面向电力巡检的无人机智能指挥控制系统设计

面向电力巡检的无人机智能指挥控制系统设计

王源

航天神舟飞行器有限公司 天津 300301

摘要：随着我国经济水平的发展，用电需求的提升，而随着电网规模的扩大，变电站数量的增加，变电站巡检作业的工作量也急剧增加。当前无人化值守成为电站的发展趋势，日常巡检工作倾向于由智能机器人负责。巡线机器人为隐患排查、故障分析、状态确认提供了有效支撑，在具备智能性和灵活性的同时也克服和弥补了人工巡检和分布式监测设备的不足之处，提升了电力巡检作业的智能化水平。

关键词：电力巡检；无人机；智能控制

引言

电力是我国经济快速发展的重要驱动力，并占有重要的经济地位。电力科技的快速发展给各个行业带来了机遇，在一定程度上也促进了对电力需求的极速增长。同时，随着电网规模的持续扩大，电力系统也变得异常复杂，因此对电网的安全可靠性要求也变得越来越严格。变电站作为电网系统中关键节点，其工作运行的稳定性关系到整个电网的安全生产。保证变电站安全高效运行，减少故障缺陷发生，对于提高电力企业安全生产具有重要的意义。

1平台控制系统设计

1.1无人自主巡检

基于多传感器融合技术的无人导航系统，用于平台的自主导航巡检模式，随着无人智能技术日趋成熟，无人系统可实现固定操作任务的自主巡检功能，例如在特定区域固定操作作业场景下的智能化巡检，由作业人员设置好起点、中间点及终点后，无人平台可进行自主的路径规划，完成特定作业场景下的作业操作。同时将前方视角的FPV(firstpersonview)摄像头和周围的环境信息通过感知层获取，经过信息层处理，通过网络层回传至远端的驾驶舱台中。形成人机协同作业自主巡检的模式。

1.2远程无线遥控

远程遥控可通过手持式PAD近域进行无线操作；也可通过5G通信网络在5G远程驾驶舱上操作，远端软件系统主要为控制站软件，其界面整体由左、中、右三部分组成。监控屏具体显示内容如下：左屏：地图视角、轨迹显示、系统设置、车辆状态显示（传感器状态、电气状态、异常声源定位信息等），划分一小块区域显示360°全景；中屏：FPV摄像头视野、行车轨迹指示、仪表盘、灯光控制；右屏：任务模块视野和任务模块数据；任务模块功能控制。总之对于复杂环境下，无人平台暂时无法完全实现自主的巡检工作，此时需要人工远程遥控作业。

2无人机巡检技术发展现状及展望

2.1无人机巡检避障技术

面对部署在复杂环境下的架空线路塔架，巡线人员通常远距离操控无人机接近架空线路进行巡检，无人机处于视线范围之外，仅能通过无人机搭载的光学镜头进行有限的周围环境观测与控制，而目前巡检要求无人机低速近距离观察杆塔、线缆等，以发现缺陷和隐患，因人工操作的介入，该作业具有较高风险。以杆塔为例，无人机为近距离检测分布于杆体两侧的绝缘子串、电缆接头等元件，必须在检测完一侧后从线缆下方飞过塔体到另一侧继续检测。由于操作人员视线易受天气、时辰影响，无人机可能在飞过塔体时误触高压线缆而引发安全事故，甚至给电网带来不可挽回的灾难性后果。为尽量减小无人机与架空线路的间距，提高巡检作业质量，部分巡检无人机配备了避障系统，当避障系统检测到无人机与目标距离小于安全距离时，发出避障或停止指令，以实现避障目的，从而保障无人机巡检工作顺利进行，提高作业的安全性，防止碰撞事故发生。

2.2无人机巡检通信技术

在巡线无人机作业时，需要地面站与无人机双向通信，将控制指令、无人机状态、巡检数据互相传输，无人机与地面站的通信距离将直接决定无人机单次架空线路巡检的距离与巡检效率。目前巡检无人机通常配置对应的数传与图传系统，大疆推出的DJIO3图传行业版为例，其支持2.4G、5.8G通信频段，并可以接入4G移动网络，实现6~8km无干扰、无遮盖的通讯距离，但是面对架空线路常见的山地、树林环境，以及架空线路附近的复杂电磁干扰，将造成有效通信距离快速下降，严重阻碍巡线效率。也有学者针对电磁干扰开展了通信研究，SlimenuF.等人提出了基于协作Ｑ学习进行信道选择，提高了数据传输安全容量；提出了基于深度强化学习的无人机通信抗干扰算法，通过智能决策进行最佳传输，实现时频域联合抗干扰。常见的无人机数传、图传技术虽然应用广泛，但是其地面端面临的地表障碍天然限制了无线电信号的传播，因此还需要其他手段进行远距离通信，目前常见的远距离无人机通讯技术包括有卫星通讯、以及中继通信等。

3电力设备巡检监控系统

3.1数据采集系统

电力企业在开展电力设备的巡检监控管理工作时，应先建立完善的管理系统，保证设备运行期间能有效收集相关数据，以此为管理系统提供可靠的数据支持，便于后续进行参考。据了解，对于电力设备的数据采集技术当下多应用SCADA技术，其包括了数据库、通信总线、应用服务器和数据采集单位等多项硬件设备。在具体应用过程中，SCADA技术可实现对设备、各系统运行过程的实时监控，能让工作人员及时了解电力设备的故障问题，为电力巡检、维修提供了便利，提高了电力巡检、维护的管理效率，保证了电力设备的稳定性。

3.2电力设备巡检监控系统的应用

基于移动设备构建监控管理体系。在进行电力设备的巡检监控管理工作时，需要借助一定数量的监控设备才能实现对电力设备的实时监控和巡检，这在一定程度上提高了工作人员的管理效率，保证了设备的安全性，能有效消除电力设备的安全隐患问题。为了提升电力设备巡检监控的管理水平，电力企业可依托移动设备构建监控管理体系，利用电子技术实现对电力设备的科学管理，加强电力设备巡检监控管理的时效性和准确性，增强其数据收集能力和线路规划功能。电力企业可将信息系统和电力设备进行有效衔接，落实巡检监控管理工作的无纸化数据采集，提高设备巡检管理质量，促使电力设备巡检监控管理工作向智能化、自动化发展。在应用期间，工作人员还能通过信息系统第一时间掌握设备运行数据，可为设备运行提供安全保障，切实提升电力设备的运行效率，促进整体电网的稳定运营。建立云储存数据库。电力企业可基于LeanCloud建立云储存数据库。在具体建设期间，电力企业要明确电力设备巡检监控的管理流程，对设备数据、用户、运行指标等各项巡检内容进行综合分析，选择合适的数据处理方式，在云储存数据库的基础上搭建电力设备的巡检管理系统，加强数据信息的实时传输和共享，保证信息数据的时效性。

结束语

本文面向带电作业巡检现场处置问题，设计了基于任务的无人机自动控制方法。通过在任务界面输入相关任务信息，自动生成无人机任务。利用任务执行模块实现任务的自动执行，整个过程无需人工干预。无人机任务可以现场快速创建，也可以针对高危场所根据预案提前生成，发生事故时调用，保障无人机系统能快速准确的获取现场信息。基于地理信息系统构建的事态监控技术，能帮助事故处置人员直观的了解现场事态，为决策指挥提供技术保障。

参考文献

[1]刘雪莹.变电站巡检机器人混合路径规划研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2021.

[2]薛舒严.变电站巡检机器人控制系统的设计与实现[D].南京:南京理工大学,2020.

[3]邹其雨.变电站智能巡检机器人数据采集及监控系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2021.