項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題
研究目的:
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大力發(fā)展,對(duì)電力能源的需求和依賴在不斷地增加。因此,對(duì)于供電安全性、可靠性及高效性等問題,我國電力行業(yè)也越來越關(guān)注。但由于架空輸電線路覆蓋區(qū)域廣,穿越區(qū)域地形復(fù)雜,自然環(huán)境惡劣,對(duì)輸電線路運(yùn)維水平要求越來越高。為了掌握線路的運(yùn)行狀況,并及時(shí)排除線路故障或隱患,每年都要投入大量人力、物力進(jìn)行線路巡檢。而科技的不斷發(fā)展進(jìn)步,讓我們從傳統(tǒng)的地面人工巡視逐步發(fā)展到直升機(jī)、無人機(jī)巡視。
無人機(jī)具有非常智能化的技術(shù)特點(diǎn)。隨著無人機(jī)在視覺跟蹤、飛行姿態(tài)控制、無線通訊網(wǎng)絡(luò)、視覺探測(cè)、續(xù)航能力等方面技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展,將會(huì)在電網(wǎng)企業(yè)輸電線路運(yùn)維中廣泛應(yīng)用。它在提高輸電線路的巡檢效率,準(zhǔn)確診斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),降低日常巡檢安全風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)維成本方面具有較大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。
研究內(nèi)容:
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種小型四軸飛行器電力線路紅外巡檢系統(tǒng),其內(nèi)容包括:四軸飛行器平臺(tái),顯控臺(tái)和數(shù)據(jù)鏈路模塊。
四軸飛行器平臺(tái)是電力巡檢數(shù)據(jù)采集獲取的主要平臺(tái)。平臺(tái)上搭載的數(shù)字光學(xué)相機(jī)主要用于獲取桿塔、電力線、電力線走廊的光學(xué)影像,對(duì)銷釘缺失、絕緣子爆裂、導(dǎo)地線斷股、金具銹蝕缺失等缺陷、隱患進(jìn)行診斷。而熱紅外成像儀則用于獲取金具、電力線、絕緣子發(fā)熱等情況。
顯控臺(tái)是地面數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。主要用于無人機(jī)在飛行過程中飛行姿態(tài)和位置的監(jiān)測(cè)與控制,獲取無人機(jī)平臺(tái)傳輸過來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。
數(shù)據(jù)鏈路模塊是整個(gè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)之間通信的主要平臺(tái),負(fù)責(zé)無人機(jī)平臺(tái)與顯控臺(tái)之間的通信工作。要保證將無人機(jī)的實(shí)時(shí)位姿同步傳輸至顯控臺(tái),以便及時(shí)作出調(diào)整,避免在飛行過程中發(fā)生碰撞造成不必要的損失
主要問題:
現(xiàn)在利用四軸飛行器巡檢電力電路面臨很多技術(shù)難題,主要包括以下幾點(diǎn):
一、續(xù)航能力較差。一般飛行時(shí)間為20~30min。當(dāng)前國內(nèi)的無人機(jī),普遍存在續(xù)航能力不足的問題,如果需要無人機(jī)在較長線段進(jìn)行任務(wù),以當(dāng)下的無人機(jī)續(xù)航能力,無疑是一個(gè)難點(diǎn)。如果強(qiáng)制性進(jìn)行時(shí)間較長的任務(wù),可能連返航都是問題。
二、無人機(jī)在巡檢作業(yè)區(qū)域多為低空領(lǐng)域,低空領(lǐng)域復(fù)雜多變,存在電力桿塔、線路、樹木、建筑物等障礙,加上無人機(jī)續(xù)航時(shí)間較短,所以無人機(jī)巡檢路徑的選擇與優(yōu)化對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行以及巡檢效率的提高都有著重要作用。
三、針對(duì)電網(wǎng)使用的無人機(jī)吊艙功能單一,主要配置高清攝像裝置,突出了外觀檢查,缺乏對(duì)輸電線路設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)多功能檢測(cè)的裝置和手段,降低了無人機(jī)使用的綜合效率。如可以設(shè)計(jì)專門對(duì)輸電線路檢測(cè)的吊艙,將高清圖像與紅外和紫外探測(cè)技術(shù)等檢測(cè)裝置結(jié)合,同時(shí)掌握輸電線路被檢測(cè)設(shè)備的溫度、污穢狀況等運(yùn)行指標(biāo),準(zhǔn)確判斷缺陷,及時(shí)消除缺陷和隱患,能進(jìn)一步提高輸電線路運(yùn)行的可靠性。
四、復(fù)雜自然背景下目標(biāo)圖像的提取與識(shí)別。航拍巡檢采集的圖像存在不同程度的退化現(xiàn)象,即在成像過程中出現(xiàn)了崎變、模糊、失真或噪聲混入,造成了圖像質(zhì)量的下降。造成圖像退化的原因很多,主要包括:光學(xué)系統(tǒng)的像差、衍射、帶寬有限等造成的圖像失真;太陽福射、云層遮擋、大氣端流的擾動(dòng)效應(yīng)等造成的遙感圖像失真;成像器件的拍攝姿態(tài)、光電轉(zhuǎn)換器件的非線性等引起的圖像幾何失真等;其中,運(yùn)動(dòng)模糊和各種噪聲的影響尤為嚴(yán)重。另外,四季更替使輸電走廊的自然環(huán)境和地貌不斷變化,采集圖像的背景會(huì)隨環(huán)境的變化變得非常復(fù)雜,對(duì)比度降低,且干擾増多,同時(shí)其他自然地貌與人工建筑也使圖像背景的復(fù)雜轄度進(jìn)一步加深。
五、基于大數(shù)據(jù)的信息處理問題。無人機(jī)巡檢后產(chǎn)生海量影像數(shù)據(jù),對(duì)于數(shù)據(jù)的處理目前存在較大難度。主要表現(xiàn)在一方面巡檢影像的整理需較長時(shí)間,特別是外委部分送達(dá)后需要消耗較多的時(shí)間進(jìn)行整理。另一方面,基于大數(shù)據(jù)的信息處理技術(shù)和智能化程度還比較低,就存在識(shí)別效率較低和識(shí)別準(zhǔn)確率低,在目前人員現(xiàn)狀條件下,對(duì)于海量數(shù)據(jù)的處理效率極為低下,同時(shí)無人機(jī)作業(yè)人員中具備豐富線路運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的人員較少,特別是外委單位人員中基本不具備電氣知識(shí),造成缺陷識(shí)別準(zhǔn)確度較低。
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