简析智能机器人在输电线路巡检中的应用

王舒平

（中国石油集团电能有限公司，黑龙江 大庆 163000）

在输电线路当中，许多的电线杆和电线都处于野外环境当中，长时间受到太阳照晒以及不同气候条件的影响，使得材料的老化速度不断加快，出现了大量的磨损腐蚀情况，线路当中经常出现导线断股或者异物悬挂等问题，假如不及时的进行检查和维修，就会产生大量的风险隐患问题，不但会引发大面积电力供应中断，还可能对一些区域居民的生命和财产安全产生威胁。输电线路巡检的智能化是电力供应网络智能化的关键环节，也是难度较高的部分。由于在输电线路当中存在着许多地理条件十分险峻的地段，人工巡检的危险性较高，假如可以应用智能机器人代替人工，那么不但可以有效地规避这些风险问题，还可以对输电线路进行全面的巡视检查，利用远程控制手段，完成对人工无法达到区域的巡检。

1 智能巡线机器人系统设计

1.1 电力供应

智能巡线机器人通常都能够通过远程技术进行控制，具备一定的学习能力，可以依据提前设定的巡视检查任务在输电线路上自主的开展巡检，并及时将检查的结果反馈到控制中心系统当中，并依据输电线路中发现的问题采取有效的手段进行处理。针对智能机器人来说，电力供应问题具有非常重要的作用。当前主要的问题解决方式是进行动态供电，也就是智能巡线机器人在对通电线路进行巡视检查的过程中，输电线路可以为智能机器人进行电力的供应，并为智能巡线机器人内配置的电池进行充电，使电池始终维持饱和状态，当发现存在故障的线路时，打开电源为智能机器人提供能源。这一电力供应方式，可以保证智能巡线机器人在各种环境中干工作，并且可以最大限度的避免对电池造成损害，使电池的使用寿命得到了有效的延长，而且在完成一次巡线任务以后，智能机器人返回控制中心，可以对电池的具体情况进行及时检测，从而判断是否需要为电池充电，为下一次巡线任务的开展做好准备。

1.2 应用技术

为了使智能机器人更好地完成巡线任务，一定要让其可以感知到方向，才可以准确的在巡线区域内完成既定的任务。当前主要采用的技术包括GPS技术、激光定位技术以及轨道导航技术，也就是通过各种即时定位手段进行定位导航模块的构建，从而帮助智能机器人进行准确的定位。通过这一方法，可以使智能巡线机器人更加灵活，促进了巡检工作效率的提高。随着5G通信技术的发展和应用，可以有效地使控制中心与巡线机器人进行更加快速准确的交互，改变了以往因为信号问题使得智能机器人无法完成巡线工作的问题，并使数据传输的速度和质量大幅提高，使前方与后方的交互更加密切。智能巡线机器人在工作过程中，一般会利用热成像仪来识别故障线路，依据温度分布情况进行图像化处理，从而有效地对故障线路进行准确的判断。这一方法的优势主要体现在测量范围大、精度高，不但可以对很宽的温度范围进行检测，而且不会对智能机器人造成伤害。热成像仪的功率很小，在智能机器人中占据了很小的空间，具有极高的灵活性。

智能巡线机器人在进行整体结构的设计时，通常会利用具有电磁屏蔽功能的材料，从而避免外界电磁干扰对机器人造成的影响。同时，巡线机器人还需要具备一定的学习能力，可以将线路巡查过程中收集到的信息快速的输送到数据库内进行保存，而数据库会对传输来的数据进行科学的分析，并将结果再次反馈给智能巡线机器人，通过这样的数据传输模式，智能巡线机器人可以及时了解各种故障问题，在发现线路故障时，能够准确的进行判断并采取设定的程序进行处理。同时，智能巡线机器人配备的机械摩阻，能够使其快速安全的翻阅各种防震锤、电线杆等，并自动完成攀爬等动作，依靠自身具备的学习功能，智能机器人在完成这些动作的过程中，可以很好的对速度、位置和方向进行把控。

2 智能机器人的状态

（1）待机状态。当智能巡线机器人没有接收到后方控制系统发出的任何指令时，就会一致保持待命状态，使自身配备的各种设备都处于关闭状态，从而保证电池电量不被消耗，等待后方控制中心进行巡线任务的下达。

（2）充电状态。智能巡线机器人在工作过程中，会通过传输线路进行充电，将输电线路内的电能当做自身行动的能量来源，使电池一致保持饱和状态，假如因为故障的修理而需要损耗大量的电量，这时巡线机器人会快速的向后方控制中心进行这一具体状况的汇报，并及时的返回距离最近的充电位置进行电池充电。

（3）工作状态。智能巡检机器人处于工作状态时，通常包括三种工作模式，分别是手动控制模式、半自动巡检模式和全自动巡检模式。①手动控制模式。在这一模式下，智能巡检机器人进行巡检任务时都由工作人员负责控制，依据工作人员下发的指令开展工作，一般应用于地形十分复杂的输电线路巡检当中或者需要对大型故障进行确认的情况下。②半自动巡检模式。这一模式下，智能巡检机器人会依据提前设定好的工作计划进行线路的巡视检查，在完成既定的巡检工作以后返回到距离最近的充电站进行充电或者进入待机状态等待控制中心下发的任务。③全自动巡检模式。在这一模式下，智能巡线机器人会根据自己的想法主动对输电线路进行巡视检查。在常规巡检中通常会应用半自动和全自动巡检模式。

3 智能巡检机器人的应用

3.1 主要功能

由于输电线路的巡检过程较为繁琐，因此智能巡检机器人也需要具备多种功能。比如在巡检过程中需要技术人员进行控制，在机器人上配备摄像功能，并且需要摄像功能达到较高的要求，可以对黑暗地区进行清晰的摄像，因此必然需要安装可见光摄像机和红外线成像仪等，从而将拍到的照片进行储存和传输。智能机器人在工作时要注意区分平稳地区和地形起伏较大的地区，在坡度超过8度时机器人要采取蠕动模式，在坡度低于8度时要注意防震装置的应用。在平稳地区行进时也要注意防滑问题。因为输电线路的范围较大所以需要对电能情况进行科学的考察，为了避免智能机器人在工作时出现断电问题，需要保证其电能供应，可以设计太阳能板，从而可以使在较高的地方工作。为了解决图像和视频的传输问题，需要在机器人中进行网络的安装，并对机器人的内存进行合理的设计，避免完成拍摄后出现无法有效保存的问题。此外，还要对拍摄的视频和图像进行清晰化处理，从而为故障的判断提供基础。

3.2 关键技术

由于一些地区地形十分复杂，对机器人本体的机械机构提出了更高的要求，因此在对机器人的本体机械进行设计时，需要充分考虑在起伏和平缓地区内的不同行进方式。同时，智能机器人在工作中可能面临恶劣天气带来的影响，因此机器人行走的齿轮也要进行防护处理，并且可以通过聚氨酯材料的应用解决其能量消耗问题，促进其使用效率的提高。当智能机器人在地形起伏较大的地区工作时，可以设置两种机械臂的工作方法，在机械臂上进行滑轮的安装，并将其设计成三个旋转的环节，可以通过机械臂行走，解决起伏地区无法工作的问题。因为输电线路检查需要认真仔细，所以可以安装一个能够伸缩的长臂，并在长臂上进行摄像头的安装，从而可以清晰的拍到各个地方。输电线路一些地区十分密集，因此需要对智能机器人的大小进行调整，使其更加灵活便捷。在进行机械臂的设计时，要使机器人不但可以进行平行运动，还可以选择其他的运行方式，从而使线路巡检更加的全面，因此，可以在机械臂上安装能够旋转的关节，使其可以平行或者垂直工作，有效地保证了机器人的工作灵活性。

3.3 智能机器人构成

智能机器人可以搭载各种设备，包括红外热成像仪、可见光摄像机、倾斜相机、激光雷达距离测量仪、高音喇叭等，可以对巡检线路进行近景拍照，并将摄取的视频和图片回传到控制中心，还可以对接头位置的温度进行测试，对交跨距离进行测量，进行三维实景模型的构建，在发现危险性较高的施工行为时会发出高音警示。智能机器人可以跨越输电线路上间隔棒、防震锤、杆塔等，所以，智能机器人能够完成全自动巡检而不受到线路情况和外界环境的影响。

3.4 智能巡检系统的搭建

智能巡线机器人利用提前设定好的轨道自动完成上线，对输电线路的导线和杆塔进行全面的拍摄，将采集到的清晰度较高的红外热像、可见光以及三维立体图片通过后台控制中心系统进行处理，判断出线路中存在的各种缺陷问题，在线上可以自动利用太阳能进行充电，保证了机器人的续航能力，巡检完成以后经由预设轨道自动完成下线。

3.5 智能巡检流程

智能机器人在开始进行线路巡检以前要提前做好各项准备工作。（1）要进行设备的装配，并对机器人各个部件进行全面检查，将机器人的电源打开，使其自动完成系统检查，然后利用提前设定好的轨道提升机器人上线，将机器人的行走轮安装在导轨上，使其直接行进到架空地线上。（2）进行巡检规划的设置，并进行机器人巡检线路的选择，设置好开始和结束的杆塔以及巡视检查的模式，可以进行人工操作巡检，也可以进行自动巡检。利用太阳能进行自动充电，当机器人电池电量过低时，可以自动行进到充电设备的位置，对接充电头后开始自动充电，在控制中心内可以对充电参数进行设置。机器人完成既定的巡检任务以后，可以通过预设轨道或者人力方式下线，安排专门的人员进行维护和保养。巡检过程中收集到的数据可以实时传送到后台控制中心内，机器人下线后可以取出存储卡并进行数据的拷贝，技术人员负责对数据进行整理和分析，并进行巡检报告的编制。

3.6 数据分析和处理

有关人员要依据图像命名规则对巡检收集到的图像进行类别划分，并依据巡检目标的不同对其进行定位。在机器人进行可见光照片和红外照片的拍摄前，要对运行数据库文件进行查询，确定机器人的具体位置、运行反向、拍摄时间等信息，然后依据这一信息以及机器人巡视检查使用的设备和设定的流程进行图像说明。

3.7 巡检结果分析

巡检报告：进行类别划分以后的图像主要依靠人工进行处理和分析，对图片进行全面的浏览，并对缺陷位置进行清晰的标注，对存在缺陷的图片进行重新的命名，然后对缺陷进行统计，并进行巡检报告的编写。报告的内容主要包括缺陷的详细描述、缺陷的危险等级划分以及处理意见，并巡检照片、红外温度测量照片、激光扫描距离测量报告等附加在后面。

巡检数据库：构建起数据库系统，对每次线路巡检收集到的图像、红外数据、巡检报告等进行记录，从而对每次巡检的状态进行直观的比较，为后续进行巡检和维修策略的制定提供依据。

3.8 智能机器人巡检与人工巡检的比较

智能机器人中配备了红外云台热成像仪、可见光云台摄像机、激光扫描等各种设备，可以以较近的视角对线路进行观察，具有测量精度高、巡检效率高等优势。同时，还可以将线路巡检收集到的视频、图片等数据通过无线传输网络传输到地面基站，方便技术人员及时地发现线路中的各种缺陷问题以及环境隐患等，使巡检结果的获取更加快速和准确。智能机器人巡检模式相较于人工巡检，在巡检的结果、巡检数据的管理、影像资料的再次查询等方面都具有显著的优势，促进了电网企业管理的智能化和高效化。

4 结语

当前电网智能化的进程不断加快，已经成为我们国家重要的战略部署。通过智能巡线机器人的应用，可以有效地弥补人工巡线中的各种不足，使工作人员摆脱恶劣的工作环境，促进巡检工作安全性的提高。相较于人工巡检模式，智能巡线机器人不但能保证输电线路运行的稳定和安全，还可以更加快速高效地完成巡检任务，是进行智能电网建设的重要措施。