摘要：进入二十一世纪以来，我国社会快速发展，科学技术不断取得新的突破，无人机技术越来越成熟，在社会诸多领域获得广泛的应用。在电力企业中，利用无人机对输电线路的状态进行巡检已得到界内人士的认同，弥补了传统人工巡查方式工作量大、效率低等种种弊端。但是，利用无人机巡查输电线路面临处理生成的视频数据、图像信息的难题。文章采用J2EE技术，根据多层次的软件开发体系，重点研究了无人机输电线路智能管理系统。整个系统集成了无人机线路巡检的全过程，达到了电力系统电路巡检作业的全程监控与智能化调度目的。
关键词：无人机；输电线路；巡检作业；智能管理系统
引言
煤炭是我国的基础能源，在国民经济中发挥了重要的作用，然而，当前煤矿安全生产形势仍然相当严峻，重、特大事故没能得到有效控制；作为井下安全的重要支撑——供电系统，必须能够时刻保证井下供电的安全可靠性，而日常的维护又是电力系统的重要保障条件之一；输电线路的巡线作业对维护区域电网的安全、稳定、高效运行越来越重要。输电线路跨区域分布，点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，输电线路设备长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、覆冰以及人为因素的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象，这些情况必须及时得到修复或更换。传统的巡检监测手段主要包括人工巡视和载人直升机巡视两种方式。人工巡视效率低，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查，所花时间长、人力成本高、困难大，难以满足现阶段大规模电网建设对于电力巡检的迫切需求；而载人直升机巡视由于成本过于高昂，只适用于小范围精确巡视，难以大规模推广。另外，局部区域也开始推广无人机巡视，但基本都停留在巡视拍照，人工判断海量照片，发现问题，工作量大，效率也低。在这种条件下研发了智能电力巡检系统，弥补了传统监测手段的不足，提高了电力系统的巡视效果。
1技术路线
输电线路无人机巡检智能管理系统在构建过程中，通过对数据模型的内部共享，利用模块化、小型化、可编辑的软件构建技术，采用J2EE体系，实现了多层技术方案的设计。同时，开发了针对第三方软件供应商的专用接口。可以实现不同专业软件的集成，有利于实现无人机输电线路巡检业务的综合管理，该系统技术构架的内容，如图1所示。
图1无人机巡检管理系统架构
前置层包含了对无人机飞行系统的控制以及飞行数据的采集、存储和清洗等功能。表现层集成了无人机巡检智能管理系统的管理工具，实现基于C/S结构的对数据加工和应用；应用服务层提供面向用户的基本服务功能，主要用于实现飞行作业的管理、图形浏览、富媒体内容的分析识别、空间的分析服务和电网拓扑的分析管理等内容。
应用逻辑层是面向系统管理员和开发人员的系统工具，完成对系统用户的权限管理、空间数据的统计分析、飞行图像数据的识别和无人机通用业务组件的搭建。数据访问与数据存储均属于无人机智能巡检系统的数据管理系统，实现了对的数据访问的管理控制以及无人机巡检系统的数据存储功能。
2智能电力巡检系统实现的过程
2.1输电线路走廊三维建模系统
针对输电线路走廊，根据客户巡检需求及电力行业线路走廊巡检手段，提出了新的研发思路：通过利用无人机倾斜测绘技术，实现对输电线路走廊建立可视化三维模型；可达到对线路周边环境变化影响线路运行的巡视及分析：第一，实现线路周边树木检查，能及时巡视发现并测定线路周边树木距离导线的距离，便于及时处置；第二，能及时发现线路周边环境变化，比如线路周边是否存在外围施工对线路安全运行构成威胁；第三，线路周边新修建建筑物是否对线路安全运行构成影响，并测量距线路距离。
此项系统的优势是：利用便携式单镜头测绘无人机实现三维线路走廊数据的获取，相比传统的照片判读，可以更加直观高效的进行通道状态判读，是一种成本较低且效率较高的技术手段；为客户呈现出更精准的“可视化线路走廊一览图”。
2.2塔架故障自动判读识别系统
针对线路中塔架部分，区别传统人工处理方式，定制开发了塔架故障自动判读识别系统，利用工业旋翼机进行前端塔架数据采集，通过数据识别系统对前端采集数据进行自主删选、自主判断，来达到对全线路杆塔缺陷自主识别，获取缺陷报告（含线路名称，塔杆号，缺陷名称，巡检时间日期等）；真正实现塔架的精细化、自主化巡检。本系统是定制开发的“塔架缺陷自动识别系统”，利用人工智能和机器学习等技术，用计算机判读替代了传统的人工照片判读，大幅降低了人工劳动。应用《塔架缺陷自动识别系统》完成的故障诊断和识别。
2.3输电线路智能无人机
根据输电线路地理环境及巡检要求，提供了三种无人机机型，主要有：固定翼无人机，复合式无人机，多旋翼无人机。固定翼无人机利用其便捷式的操作方式及长航时性能，并结合高清数码相机，来完成对输电线路走廊三维建模前端高清照片数据的采集。复合式无人机，利用其独有的垂直起降方式及快速、长航时的性能，并结合三轴增稳可见光吊舱，来完成对输电线路走廊快速巡检视频的采集。多旋翼无人机，利用其空中可悬停的优势，并结合三轴增稳双光吊舱，来完成对塔架的精细巡检及缺陷照片数据的获取；此飞机可配套“头戴式辅助操作设备”，提升操作人员巡塔的精准性。
引进的无人机产品涵盖了市场主流的所有机型（复合式、固定翼和多旋翼），可应对多种需求和使用环境；并首次在无人机电力巡检中引入了“头戴式飞行辅助设备”，提高了塔架巡检时操纵人员的准确性。应用固定翼垂起复合式飞机，对长距离输电线路进行巡检，单架次巡检距离20km以上，采集电力线路及周边环境变化情况，获得实时视频数据，通过人工辅助来查询、判断异常问题，可快速、有效的防范电力线路，如周边物体对线路的威胁评估，地质环境变化，植物生长，线路上大尺度物体检查如风筝、鸟巢等。
2.4系统功能的实现
无人机智能巡检管理系统在各项功能实现过程中，影射了无人机整个巡检线路的所有环节。文章重点对无人机飞行计划的管理进行分析，用于证明依托于J2EE技术的管理系统功能实现的全过程。飞行计划管理是指对飞行计划进行相应的维护、管理，具体包括月计划、季度计划、年计划等。在进行飞行计划的制定期间，需要对线路的巡检任务进行参考。并且，还需参考禁飞区的信息，将其在计划中排除，提升计划的可行性，确保计划顺利地实施。年计划应对季度计划、月计划进行逐层分解，进而形成一个系统、可执行的计划。通过浏览飞行管理的界面可知：在对飞行计划管理设置的时候，客户可以直接点击界面中相应的按键，利用记录控制器，从相应的数据库中抽调、利用，即完成了飞行计划的查询。随后，应向数据库发起请求，利用系统中的线路查询管理器，设置飞行线路，并更新数据。飞行计划中记录了巡检杆塔数量、计划时限、上传数据、相关执行者工作记录等。
结语
无人机输电线路的巡检作业是一个系统性、复杂性工程。需要对巡检中生成的海量视频数据及图像做出有效处理，基于J2EE技术研究了无人机输电线路巡检管理系统，通过深度学习算法，有效地处理无人机执行任务期间采集的图像数据。结合了无人机巡检平台本身的特点，对各种数据信息加以归纳、整理。此外，管理系统又可集成巡检作业全部程序，可对巡检作业进行自动调度。相关工作人员需不断地积累经验，优化无人机智能巡检管理系统，为输电线路故障识别及检修提供更大的支持。
参考文献:
[1]郑仟,李宁.输电线路无人机巡检智能管理系统的研究与应用[J].电子设计工程,2019,27(9):74-77+82.
[2]裴平星. 商品煤检装计量工，阳煤集团煤矿职工培训教材编审委员会，2011，4.3
论文作者:白彧
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/12
标签：无人机论文; 线路论文; 管理系统论文; 数据论文; 计划论文; 作业论文; 智能论文; 《电力设备》2019年第14期论文;