The?solution?fully?considers?the?exponential?growth?of?equipment?volume?after?the?integrated?inspection?of?transmission，?transformation?and?distribution，?and?explores?solutions?from?the?perspectives?of?multi-UAV?patrol?tasks?and?route?planning，?multi-UAV?inspection?safety?in?the?same?airspace，?and?route?adjustment?workload?and?defect?analysis?after?on-site?equipment?changes.?After?the?solution?is?implemented，?it?can?separate?the?front-line?personnel?from?heavy?inspection?work，?so?as?to?improve?the?degree?of?the?intelligence?and?automation?of?inspection?operation，?and?it?can?also?greatly?improve?the?utilization?rate?of?inspection?resources?and?refine?the?management?of?the?defects?and?hidden?dangers?of?transmission，?transformation?and?distribution?equipment，?so?as?to?greatly?help?the?risk?assessment?and?status?assessment?of?transmission，?transformation?and?distribution?equipment，?which?is?of?great?practical?significance?for?improving?the?intelligent?operation?and?inspection?level?and?improving?the?operational?reliability?of?the?main?network.

Key?Words：?Integrated?inspection?of?transmission，?transformation?and?distribution;?Multi-UAV?collaborative?operation;?New?operation?and?maintenance?model?of?"three-dimensional?inspection";?Risk?assessment

1??研發(fā)背景

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，輸變配設(shè)備的規(guī)模大幅度增長，電網(wǎng)設(shè)備的運行風(fēng)險和壓力與日俱增，一線運維人員承載力不足、設(shè)備運維智能化水平低的問題難以適應(yīng)電網(wǎng)高速發(fā)展和安全運行要求。變電站多為無人值守變電站，運維人員管轄范圍較大，且由于巡視手段、巡視精度局限，存在大量巡視盲區(qū)。輸配電設(shè)備無人機自主巡檢工作雖然已經(jīng)在很多網(wǎng)省公司廣泛應(yīng)用，但是巡檢數(shù)據(jù)管理粗放、資源和巡檢數(shù)據(jù)未充分利用的問題日漸凸顯。

浙江麗水供電公司南城無人機管控室通過將輸變配一體化巡檢指令下達至試點機巢，成功實現(xiàn)了輸變配一體化巡檢的試點應(yīng)用[1]。潘德泰等人[2]為了解決電網(wǎng)復(fù)雜背景下誤檢率高的問題，并提高巡檢效果，提出了基于計算機視覺的電網(wǎng)輸變配環(huán)節(jié)配電線路巡檢系統(tǒng)。盧峭峰等人[3]基于已成熟的車載機巢技術(shù)，運用的“巢-巢”巡檢模式，提出了一種多無人機協(xié)同智能巡檢車載機巢的設(shè)計方案。以上研究都存在一定的局限性，對輸變配設(shè)備自主巡檢工作未從技術(shù)層面展開反洗，同時未對智能化巡檢策略的數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)應(yīng)用提出建設(shè)性意見。

為充分利用“自主巡檢”“機巢”成果，優(yōu)化區(qū)域化輸變配設(shè)備智能化巡檢策略，充分挖掘巡檢過程數(shù)據(jù)應(yīng)用價值，本文提出了一種基于多無人機協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略。該策略針對輸變配專業(yè)運檢痛點、難點，在點云掃描、三維建模、航線規(guī)劃制定巡視航線的基礎(chǔ)上，探索多無人機巡視任務(wù)與航線規(guī)劃、同空域多無人機巡檢安全性、現(xiàn)場設(shè)備變化后航線調(diào)整工作量及缺陷分析等關(guān)鍵問題，極大地提高了無人機巡檢效率，提高了輸變配設(shè)備安全性與可靠性。

2??一體化巡檢策略在輸變配設(shè)備中的應(yīng)用研究

2.1??總體設(shè)計方案

本文提出一種多無人機協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略，利用無人機智能巡檢設(shè)備實現(xiàn)輸配電線路和變電設(shè)備聯(lián)合巡檢，輸配電設(shè)備以架空輸電線路本體與通道巡視為主，變電設(shè)備以站內(nèi)門架、室外變壓器等設(shè)備為主，采用可見光+紅外巡視模式[4]。輸變配一體化巡檢作業(yè)覆蓋范圍采用固定機巢或移動機巢為中心，以5?km為半徑實施，多臺無人機協(xié)同開展作業(yè)，作業(yè)后對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析，一體化巡檢流程如圖1所示。

2.2??巡檢策略核心工作

2.2.1?點云數(shù)據(jù)采集、航線規(guī)劃與微調(diào)

為獲取輸變配設(shè)備三維模型，首先使用大疆M300無人機搭載L1激光雷達對全部輸變配待巡檢設(shè)備開展激光點云掃描工作，對點云數(shù)據(jù)進行處理后獲得三維模型如圖2所示。三維模型的搭建以變電站為中心，輻射周邊輸電、配電線路。

當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備、環(huán)境出現(xiàn)變化時，在巡檢可見光照片輔助下，直接對點云模型基礎(chǔ)上的已有航線進行微調(diào)，避免大量的、重復(fù)的點云掃描與航線重規(guī)劃工作。

2.2.2?多無人機任務(wù)分配及巡視路徑規(guī)劃

輸變配巡檢工作一體化開展后，設(shè)備體量與輸電線路自主巡檢相比將呈指數(shù)增長，以變電站為中心，為機巢內(nèi)無人機進行巡視任務(wù)分配，巡視任務(wù)分配采用改進的匈牙利算法。分配結(jié)束后為每臺無人機制定巡視航線，最優(yōu)航線規(guī)劃采用改進的深度優(yōu)先搜索算法[5]。所規(guī)劃航線要求無人機間任務(wù)分配合理、巡視路徑最優(yōu)，巡視軌跡與帶電線路保持安全距離，關(guān)鍵點位數(shù)據(jù)無遺漏，巡視過程避開障礙物。

2.2.3?數(shù)據(jù)分析及報告批量生成

一體化巡檢作業(yè)完成后，生成了大量可見光照片及紅外照片。拍攝可見光、紅外照片清晰可用，拍攝角度合、數(shù)據(jù)采集頻率合理。針對可見光照片，通過設(shè)計模式識別算法并開發(fā)軟件，可以批量分析照片中設(shè)備缺陷，并按照缺陷等級進行分類，輔助運維人員開展缺陷定級及檢修計劃安排。針對紅外照片，可使用大疆制圖軟件進行批量分析及報告生成。運檢人員可根據(jù)缺陷及報告中數(shù)據(jù)情況，合理安排檢修計劃開展消缺?？紤]到現(xiàn)有模式識別算法在電力設(shè)備缺陷分析中的可靠性仍舊不強，大量現(xiàn)場照片依賴一線人員分析，軟件中開發(fā)照片對比功能，當(dāng)照片間對比重合率較高時進行篩除，減少缺陷照片分析工作量。

2.2.4?巡檢過程無人機的安全性探討

輸變配一體化巡檢策略應(yīng)用后，統(tǒng)一空域無人機數(shù)量將大幅增加，巡視航線的規(guī)劃必須考慮多無人機之間干擾導(dǎo)致炸機情況的出現(xiàn)。本策略研究無人機反制技術(shù)，對空域內(nèi)非法入侵無人機進行驅(qū)離，通過規(guī)劃無人機應(yīng)急航線，避免任務(wù)中不同機巢無人機之間碰撞，提高無人機巡檢安全性。

3?一體化巡檢策略的應(yīng)用效果

多無人機協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略具有實用高效、智能安全等特點。依托自主巡檢激光點云掃描、航線規(guī)劃、自主巡檢、數(shù)據(jù)分析主線，對協(xié)同巡檢工作開展過程中痛點和難點進行分析，極大提高了一線巡視效率。實現(xiàn)智能替代的同時，將輸變配設(shè)備有機結(jié)合，真正實現(xiàn)了運檢專業(yè)無人機巡檢工作的統(tǒng)一部署。該策略可以極大地提高輸變配設(shè)備缺陷排查效率，為后續(xù)合理開展設(shè)備狀態(tài)評價及風(fēng)險分析提供原始數(shù)據(jù)。同時通過對海量點云數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，可以提高過程數(shù)據(jù)應(yīng)用率，探索更多數(shù)據(jù)使用價值。一線運檢人員承載力的大幅度降低，間接支撐了核心業(yè)務(wù)自主實施等其他重要工作，有利推動了主網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行[6]。

4?結(jié)語

本文提出了一種多無人機協(xié)同的輸變配一體化巡檢策略，該研究主要完成了如下幾點：

（1）使用可見光照片輔助開展巡視航線調(diào)整，在現(xiàn)場環(huán)境變化不大時，通過航線微調(diào)提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)的可靠性；（2）對多無人機協(xié)同作業(yè)過程的巡視任務(wù)分配、航線規(guī)劃進行分析，提高無人機巡視效率；開發(fā)多無人機巡視應(yīng)急航線與非法無人機反制系統(tǒng)，確保巡檢無人機安全性；（3）改進現(xiàn)有模式識別算法與巡視路徑（任務(wù)）規(guī)劃算法，提高設(shè)備缺陷識別率和運維效率，通過開發(fā)照片對比功能減少缺陷分析工作量。

無人機自主巡檢在架空輸電線路取得了良好的應(yīng)用效果，極大提高了一線運維人員隱患、缺陷排查效率。隨著相關(guān)技術(shù)日臻成熟，無人機巡檢由輸電向輸變配一體化轉(zhuǎn)變成為必然趨勢。這一轉(zhuǎn)化過程伴隨著巡檢設(shè)備密度、作業(yè)無人機數(shù)量和圖像數(shù)據(jù)量的大幅度增加，本文對這些問題進行了深入討論后提供了可靠的解決思路，為運檢專業(yè)協(xié)同作業(yè)及資源有效利用做出了積極貢獻。

參考文獻

[1]洪瑜陽，王駿永.浙江麗水：成功應(yīng)用無人機輸變配一體化巡檢[J].農(nóng)電管理，2023（1）：7.

[2]潘德泰，李貴亮，何啟遠，等.基于計算機視覺的電網(wǎng)輸變配環(huán)節(jié)配電線路巡檢系統(tǒng)[J].電子設(shè)計工程，2023，31（17）：85-89.

[3]盧峭峰，陳昌嶺，許周，等.一種輸變電多無人機協(xié)同智能巡檢機巢的設(shè)計[J].光源與照明，2022（11）：182-184.

[4]褚忠凱.輸變電工程監(jiān)管一體化管理模式應(yīng)用研究[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2021.

[5]魏勇軍，劉璇，齊銳，等.輸變配一體化智能技術(shù)的視頻監(jiān)控云平臺設(shè)計與應(yīng)用[J].粘接，2023，50（11）：185-188.

[6]程曦，翟曉萌，倉敏，等.無人機低空遙感技術(shù)在輸變電工程水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用[J].中國水土保持，2023（2）：50-53.