三维建模技术在变电站无人机巡检中的应用缺陷分析

郑哲人

领磐（福建）科技有限公司公司 福建福州 350002

摘要：随着无人机产业的发展，无人机在电力巡检、电力等应用上体现出了越来越大的优势。其中变电站无人机巡检作为变电站智能巡检体系的一部分，受到了越来越多的重视。本文针对某变电站无人机巡检应用中发现的问题，对三维建模技术在无人机巡检应用中存在的缺陷进行了分析，以便后续工作中能够更好的在变电站内进行无人机巡检应用。

关键字：三维建模、无人机自主巡检。

1、背景

某变电站无人机自主巡检采用了地面架站三维建模，精细化模型航线规划等步骤^[1]。在无人机执行自主巡检航线时，在巡查点间自动巡飞时，未能有效避开某避雷针末端，导致剐蹭至避雷针末端引起无人机失控。失控后无人机停滞于钢构架上检修平台处。针对该案例，本文尝试对三维建模技术在变电站无人机自主巡检中可能存在的缺陷进行分析，并对其规避措施进行总结。

2. 无人机自主巡检缺陷分析

2.1三维扫描避雷针模型缺失

在该站巡检过程中巡检点按如下规则设置：

A.巡检点安全距离设定为5m（500kV），3m（220kV），巡检点设置时需要验证安全距离；[2]

B.现场修改巡检点不改悬停点，以改拍摄角度等模式进行修改以保证安全距离，如修改需重新验证安全距离；

C.巡检路线不飞越一次带电设备，尽量避免飞跃导线；

D.巡检点不悬停在任何导线或设备上方。

经验证巡检点按照如上所述原则设置，剐蹭发生在高空钢构巡检航线5航点91至航点92处，91航点原计划完成钢构拍摄后转飞至下一航点，两航点飞行路径途径钢构末端避雷针，该避雷针在三维扫描建模中未能完整呈现，仅呈现基座，因此在航线设置时未能发现此处存在高避雷针，且避雷针末端较细，待避障及安全员反应时无人机姿态及惯性使其剐蹭至避雷针并失控，失控后掉高至巡检平台处停滞。

该站使用法如F350扫描仪，站点设置方式和密度已在其他变电站建模并航飞实际验证过，可有效采集全站各处避雷针数据。

经分析建模数据查找原因发现，该避雷针附近共设地面扫描站点位6个。该变电站现场钢构架为不透光管状结构，地面扫描站点激光完全无法穿透。

相较于许多变电站内常见的角铁结构，某变电站的钢构的钢管结构使激光扫描点上部数据有部分缺失。由于建模过程及质检主要针对模型定位精度，未对上部信息缺失有足够重视，因此未能及时发现缺失一处避雷针。

经检查发现，该避雷针位置位于站中心位置钢构架横竖交叉T型位置。中心位置地面站受一次设备遮挡情况最为严重，其中距离避雷针较近的共6个数据地面扫描站点。如下图所示的扫描站2及5被钢构架钢管所遮挡，扫描站1、3、4、6距离避雷针距离稍远且设站位置至避雷针直线均被其他地面一次设备部分遮挡，避雷针上端细部信息采集不全，同时扫描当日天气有小雨，扫描点中噪点较多，因此在模型拼接过程中被建模软件判定为噪点去除。站内最靠近中心的避雷针共有4处，除去丢失的这一避雷针外，另有2处避雷针正常，1处点云稀疏，均不影响巡检判别。

图1 现场扫描站设置

由于上述原因，三维建模中缺失了该避雷针信息，导致航线规划中未考虑该避雷针，最终引起现场执飞问题。

2.2安全员未能及时拉停

巡飞时现场设置一名安全员手持遥控器确保飞机处于异常状态时及时拉停，该安全员主要工作为电量不足或定位信号受干扰等无人机异常情况下将无人机控回。

该航线91航点原计划完成钢构拍摄后转飞动作为斜向拉高转出至后续钢构架继续拍摄，安全员现场观察到无人机爬升转向动作，由于观测距离远及观测角度问题对具体距离把握困难，误以为其即将爬升对避雷针进行拍摄。安全员发现其距离过近后第一时间切换为手动控制，但无人机已距离避雷针上端过近，由于惯性发生擦撞。

2.3无人机避障功能未能发挥作用

经分析，现场所使用大疆无人机具备前向后向及上向避障功能。经分析，由于该避雷针尖端较细，且过程中为无人机下向轻微擦挂避雷针尖端，因此避障功能发挥作用过晚，未能有效拉停飞机。

3、应对措施

（1）校验检查、完善三维模型

三维建模数据精确性是无人机自主巡检工作的关键点，对于架站式地面扫描需针对所有模型上部对照现场进行重新踏勘。不可盲目信任三维扫描结果

（2）加强安全组织措施

由于站内无人机自主巡检技术整体尚在发展完善中，变电站内高位避雷针在被钢构等障碍物遮挡情况下导致扫描不完整这一情况在各地执行中也未有遇到。现场执行中需针对这一问题重点核查高位受遮挡避雷针，将此核查工作加入工作流程及规范；在钢构不透光结构中调整扫描点位并在核查及现场踏勘时确保从各个视角确认高位设备完整性。

（3）飞行工作确保人员视角全面

根据现场情况，初次试飞航线时安全员应处于无人机动作姿态方向侧面位置，确保视觉测距准确。

4、总结

通过对该起事件的深入分析，可以发现地面架站三维扫描在特定条件下可能存在高空点云数据缺失的情况，可能会严重影响巡检安全及电力生产安全。这一问题一方面可以通过无人机空中采集三维点云解决，另一方面也可以通过文中提到的管理及技术措施解决。

引用

1. 鲁杰, 侯力枫, 庞博,等. 架空输电线路无人机自主巡检技术探究[J]. 中国科技投资, 2020(5):3

2. 中国质检出版社. 电力安全工作规程[M]. 中国标准出版社, 2012