基于多旋翼无人机的特高压换流站设备巡检路径规划

袁虎强，苏志龙，蒋新华，洪怀玉

（1.中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局，云南昆明 650217；2.广州中科智云科技有限公司，广东 广州 510660）

特高压换流站输电线路逐渐成为国家互联电网中较为关键的一部分，电网的安全关系到国家经济的发展以及社会秩序的稳定。在电网运行的同时，需定期检验电网中的输电信息，保证电网时刻处于正常工作状态[1-2]。为此，不少研究学者针对特高压换流站设备巡检路线进行规划，以提高设备的安全运行，促进电网事业的发展[3]。由于特高压换流站设备进行巡检路径规划时，需要考虑巡检过程中的各种影响因素，故在规划时需不断添加新的操作信息系统数据，按照标准处理方式检验不同路径间的信息，防止数据的外漏，并匹配信息参数，提前得知路径数据操作流程，方可完成巡检路径的整体规划[4]。

目前，在换流站复杂环境下，国内外研究搭建信号全覆盖式地面基地，不断调整信号信息，促进设备获取信息的性能[5]。传统基于智能电网的特高压换流站设备巡检路径规划，通过模拟路径信息检验设备的巡检流程，匹配相关内部路径检验数据，不断完善不同巡检设备间的巡检差异，调整差异范围，获取较好的巡检路径。传统基于GPRS 的特高压换流站设备巡检路径规划规定了巡检的基础路线，时刻监控路径状况，并提取路径状况信息，达到路径数据完整收集的目的[6]。但由于传统研究处于起步阶段，具有一定的局限性，对巡检的数据调整力度较小。

为此，文中提出基于多旋翼无人机的特高压换流站设备巡检路径规划，对上述问题进行分析与解决。

1 巡检路径数据获取

多旋翼无人机系统以UMR 作为系统主体，同时搭建相应的机载电源，利用其主控飞行系统实现飞行监控操作，保证无人机在运行中处于稳定飞行状态。文中利用多旋翼无人机的数据追踪功能进行系统追踪，不断转化不同的路径信息，同时检验路径信息间的综合差异，选取目标直接驱动信号检查路径的关联程度，采用无人机系统调节关联程度较小的数据，保证数据的关联程度处于统一标准水平中[7]。

按照多旋翼无人机机载系统中的机载构成模式，配置数据监控系统，时刻监控此时的路径信息，将无线影像数据通过传输通道实现数据传输，并在传输的过程中不断扩展传输通道宽度，保证数据的完整传输。在实现数据基础传输后，接收端口执行路径数据收集任务，并传达任务指令，在无人机操作前转化路径信息，同时调整此时的路径状态，促使路径状态与无人机操作状态相吻合[8]。按照机载系统的数据控制方式对路径数据进行内部输出操作，选择相应的输出实现输出检验，即：

式中，p表示为输出检验参数，VC、VR与VL为无人机机载内部信息参数，D表示为相关的输出系数，ωC为无人机调控状态下的路径信息。

获取输出函数，在实现内部路径监控的基础上达到路径分析目的，同时掌控不同的路径信息，加强对中心调控系统的检验力度，完善无人机机载信息，强化对路径数据的收集性能，并标定收集空间，将收集的信息集中存储于同一空间中，配备空间监控程序，时刻保护内部存储数据状况[9]，巡检设备工作框图如图1 所示。

图1 巡检设备工作框图

利用不同空间路径信息调节路径数据的收集渠道，调整渠道信息数据，将巡检路径数据完整录入检测系统中等待检测，在完成检测后，提取数据并过滤数据中的信号信息，减少外界信号对数据提取结果的影响程度[10]。

2 设备巡检路径数据模块调试

在巡检路径数据提取的基础上，利用多旋翼无人机定位数据以及中心功能操作技术，分析路径数据的存在模式，同时整理操作模式，调节巡检设备的上位机与集中控制器间的关系，并关联操作数据，传导巡检路径基础信息，不断完善不同路径间巡检差异，构建差异整合模型。利用TCP 协议[11]实现数据通信，保证巡检数据的正常传输，将通信模块与集中控制器相连接，并测试串口通信模块状态，在数据PC 机中打开巡检空间内部数据，研究不同数据在相同操作范围内的操作流程。

将巡检数字示波器与设备中心调控器结合，在结合过程中，根据相应巡检数据存储模式，对其进行模块化处理。传达上机位任务指令，并通过指令传输通道扩展内部空间巡检数据的调试传输[12]。下发巡检路径信息，利用阈值分割法收集巡检红外热图像，并观察图像间差异，对差异数值进行基础调试，设置调试公式为：

式中，a、b、c为不同的调试参数，f(x,y)为巡检红外热图像，T1与T2为调试可控范围。利用巡检调试参数对巡检路线空间进行数据清理操作，避免无关数据对巡检操作的干扰。调配无人机功能性检验操作，审核不同路径区域的巡检信息，时刻监控巡检设备的运动轨迹，将巡检页面转移至空间监控页面，确保数据图像的安全，查找其内部电机驱动原理。

优化巡检路径信息存储空间结构，在空间内部配置数据引流装置，引导路径信息流通过空间结构，并调整巡检数据信息，设置不同图像像素点，作为巡检图像中数据查找介质[13]，按照像素点在图像中的位置，推断巡检位置信息，并标记信息数据，使数据处于允许范围之内，并集中存储空间数据。

3 设备巡检路径规划

利用调试的路径数据信息对巡检路径进行规划，调节巡检设备的下机位系统，同时，完整处理巡检设备后台数据，按照后台信息查找标准，增强巡检机制操控力度，集中调节多旋翼无人机的中心系统数据，并配置数据检验装置[14]。利用影像追踪技术时刻反映巡检设备的监控状态，获取设备温度数据，利用后台数据对无人机进行远程操控，配合红外图像软件程序处理，对空间信息内容进行检验，识别巡检设备的故障数据；利用监控云台实现路径云端监控，管理路径障碍数据，提取存储数据库中的路径信息，与检测到的路径数据进行匹配对比[15-16]，检验差异程度对巡检设备的路径自主规划为：

式中，Kσ(S)为系统所需的规划参数，σ表示路径变量，S为监控云台内部信息。

在获取相应路线规划参数后，将规划参数数据代入规划系统中等待系统检验操作，构建云台操作，如图2 所示。

图2 云台操作图

在空间系统中传输过滤数据，并加强对规划路径的管理力度，进行多旋翼无人机通信，将地面基站信息及时传导至无人机机载空间，搭配配套的数据无线收发端，并在端口连接路径检验串口，结束内部信息检验操作，实现特高压换流站设备巡检路径规划。

4 实验分析

4.1 实验环境及实验参数

为检验文中研究路径规划方法，将该方法与传统方法进行对比，并获取所需的对比数据，验证文中方法的有效性。构建实验操作框架如图3 所示。

图3 实验操作框架图

解析云南特高压换流站的地理位置情况，按照地理位置对应的信息转换不同的无人机飞行模式。实验参数如表1 所示。

表1 实验参数

根据上述参数设计，在昆北换流站中利用环流信息差异配置相应的巡检装置，调节控制电机速率，确保电机正常运行。

4.2 结果分析

4.2.1 不同方法巡检角度分析

为了验证所提方法的科学有效性，实验分析了所提方法以及传统方法在进行巡检时的角度，实验结果如图4 所示。

图4 巡检角度对比

分析图4 可知，在相同实验环境下，文中方法巡检角度优于其他两种巡检方法。其中，文中方法巡检的角度适中，基于智能电网的特高压换流站设备巡检路径规划的巡检角度较大，基于GPRS 的特高压换流站设备巡检路径规划的巡检角度最小。这是由于文中在巡检路径规划的过程中利用无人机进行追踪，时刻监控路径状况，并调节不同的路径状况信息，配置状况查询与检验系统，完善内部巡检空间的中心检验功能，进而提升了巡检路径的效果。

4.2.2 不同方法劳动强度分析

实验对云南特高压换流站的内部空间特征进行解析，查找相关度较大的巡检路径数据，将数据信息通过无人机系统展现至图像空间中，对比获取的图像清晰程度，通过清晰程度推断出具体工作所需的劳动强度，实验结果如图5 所示。

分析图5 可知，基于GPRS 的特高压换流站设备巡检路径规划具有较小的劳动所需强度，传统基于智能电网的特高压换流站设备巡检路径规划的劳动所需强度较大，而文中基于多旋翼无人机的特高压换流站设备巡检路径规划的劳动所需强度均小于其他两种方法。

图5 劳动所需强度对比图

5 结束语

文中在传统特高压换流站设备巡检路径规划的基础上，提出基于多旋翼无人机的特高压换流站设备巡检路径规划，整合不同路径数据信息，利用无人机内部调控模板，掌控较为精准的路径研究数据，具有较强的数据可操作性，获取准确的路径信息，具有很好的操作效果。