9,基于“巡检分离”的架空输电线路无人机全自主精细化巡检作业技术-V1.1.pptx
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9,基于“巡检分离”的架空输电线路无人机全自主精细化巡检作业技术-V1.1.pptx
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基于“巡检分离”的架空输电线路无人机全自主精细化巡检作业技术,1,1,2,3,面临的形势与问题发展目标无人机自主巡检技术推进情况“全自主精细化”巡检作业技术介绍,4,目录,CONTENTS,【1.面临的形势与问题】,2013年3月至2015年3月,国网公司在十家省公司、中国电科院开展了为期两年的输电线路直升机、无人机和人工巡检试点应用;2015年,在公司各单位全面推广无人机巡检应用。
近年来,无人机巡检已成为输电线路的重要巡检手段。
充分消纳清洁能源,国家电网公司“架空输电线路无人机智能巡检作业体系建设三年工作计划”业已明确:
应进一步科学规划,融入物联网、人工智能等先进技术,全面推进无人机智能巡检技术应用,实现线路巡检模式由人工巡检向无人机为主的协同自主巡检模式转变,持续提升输电智能运检水平。
【面临的形势与问题】,传统巡视模式难以适应输电精益化管理要求,2,面对以上形势,输电运检工作还主要存在以下问题:
1人员规模难以满足设备持续增长需求,3无人机应用水平难以支撑输电智能运检发展要求,【面临的形势与问题】,1人员规模难以满足设备持续增长需求人工巡线工作量大、效率低、管理难度大野外作业受天气、地理条件的影响大不能快速反应突发电力故障现有技术手段不能满足智能电网管理需求,总体性缺员人员“断档”问题突出结构性缺员,【面临的形势与问题】,2传统巡视模式难以适应输电精益化管理要求传统巡检模式,受地形条件、环境因素、人员素质等多方面因素制约,存在巡视质量不高、巡视范围不全面、巡视效率低等问题,且特殊地形和气象条件下巡视困难,存在人身伤害风险。
节省大量巡线人员的作业成本,提高巡线效率提供输电线路及铁塔精准、清晰的三维影像数据分析影像数据,为线路和铁塔维护提供科学依据避免巡线人员在复杂险恶的环境里发生意外伤害为管理者快速处理应急突发事件提供决策依据,【面临的形势与问题】,3无人机应用水平难以支撑输电智能运检发展要求,现阶段无人机作业管理、人员培训、质量监督和维护保养等保障体系尚不健全,各单位应用水平严重不均衡。
无人机作业智能化程度低,应用方式未充分挖掘;巡检数据处理智能化程度低,与业务数据融合度不高,未形成统一应用和闭环管理。
无人机作业优势未得到充分发挥,无法支撑输电智能运检发展要求。
1,2,3,发展现状发展目标无人机自主巡检技术推进情况“全自主精细化”巡检作业技术介绍,4,目录,CONTENTS,【发展目标】,以推动无人机为主的协同自主巡检模式转变为主线和目标,以提升无人机巡检作业自主总体化、数据分析智能化为抓手,以建立健全无人机智能巡检作业管理体系和技术支撑体系为依思路托,推动建设复合型运检队伍。
建设无人机管控平台,攻克自主智能巡检技术(跟踪关注缺并参与陷智能识别技术研究工作),建立无人机智能巡检作业体系,逐步替代传统人工巡检作业模式。
深化无人机在线路巡目标视、检测、检修方面的应用,三年内建成几家国内领先的无人机智能巡检作业示范单位。
实现输电线路巡检模式向以无人机为主的协同自主巡检模式转变。
1,2,3,发展现状发展目标无人机自主巡检技术推进情况“全自主精细化”巡检作业技术介绍,4,目录,CONTENTS,【2.无人机自主巡检技术推进情况】,2013年以来,电科院即协助公司设备部,引领各地市公司、省检修公司和送变电公司开展了大量的无人机巡检实用化推广工作,建立了成熟的无人机巡检业务管理和技术支撑体系,积累了一定经验。
组建“无人机驾驶员机构”,组织开展“培评工作”协办“输电线路无人机巡检技能竞赛”,培养一批技术骨干协办“年度空域申请”工作,保障守法飞行支撑无人机巡检专业管理的各项工作,保质保量完成年度精益化考核指标探索推广能够实用化的无人机巡检关键技术,【2.无人机自主巡检技术推进情况】,一、基于人工示教的无人机自主航巡技术介绍:
由兼具高水平飞行操作技能、输电运维知识和职业素养的专业人员人工规划巡视路径、拍摄位置、角度和安全点,飞行巡检一遍,再由具备实时载波相位差分技术(RTK)功能的无人机实现自主航巡。
劣势:
巡视安全系数低,初期路径规划的自动化程度和效率低,且对作业人员的专业素养要求极高。
推广普及具有限制性。
建议:
集中组织开展无人机自主航巡技术培训班,每个单位储备一到两名的高水平飞手,将部分线路区段开展人工示教的无人机自主航巡并实现全覆盖。
【2.无人机自主巡检技术推进情况】,二、基于点云的无人机自主航巡技术介绍:
需前期对通道和杆塔进行激光雷达扫描和可见光绝对精度点云信息的采集,前期投入成本较多,且只能简单的规划巡视路径、拍摄位置和角度,作业自动化程度和安全系数较高,但采集的巡检数据质量不高。
劣势:
依赖于绝对精度的激光点云数据,激光扫描单价较贵;可见光点云数据采集设备单价便宜,但目前精度不够;巡检数据质量不高。
建议在已有点云数据的线路区段验证应用该自主航巡技术,并不断提出反馈意见,提高该技术采集的巡检数据质量;跟踪关注可见光点云技术,在其精度达到自主航巡技术要求时进行示范应用和技术挖掘。
【2.无人机自主巡检技术推进情况】,三、架空输电线路“全自主精细化”巡检作业技术介绍:
本技术的工作原理区别于“人工示教”和“点云原理”的自主巡检技术,研发理念源于一线作业人员的生产需求和我们的输电专业资源,可迅速根据线路台账信息计算每基杆塔的绝对位置,并针对不同塔型自主、科学的规划巡视路径、拍摄位置、角度和安全点,从而实现“全自主精细化”巡检作业,该技术还包括了照片智能管理技术;优势:
作业效率高;安全系数高,自主知识产权,技术可挖掘性高;不依赖点云数据,投入成本低;建议在2020年全省220千伏电压等级线路实现推广普及,同时继续开发基于500千伏电压等级的“全自主精细化”作业技术。
1,2,3,发展现状发展目标无人机自主巡检技术推进情况“全自主精细化”巡检作业技术介绍,4,目录,CONTENTS,【全自主精细化巡检作业技术】,无人机自主飞行的原理以及航线规划、航点任务设计和照片名称管理的方法,同时分析了坐标误差产生的原因以及对飞行安全和影像质量的影响,提出了坐标误差调整的方法。
创新,质量,专业,效率,【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,关键词,无人机全自主精细化巡检,【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,系统概述根据电力线路巡检特点,对无人机SDK进行二次开发,控制无人机超视距自主飞行,解决了视觉限制和遥控信号限制等问题。
开发的航线规划和航点任务设计程序,可根据不同电压等级、不同塔型,科学的规划巡视路径、拍摄位置、角度和安全点,进而控制无人机进行影像录制和拍照,该技术包括的照片智能管理模块可对巡检数据快速准确的重命名,为运行管理提供清晰、位置描述准确的影像资料,从而做到巡检分离。
无人机自主飞行巡检,提高了工作效率和质量,减轻了工作负担,使巡检工作更加全面、更加科学。
【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,航线规划和航点任务设计部分应用大疆无人机MobileSDK开发的航线飞行执行部分无人机巡检的照片名称智能管理部分,构成及功能,【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,主要功能自动规划航线和设计航点任务,自主飞行,多方位多角度进行视频录制和拍照,提供清晰的影像资料。
系统支持普通光学相机变焦拍照,可获取设备细节清晰图片。
支持红外相机拍照测温。
系统具有坐标差分功能,可自动调整无人机GPS坐标误差,提高航点位置精度。
系统不受视觉限制和遥控信号控制,可远距离超视距飞行。
动作速度快、定位准确、工作效率高。
【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,主要工作流程和工作方式,1,3,4,2,飞行数据整理收集无人机自主飞行依靠WGS-84坐标导航。
每个航点的经度、纬度、高度是无人机自主飞行的三个必要的基本参数。
坐标转换根据无人机自主飞行导航原理,进行WGS-84空间直角坐标与WGS-84大地坐标BLH之间的转换。
航线规划和航点任务设计应用开发的航线规划和航点任务设计软件,自动计算,方便生成航线和航点任务。
同时计算出飞行时间,避免飞行时间超时。
航线飞行和航点任务执行将航线导入移动设备,控制无人机自动执行任务,按设定进行录像和拍照并储存,任务结束后自动返航。
【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,主要工作流程和工作方式坐标转换,以地心为原点,南北方向为纵坐标,东西方向为横坐标建立坐标系,根据椭圆标准方程式:
就可以计算出任一纬度上地球表面的纬线圈和经线圈的曲率半径:
假设地球上某点A的坐标为(B,L,H),则纬度值为B,如图得出纬度正切值:
tan(B)=Y/X代入椭圆标准方程式。
通过KW和KJ进行WGS-84空间直角坐标XYZ与WGS-84大地坐标BLH之间的相互转换。
【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,主要工作流程和工作方式航线规划和航点任务设计,无人机自主飞行巡检依据WGS-84坐标导航,按设定的速度飞行,自动调整航向、云台俯仰角、相机焦距,多方位多角度进行视频录制和拍照。
由于飞行过程中需要大量的数据,系统应用开发的航线规划和航点任务设计软件,可方便快捷地生成航线和航点任务。
软件灵活性高,可以大批量自动计算。
航点任务有普通模式和精细化巡检模式。
普通模式:
一是对巡视区段完整录制视频,二是对每基杆塔前后和上方按设定角度拍照。
可拍摄线路通道、杆塔上部主要部位(金具、绝缘子、导地线等)以及杆塔整体。
精细化巡检模式:
【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,主要工作流程和工作方式航线飞行和航点任务执行大疆无人机MobileSDK支持多种型号无人机,结合电力线路巡检等行业应用需要,有针对性的进行研究和探讨,对SDK进行二次开发,生成移动端飞行控制软件,控制无人机超视距自主飞行,解决了视觉限制和遥控信号限制。
巡检作业时,将航线导入移动设备,简单操作即可控制无人机自动执行任务,按设定进行录像和拍照并储存在无人机内存卡中,任务结束后自动返航。
软件自动接收无人机的工作状态,将图像、电池电量、存储卡容量、位置、速度、高度、航向、飞行时间等主要信息实时显示在屏幕上。
【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,01,03,02,04,坐标误差对影像质量的影响巡检作业时,靠近拍摄对象距离近,图像越清晰;但从飞行安全角度考虑,无人机必须和电力线路保持一定的安全距离。
航点坐标误差产生的原因无人机自主飞行要依靠WGS-84坐标导航,导航位置误差由两个因素构成,一是航点坐标采集误差,二是无人机定位误差。
降低航点坐标的采集误差采用高精度采集设备。
宜采用RTK高精度GPS接收机采用正确的采集方法可采用四点平均法。
降低无人机的定位误差采用具备RTK功能的无人机;采用变焦镜头;采用无人机自差分。
航点坐标误差分析及调整,05无人机自差分原理将控制点的采集坐标和无人机的定位坐标进行比较,计算差分数值,无人机即可准确在设定的位置工作。
【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,02,方法,航点坐标误差分析及调整-差分原理,将控制点的采集坐标和无人机的定位坐标进行比较,计算差分数,值。
无人机的定位误差在较短时间和较小范围内变化较小,有连,续性,无突01变。
将无人机0准3确放在控制点上0,4控制模式设定为差分模式。
无人机定位成功后,程序自动根据误差值调整所有航点的坐标值。
基本上消除了无人机的定位误差,航点误差仅为航点的坐标采集误差。
如果航点坐标采用RTK接收设备采集,误差很小,无人机即可准确在设定的位置工作。
敬业,规范,【全自主精细化”精细化巡检作业技术】,利用无人机进行电力线路巡检,无论是手动操作还是自主飞行,都会拍摄大量的照片。
由于无人机拍照时采用流水号命名照片,当工作人员阅读照片时,很难甚至无法将照片与被拍摄的杆塔名称相对应。
因此,对照片重新命名并使其与被拍摄杆塔相对应,显得尤为重要。
具体方法如下:
应用Windows中Jhead程序,对照片的名称、经度、纬度、高程、存储路径
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