輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)郭昊坤【摘要】為保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須對(duì)電網(wǎng)輸電線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)和巡檢.設(shè)計(jì)一種輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)移動(dòng)監(jiān)測(cè)站、數(shù)個(gè)無(wú)人機(jī)飛行器以及后臺(tái)上位機(jī)構(gòu)成.該系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)靈活、穩(wěn)定性好、便于操控、傳輸實(shí)時(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn).系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)航或者人工定向控制的方法使用相機(jī)、紅外設(shè)備等對(duì)輸電線路進(jìn)行信息采集，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)揭苿?dòng)監(jiān)測(cè)站及后臺(tái)上位機(jī).技術(shù)人員可以實(shí)時(shí)掌握輸電線路的運(yùn)行情況，及時(shí)排除運(yùn)行缺陷及安全隱患.【期刊名稱】《常州工學(xué)院學(xué)報(bào)》【年(卷)，期】2018(031)004【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P44-47)【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);正常運(yùn)行;輸電線路;巡檢系統(tǒng);無(wú)人飛行器【作者】郭昊坤【作者單位】江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系江蘇無(wú)錫214405【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TM755為保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須對(duì)電網(wǎng)輸電線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)與巡檢［1-6］。然而在一些自然條件相對(duì)惡劣的地區(qū)，如峽谷、大山、森林、大河、沼澤、濕地等，若采用人工巡檢的方式，對(duì)工作人員來(lái)說(shuō)工作強(qiáng)度大、條件差、效率低且存在較大安全隱患［7］。近年來(lái)，為提高輸電線路的巡檢效率，多數(shù)供電公司對(duì)自然條件惡劣、不適合人工巡檢的區(qū)段采用了無(wú)人機(jī)巡檢的方法，收到了較好的效果［8-10］。本文設(shè)計(jì)了一種輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)移動(dòng)監(jiān)測(cè)站、數(shù)個(gè)無(wú)人機(jī)飛行器以及后臺(tái)上位機(jī)構(gòu)成，具有機(jī)動(dòng)靈活、穩(wěn)定性好、便于操控、傳輸實(shí)時(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn)。1總體方案設(shè)計(jì)輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)組成主要包含兩大部分：多旋翼無(wú)人飛行器系統(tǒng)(unmannedmulti-rotorsystem，UMRS)和地面站系統(tǒng)(groundstationsystem，GSS)。該系統(tǒng)組成如圖1所示［11］。本文所設(shè)計(jì)的輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)，將地面站系統(tǒng)改為移動(dòng)監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)，移動(dòng)監(jiān)測(cè)站根據(jù)實(shí)際情況分為地面移動(dòng)監(jiān)測(cè)站與空中移動(dòng)監(jiān)測(cè)站兩種。另外，還設(shè)置了后臺(tái)上位機(jī)系統(tǒng)，以便后臺(tái)工作人員也能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員難以決斷的復(fù)雜問(wèn)題及時(shí)提供解決方案。圖1無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)2無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)巡檢無(wú)人機(jī)可用多螺旋槳飛行器控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該裝置由飛行控制模塊、電機(jī)調(diào)速模塊、無(wú)線通信模塊、傳感器模塊和實(shí)時(shí)拍攝模塊構(gòu)成，其組成框圖如圖2所示。無(wú)線通信模塊即為GPRS通信模塊。實(shí)時(shí)拍攝模塊為一臺(tái)帶有無(wú)線傳輸功能的高清攝像機(jī)。主控芯片負(fù)責(zé)飛行控制的相關(guān)運(yùn)算，統(tǒng)籌管理硬件資源。協(xié)處理器采負(fù)責(zé)傳感器設(shè)備的管理與數(shù)據(jù)采集。飛行控制過(guò)程中需要多種傳感器的實(shí)時(shí)參數(shù)，陀螺儀為系統(tǒng)提供姿態(tài)參數(shù)，加速度傳感器提供加速度參數(shù)，高度計(jì)向系統(tǒng)反饋飛行高度，GPS裝置提供導(dǎo)航或軌跡飛行服務(wù)。協(xié)處理器STM32F103預(yù)留SPI或者I2C接口以便接入更多的傳感器。該無(wú)人機(jī)工作流程如下：地面遙控站發(fā)送無(wú)線控制信號(hào)，無(wú)線通信模塊接收到信號(hào)后將數(shù)據(jù)傳送到飛行控制模塊，主控制芯片對(duì)來(lái)自協(xié)處理器的傳感器信息進(jìn)行計(jì)算處理，然后輸出控制信號(hào)到電機(jī)調(diào)速模塊，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。協(xié)處理器不斷接收來(lái)自傳感器模塊的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，而后將數(shù)據(jù)發(fā)送到主控制芯片，協(xié)處理器還負(fù)責(zé)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)傳感模塊的初始化。實(shí)時(shí)拍攝模塊將拍攝到的信息傳輸?shù)街骺刂菩酒?，主控制芯片將相關(guān)信息傳送給無(wú)線控制模塊，無(wú)線控制模塊再將其發(fā)送到地面或空中移動(dòng)監(jiān)測(cè)站。圖2巡檢無(wú)人機(jī)組成框圖3系統(tǒng)運(yùn)行本輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)，由一個(gè)移動(dòng)監(jiān)測(cè)站、數(shù)個(gè)無(wú)人機(jī)飛行器以及后臺(tái)上位機(jī)構(gòu)成。其中移動(dòng)監(jiān)測(cè)站可以根據(jù)檢測(cè)地點(diǎn)的位置分為地面移動(dòng)監(jiān)測(cè)站或空中移動(dòng)監(jiān)測(cè)站。一般情況下，考慮到節(jié)約成本等問(wèn)題，多采用地面移動(dòng)監(jiān)測(cè)站。在某些自然條件特殊的情況下，考慮到安全方便等問(wèn)題，采用空中移動(dòng)監(jiān)測(cè)站。圖3即為采用地面移動(dòng)監(jiān)測(cè)站的輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)整體運(yùn)行示意圖。如圖所示，無(wú)人機(jī)飛行器在相關(guān)移動(dòng)監(jiān)測(cè)站周圍輸電線路上進(jìn)行巡檢，把圖像等相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS通信傳輸?shù)揭苿?dòng)監(jiān)測(cè)站，移動(dòng)監(jiān)測(cè)站上的工作人員據(jù)此查找輸電線路所存在的缺陷并進(jìn)行應(yīng)急處理，同時(shí)將圖像等相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)傳輸?shù)焦╇姽净蛳嚓P(guān)部門的后臺(tái)上位機(jī)上，以便后臺(tái)工作人員及時(shí)監(jiān)測(cè)，在遇到現(xiàn)場(chǎng)不能處理的復(fù)雜情況時(shí)，還可由后臺(tái)專家及時(shí)給出處理方案。系統(tǒng)所保存的相關(guān)數(shù)據(jù)可為工作人員檢修設(shè)備提供真實(shí)全面的現(xiàn)場(chǎng)資料和缺陷信息，也可為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)通信設(shè)備組合如圖4所示。后臺(tái)上位機(jī)功能結(jié)構(gòu)組成框圖如圖5所示。圖3系統(tǒng)整體運(yùn)行示意圖圖4系統(tǒng)通信設(shè)備構(gòu)成圖5后臺(tái)上位機(jī)功能結(jié)構(gòu)框圖4結(jié)語(yǔ)為了便于對(duì)自然條件惡劣地區(qū)的輸電線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)與巡檢，設(shè)計(jì)一種無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一個(gè)移動(dòng)監(jiān)測(cè)站、數(shù)個(gè)無(wú)人機(jī)飛行器以及后臺(tái)上位機(jī)構(gòu)成，其中移動(dòng)監(jiān)測(cè)站可根據(jù)檢測(cè)地點(diǎn)需要選用地面移動(dòng)監(jiān)測(cè)站或空中移動(dòng)監(jiān)測(cè)站。該系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)航或者人工定向控制的方法使用相機(jī)、紅外設(shè)備等對(duì)輸電線路進(jìn)行信息采集，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)揭苿?dòng)監(jiān)測(cè)站及后臺(tái)上位機(jī)，技術(shù)人員可以方便地掌握輸電線路的運(yùn)行情況，及時(shí)排除運(yùn)行缺陷及安全隱患。系統(tǒng)保存的相關(guān)數(shù)據(jù)可為工作人員檢修設(shè)備提供真實(shí)全面的現(xiàn)場(chǎng)資料和缺陷信息，也可為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。［參考文獻(xiàn)］【相關(guān)文獻(xiàn)】［1］鐘運(yùn)平,程小華,戴棟,等.基于ZigBee技術(shù)輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究［J］.電測(cè)與儀表,2013,50(5):105-109.［2］郭昊坤，吳軍基.高壓輸電線路環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)裝置的研究與設(shè)計(jì)［J］.電力學(xué)報(bào),2017,32(4):318-322.［3］郭昊坤，吳軍基.基于物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路動(dòng)態(tài)增容監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力信息與通信技術(shù),2017,15(8):37-42.［4］龔堅(jiān)剛.架空輸電線路動(dòng)態(tài)增容研究［J］.華東電力,2005,33(7):27-29.［5］郭昊坤，衡思坤,應(yīng)展烽，等.架空輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(14):3464-3466,3474.［6］郭昊坤，衡思坤，應(yīng)展烽,等.輸電線路動(dòng)態(tài)增容在線監(jiān)測(cè)裝置研究［J］.電力學(xué)報(bào),2012,27(5):459-462.［7］鄭武略，張富春，焦炯，等.多旋翼無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用［J］.中國(guó)電業(yè)(技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