配网无人机与数字化建设的应用

张彬，陈斯炯，黄子建，蔡依麟，许国伟

（广东电网有限责任公司汕头供电局，广东汕头， 515000）

0 引言

在电力系统中，配电线路是地区电力输送的毛细血管，直接面对用户，与其相关的线路巡检工作是保障地方配电网络安全运行的关键一环。

伴随着我国电力发展步伐的逐年加快，规模日渐庞大的配电线路在恶劣环境长期运行过程中容易产生高频次的设备异常情况，依靠传统人工逐基杆塔巡检的作业方式不仅工作量大、效率低、费用高，且在复杂地理环境下的人力巡检工作还会威胁作业人员的生命安全[1]。

为此，本单位积极探索配电网电力巡检新模式，先后开展了无人机巡检作业、无人机全景采集作业、无人机航测作业，且利用科技手段挖掘无人机作业后的数据进行相关的数字化应用。其中，无人机自动驾驶双光巡检架空配电线路缓解了以往的人工巡检作业压力，克服人工巡检“慢、难、粗、险” 的技术弊端，还能够与人工巡检形成优势互补，从而为实现真正意义上的智能化无人巡检作业夯实基础；720全景的配网通道走廊“空中街景”的采集和应用解决了在配网运维中的现场勘察、作业交底、通道情况无死角全覆盖存档等问题，大大减少了修理技改频繁重复跑现场的问题，提高勘查效率，节省勘查的时间；数字模型的建设包含了二维模型采集解算[2]、三维实景模型采集解算、点云模型采集解算和点云模型矢量化建设，更是彻底解决了配网线路管理中的各种工程测量、方案路演、方案安全交底等其它工作问题，为配网线路的运维管理走向数字化打下了数字基础。

1 配网无人机自动驾驶航线规划与自动驾驶双光精细化巡视

目前，本单位已完成 10kV架空线路机巡自动驾驶全覆盖工作，无人机自动驾驶技术的深度应用大大提升了配网巡视质量和效率，为数字配网建设奠定了坚实基础[3]。三维航线规划如图1所示。

图1 三维航线规划演示

无人机精细化巡视对飞手操作要求相对较高，以往开展无人机巡视需要花大量时间对飞手进行培训，巡视效率取决于飞手的熟练程度。随着RTK无人机技术的成熟，利用自动驾驶技术，运维人员只需掌握无人机的基本操作，便可以使用规划的航线进行巡视[4]，不仅提高了效率，降低了飞手的年龄覆盖层，让大部分员工可以参与，减轻了运维人员的工作压力，而且保证了巡视数据的质量。

此外，红外双光无人机的使用也带来了极大的便利，在自动精细化巡视的同时，利用无人机自带的高温报警功能，可对设备温度进行实时观测（图2所示），提高红外测温效率，达到及时发现热缺陷的目的。

图2 红外双光无人机测温效果

2 在配网运维中应用720度全景

720度全景相片利用无人机在杆塔附近进行360°的图片采集，通过720全景合成软件进行拼接，可以展示拍摄位置周围的所有环境情况。720全景可用于线路建设规划、现场勘查等场景（如图3所示）。

图3 720 全景演示

在线路建设中，利用720全景可以对杆塔周围地形、环境进行初步勘查，只需利用一台普通无人机进行一键全景拍摄，通过简单图片拼接便能得到720全景。相比于以往的现场拍摄图片，全景能够展提供高空采集的全方位影像信息[5]，同时，由于720全景具有画面质量高、数据量小等特点，往往将其部署在云端服务器，便于在不同设备上进行查看，为规划工作提供便利。

除此之外，720全景也适用于其他勘查场景，例如带电作业前期勘查。前期勘查通过720全景提供的全方位信息，能够判断作业位置的基本情况、设备进场条件等信息，提高勘查效率，节省现场勘查的时间。

3 数字模型在配网运维中的应用

数字模型包括了二维模型和三维模型，通过RTK无人机的外业采集和内业数据处理，可生成带有经纬度信息的二维正射影像和倾斜摄影三维模型。

3.1 二维模型

无人机二维正射影像是通过RTK无人机对所选区域进行扫描，利用大疆智图生成的具有正射投影性质的遥感影像。相比于卫星高空遥感影像，无人机采集的正射影像具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点，利用现有的电缆位置信息，结合二维正射影像，可对电缆走向信息进行标绘和修正，便于日常运维管理（如图4所示）。

图4 电缆走向标绘效果

3.2 三维模型

倾斜摄影三维模型分为点云模型和实景模型，这两种模型都具有空间位置信息。

三维点云模型数据是最为常见也是最基础的三维模型。点云模型往往由测量直接得到，每个点对应一个测量点，未经过其他处理手段，故包含了最大的信息量。在配网运维中，利用含有导线信息的点云数据可对导线进行矢量化拟合[6]，使其具备矢量特性，可对线路通道的障碍物和风险点进行测量分析，提高安全距离判断的准确性（如图5，6所示）。

图5 点云导线拟合效果

图6 利用点云进行安全距离测量

三维实景模型则是带有真实纹理的三角网格模型，所输出的三维网格模型能够准确、精细地复原出建模主体的真实色泽、几何形态，具有逼真的精美细节、清晰的边缘及精确的几何特性。通过倾斜摄影对配网线路通道进行高空采集，对杆塔进行环绕采集，利用大疆智图等软件解算，可得到配电线路三维实景模型。配电线路三维实景模型与利用点云模型所拟合的导线相结合，可组成具有矢量导线的实景模型。

三维实景模型可用于现场勘查、相序标注等场景。

3.2.1 现场勘查

在现场勘查工作中，以往的现场勘查需要花费大量的人力成本和时间成本，利用三维实景模型，可以在电脑上方便地对现场环境、地形、安全距离、设备进场条件等进行勘查，三维实景模型所具有的空间位置信息也能够提供准确的测距功能（如图7所示），对现场作业进行预演，提高现场作业效率。

图7 三维实景模型测距效果

3.2.2 相序标注

配网的相序核定是运行中存在的痛点，时常存在设备标色不准确的情况，给运维带来不便。通过三维实景模型中矢量化的导线，运维人员可在进行基础数据采集时进行定相，将矢量化导线进行颜色标注，便于在接入设备时进行核对相序是否正确，减轻运维压力。

图8 具有矢量导线的配电线路实景模型

4 结论

近年来，电网结合我国实际情况提出“着力推进电网高质量发展”与“推进电网数字化转型”的战略思路，电网在构建安全高效配电网络、配电线路运维与巡检设备理论研究、关键技术研发[7]、建设实践和标准制定等方面开展了较为深入的研究，并取得了一系列具备自主知识产权的创新性科技成果。

本文参考该技术领域的阶段性研究成果，首先本通过介绍本单位配网巡检无人机巡检由手动飞行驾驶到自动驾驶转变的应用现状，同时对于无人机在本单位的其它应用场景和数字化建设应用案例介绍，了解无人机的作用及其相关的数据挖掘处理与数字化应用手段，了解全面利用无人机进行配网巡检与数字化建设管理涉及到配网线路运维[8]、低空遥感航测、点云分析处理技术等多个专业领域，需要多种技术跨领域交叉融合，极具创新性和挑战性性。但不难预见的是，随着无人机应用的深度和广度持续提升，还有数字化数据处理应用手段的提升，该技术在未来相当长的一段时间内将会是配网数字化建设应用研究和应用热点之一。本单位已完成10kV架空线路机巡自动驾驶全覆盖工作，无人机自动驾驶技术的深度应用大大提升了配网巡视质量和效率，为数字配网建设奠定了坚实基础。