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华测无人机电力巡检方案

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发表时间:2018-05-30 17:07


华测高精度GNSS无人机航测系统

在电力巡检中的应用

行业市场现状及华测应用方案

输电线路分布点多、面积广,所处地形复杂,自然环境恶劣,电力线及杆塔附件长期暴露在野外,受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、人为影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀等损,必须及时对其修复或更换。绝缘子还存在被雷击损伤,树木生长引起输电线放电,杆塔存在被偷窃等意外事件,必须及时处理。传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦,特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡检,以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查,所花时间长、人力成本高、困难大、风险高。

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV),是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。利用无人飞机进行输电线路巡线研究需要跨多个高技术专业,研究深度和水平要求较高,是一项刚刚起步的新技术,目前已在华中电网、南方电网试点进行应用。与常规人工巡检方法相比较,此项技术更为先进有效,已成为保障线路安全运行的一种新的经济可行的手段。利用无人飞机巡线,可以减轻工人“千里巡线”的劳动强度,降低高压输电线路的运行维护成本。

无人驾驶飞机机身轻巧,并装载有先进的航测系统,和有人飞机、直升机相比,受阴、雨、雾等天气的限制要小得多。这些优越的性能使无人飞机成为输电网巡线更为有效的工具。无人飞机巡线还可以提高巡检作业的质量和科学管理技术水平,可以增强电力生产自动化综合能力,创造更高的经济效益和社会效益。

随着输电可靠性指标的要求越来越高,以及无人飞机巡线各种实践内容的不断丰富,无人飞机巡线的优越性将越来越突出。无人飞机巡线必将成为一种快速、高效、大有发展前途的巡线方式。

华测无人机在电力巡检中的应用介绍

华测无人机电力巡检系统可以识别各种输电线路缺陷问题。可以识别架空输电线路的基础、塔体、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等容易发生事故等关键部位,也可识别人为设备、偷窃、树木放电、雷击、污染、雾气等影响输电线路造成线路性能下降的问题。也可识别电力线路下方房屋违建、种树、挖坑等影像线路安全的违规行为。




无人机航测原理

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机航测遥感系统是高分辨率及高精度遥感影像获取和处理的新技术。它以无人驾驶飞行器为飞行平台,搭载数码相机、数码摄录机等数字遥感设备进行拍摄和记录,通过遥感数据处理技术进行影像的同步传输,以实现对地理信息的实时调查与监测。无人机遥感系统以获取高分辨率遥感数据为应用目标,通过3S技术在系统中的集成应用,达到实时对地观测能力和遥感数据快速处理能力。要使其成为理想的遥感平台,选用的遥感传感器应具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大和性能优异等特点。遥感传感器的控制系统要能够根据预先设定的航摄点、摄影比例尺、重叠度等参数以及飞行控制系统实时提供的飞行高度、飞行速度等数据自动计算并自动控制遥感传感器的工作,使获取的遥感数据在精度、比例尺、重叠度等方面满足遥感的技术要求。

成功的飞行,航向重叠应为80%,旁向重叠应为60%。像片重叠意味着,在相隔一定距离的不同位置拍摄同一目标,存在立体像对可以构成视差,并可进一步获得立体模型,然后通过数字测图软件可以制作高精度的地形图。下面是无人机低空摄影测量的平台框图和运营系统结构:


华测P310航测系统在电力巡检中应用

华测华鹞P310无人机搭载高分辨率传感器索尼A7r,垂直起降模式安全高效作业,通过高空定点采集高精度遥感数据,经专业航测软件处理,生成数字正射影像(DOM)、数字高程模型(DEM)、数字表面模型(DSM)、。把数字高程模型和正射影像叠加在一起就能直接在上面读取地物地貌状况,而且能看到每个电塔区域的现状图,这样能够更加精确、高效的做好电力线路巡检工作,节省大量的人力物力,大大提高了工作效率。

以宝鸡供电局送电工区目前人员构成及所辖输电线路情况进行分析。

工区现有运行人员106人,负责维管宝鸡地区35kV及以上在运线路138条3057.223km,其中平原区线路808.287km、丘陵区线路870.303km、山区线路899.119km、原始森林区线路488.861km。

近年来工区生产人员严重不足,加之所辖山区等走径差的线路较多,日常检修、消缺、防外破等其它工作影响,线路巡视完成率始终无法得到保证。因此工区不断进行调研与探索,尝试使用华测导航P310、P540V无人机来解决这一棘手问题。共设计三套方案:

第一套方案:将小型摄像机和照相机固定在华鹞飞机吊舱内,对导线及绝缘子串进行摄像。该方案只需一人操纵飞机,可在回来后观察录像带。但由于存在飞机抖动,摄像对焦不准的情况,虽然可以对杆塔倒塌、倾斜、线路断线、绝缘子脱落、树林碰线等明显现象可以进行快速分析识别,对线下违建、线上鸟窝等现象进行实时观察,但对于常规的污闪、线路发热、绝缘子开列老化等问题还不能识别,需要进一步研究更好的方法。

第二套方案:利用P540V无人飞机巡线方式是使用无人飞机控制数据链,把可远传的可见、红外热像仪的信号传送到监视地面屏幕进行分析。无人飞机巡线由2人进行,一人专职操纵飞机,一人监视地面屏幕。发现可疑区段可悬停或者来回飞行细查;实时监视和录像可同时进行,还可进行高清晰度的摄像,飞机飞回后进行图片分析。

若用可见光摄像,应在天气睛朗时进行;若用红外热像仪,宜在早上日出前、傍晚日落后和阴天不下雨时,才能较好识别线路发热地点。一般飞机巡线时最好在导线侧上方沿导线飞行,飞机和太阳宜在导线同侧,避免逆光;镜头轴线应与水平面成一定角度,距导线小于 100m。镜头的指向(一般可自动调焦)通常预先在地面固定好,飞行中不再变动。若需变动时,靠改变飞机飞行轨迹来实现。如果在运动的飞行器上配备十分复杂陀螺稳定系统平台就可以实现自动瞄准,一次成像,然后对输电线路进行精确分析。

第三套方案:采用华鹞自主线路卫星导航控制、地理匹配自动控制、线路杆塔自动跟踪等飞行控制功能,使无人飞机巡线进入可根据输电线路的走向、海拔高度、转角等全自动化进行线路跟踪飞行控制,使无人飞机紧贴着输电线路进行贴身的巡线工作。此方案需事先得到整个线路的地形数据具体线路走向,以便进行精确规划。

在实际操作中,发现三套方案各有优劣,最好因地制宜,根据不同现场情况采用合适方案。

航测与传统方法对比

传统线路巡检方法实地踏勘工作常常耗费大量人力,极不安全,并受地形限制,过度依赖人工以及人为无法避免的偏差,而且在获取数据进行作业后,又有可能发生二次精度损失而不得不变更巡检计划,影响巡检工作的连续性、实时性已经成为电力线路巡检中普遍存在的问题。将无人机系统应用到电力巡检工作中后,利用其获取高精度、高现实性的地形地貌等大数据,准确、快速进行系统处理,不仅大大减轻了测量人员的工作强度,更使测量组织设计精准度趋于完美,成本大幅度降低。综上所述,无人机应用有以下几点优势:

效率高:一天最大工作效率为100平方公里,快速完成工期。

反应快:随时出发,随时拍摄,相比卫星和人工测绘,可做到短时间内快速作业并提交数据成果。

限制小:对测区地形地貌复杂度要求较低,能够前赴人工测绘无法达到的地区快速作业。

精度高:像元分辨率最高可达2.5cm,使线路巡检及规划更加精确。

人力少:大幅度减少外业工作量的同时,迅速采集到所需数据。

成本低:无需购买卫星影像、等高线地形图,使用无人机即可获取所需数据,减少人工、降低工程周期,从而节约大量成本,产出成果可重复利用。

时效性:通过无人机拍摄,可获得最新的测区植被、地表现状图,更利于工作人员的巡检。

低空飞行限制少

国家有关部门对1000m以下空域实行登记备案制度,空域申请便利,不实行强制管制。无人机降低了对气象条件的要求,可依据成图比例尺、地面分辨率低空飞行,完成大比例尺地形图航测任务。

飞行系统对起降场地要求不高、升空准备时间短、运输便利,可迅速到达测区,完成云下飞行,具有快速机动反应能力。

自身性能

可获取超高分辨率数字影像和定位数据,并可针对特殊监测目标搭载全色波段、单波段、多波段等传感器,并可进行多角度摄影,能够获取高重叠度的影像,增强了后续处理的可靠性。在局部信息获取方面有着巨大的优势。

成本低廉

无人机低空摄影测量相对于载人机成本较为廉价,实施便利、运输维护、作业成本较低。

基于上述特点,不仅可以完成电力线路、长输管道、油气田领域内可行性研究、初设、施工图各阶段测量工作,还可以开展电力线路监测与维护工作。可以省去耗时耗力的人工测量,航测成图速度快,信息反馈及时,提高工作效率


质量指标及要求

无人机航片色彩均衡一致,影像明亮度饱和、对比度,像对之间几何无缝接边、自然,航向、旁向重叠度满足要求。图幅之间的几何接边、灰度接边要基本保持一致,数据格式满足要求。

无人机航飞作业标准


序号

标准代号

规范名称

1

GB/T 19294-2003

航空摄影技术设计规范

2

GB/T7931-2008

1:500 1:1000 1:2000地形图航空摄影测量外业规范

3

GB/T7930-2008

1:500 1:1000 1:2000地形图航空摄影测量内业规范

4

CH/T8021-2010

数字航摄仪鉴定规程

5

CH/Z3001-2010

无人机航摄安全作业基本要求

6

CH/Z3002-2010

无人机航摄系统技术要求

7

CH/Z3003-2010

低空数字航空摄影测量内业规范

8

CH/Z3004-2010

低空数字航空摄影测量外业规范

9

CH/Z3005-2010

低空数字航空摄影规范

10

GB/T18316-2008

数字测绘成果质量检查与验收

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