一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，尤其是涉及一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法。


背景技术：

2.随着精准定位、飞行控制等技术的发展，无人机技术已经被广泛应用于农业、交通等领域，无人机搭载拍摄器材后，可以完成高空拍摄、远程监控以及到达人员无法到达的区域进行监拍。在电网领域，开展变电站用无人机技术研究，实现远程设备监视、自动测温等功能，代替传统人工攀爬巡视，能够打破空间限制，大幅降低现场作业风险，提高设备运维效率，保障电网及设备安全可靠运行。重点实现变电站架构、避雷针、母线等高处设备锈蚀、松动、脱落等隐患和缺陷的巡检，配合智能机器人(高清视频)巡视打造变电站立体巡检体系，减少运维人员工作量,降低登高巡视风险，进一步提高设备巡检质量和效益。
3.但是变电站的强电磁场环境会干扰无人机电子陀螺仪正常工作，影响无线通讯信号稳定接收，造成无人机进入姿态模式，使得无人机无法稳定悬停或者飞行，甚至发生坠机事故。另外，无人机普遍采用碳纤维作为机身材料，由于变电站间隔距离较小，在线间或相间飞行时易发生设备短路事故。因此，无人机在变电站巡检的安全问题变得尤为重要。
4.中国专利文献cn202110851511.7公开了一种变电站无人机巡检航线规划方法，包括无人机端和服务器端，无人机端上搭载有控制处理模块、信息存储模块、图像采集模块、图像识别模块、无线遥控模块、拍摄参数建校准模块、路径校准模块、高度校准模块和数据传输模块，服务器端上搭载有主处理器、三维建模模块、命令编辑模块、命令发送模块、数据接收模块、数据存储模块、数据分析模块和信息提取模块；能够使无人机自动航线飞行，节省了大量的人力，使得巡检人员能从大量体力劳动中解放出来，可以提高电网的可靠性，有效地推进了电力环保、绿色巡检的进程，有效提高工作质量，并能够及时发现问题，及时效应进行处理。但其无法解决无人机巡航精度低，易受干扰的问题。
5.中国专利文献cn202010411776.8公开了一种变电站无人机巡检系统和方法，所述变电站无人机巡检系统包括无人机本体、无载波通信定位装置、预置图标、图标识别装置和地面控制站。所述无载波通信定位装置设置于所述无人机本体。所述预置图标铺设于预设位置。所述图标识别装置设置于所述无人机本体，用于对所述预置图标进行识别，得到识别信息。所述地面控制站于所述无人机本体、所述无载波通信定位装置和所述图标识别装置通信连接，用于接收所述位置信息和所述识别信息，并根据所述位置信息和所述识别信息向所述无人机本体发送控制指令。本技术提供的变电站无人机巡检系统可以对所述无人机本体进行精确的定位，使得所述无人机本体能够按照预设飞行轨迹飞行。但其无法解决智能巡航无人机续航时间短的问题。


技术实现要素：

6.本发明要解决的问题在于提供一种变电站无人机巡检系统和方法，解决巡视视觉
有死角、工作强度大、巡视效率低、作业风险高、抗干扰差和续航低的问题。
7.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法，其特征在于，基于无人机智能巡检体系，实现数字化换流站及智慧化变电站建设，配备小型rtk多旋翼无人机巡检装置、三光多旋翼无人机挂载传感装置、高精度激光点云数据采集及智能航迹设计规划、无人机智能控制平台终端软件、固定式智慧机巢，基于多传感器融合的无人机控制算法，实现对无人机姿态、云台等的精准控制，运用北斗高精度定位、无人机巡视数据站内局域网传输技术，实现变电站巡视无人机实时位置全方位动态感知。
9.优选的，采用分布广泛、能力强劲、自主可控的电力北斗精准时空服务网，构建天空地一体化时空智能服务体系，为电网业务提供实时亚米级、分米级、厘米级、后处理毫米级位置服务及纳秒级时间服务。
10.优选的,利用站内局域网网络低延时、大带宽的特性，研究通过站内局域网通讯模块将无人机空中巡视图像、温度、位置信息等公网数据实时远程安全传送至内网，为运维人员及时掌握设备运行状态提供基础条件。
11.优选的，无人机按巡检路线采集可见光、红外及紫外巡检数据，并将巡检成果数据回传至机巢，通过机巢传输至智能控制平台，实现无人机作业实时监控与数据统一管理及分析，从而实现变电站的全自主智能化巡检。
12.优选的，利用变电站高精度点云数据，综合考虑多机型飞行能力、飞行安全、作业特点、作业效率、起降条件、相机焦距、拍摄模式、安全距离、部件大小、云台角度、机头朝向等因素，进行全智能航线规划，输出高精度地理坐标的航线规划，以供无人机开展智能巡视作业。
13.优选的，基于不同的传感器，对环境进行全方位感知，及时、准确地获取无人机位置信息，以及设备环境信息。
14.优选的，规划出无人机高精度定位飞行航线，以智能或手动的方式按照预设航线、位置、角度、焦距、相机模式进行飞行巡视，满足变电站不同应用场景的数据采集需求，并将巡视数据实时安全传入内网，实现无人机智能巡视和智能控制。
15.进一步的，变电站无人机巡检技术难点在抗电磁干扰高精度定位避障。包括无人机巡视系统装备抗电磁干扰高精度定位避障装置、站内局域网通信、北斗精准定位服务网和rtk地面基站，实现无人机在变电站巡视过程中的抗电磁干扰、高精度定位和自动避障，以及稳定、高速的数据实时传输至关重要。公开于2021年11月09日的中国专利文献cn113625748a公开了一种变电站无人机巡检航线规划方法，只是解决了无线通讯信号稳定接收的问题。
16.即使采用无载波通信定位技术，变电站的强电磁场环境会干扰无人机电子陀螺仪正常工作，造成无人机进入姿态模式，使得无人机无法稳定悬停或者飞行，甚至发生坠机事故。另外，无人机普遍采用碳纤维作为机身材料，由于变电站间隔距离较小，在线间或相间飞行时易发生设备短路事故。进一步的，即使采用大功率发射器，无人机的电池续航能力也成为了新的瓶颈。公开于2020年08月21日的中国专利文献cn202010411776.8公开了一种变电站无人机巡检系统和方法。只是解决了对所述无人机本体进行精确的定位问题，使得所述无人机本体能够按照预设飞行轨迹飞行。
17.本发明提出的一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法，利用ai视觉分析技术，实现对变电站设备状态的自动识别，出现异常及时告警，实现巡视的自动化、智能化。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明无人机搭载高清可见光相机或红外相机，按巡检计划以厘米级的高精度定位自主飞至指定设备拍照点，对架构、避雷针、主变、断路器、隔离刀闸等一次设备或辅助设备进行可见光照片或红外照片的采集。针对不同场景设备巡视需求，利用无人机搭载不同类型传感器，进行换流站全方位立体化无人机全自主智能化巡检。
20.此外，通过无人机智能控制平台终端软件，实现无人机定期及不定期巡检任务下发，配合固定式智慧机巢，实现无人机全自主智能执行巡检任务，搭载不同传感器，快速发现设备故障，及时掌握设备状态，保证变电站设备的安全运行。
21.在技术上实现了由人工现场干预的无人机巡检向现场无人值守自动化的无人机巡检模式转变。相比于原有人工现场干预的无人机巡检的方式，该套系统提供了支持对无人机存储、自主化飞行、电能补充等功能模块，增加异常处理与自恢复逻辑，实现现场无人值守化的无人机自动巡检工作。
22.支撑变电专业运维的集控站试点建设，推进“无人值守 集中监控”的变电运维管理模式得转变；进一步推进设备主人制落地见效，促进运维人员向“设备主人 全科医生”转型，有效扩充集控站管理功能、业务能力和支撑手段，确保电网设备安全稳定运行。应用变电站无人机智能巡检，结合局域网基站建设和ai技术应用，进一步深入变电站智慧化改造升级，推进公司“智能运检管控中心 班组集控站 智慧站”运维模式变革。
23.本发明通过对变电站加装固定式智慧机巢作业平台，实现搭载不同种类传感器的无人机自动换电，通过无人机智能控制平台终端软件，深化应用无人机智能巡检航迹规划策略，实现巡检任务自动执行，同时控制多站点、多机种，同步开展设备巡视和带电检测，同期推送巡检数据进行分析判识，实现变电站智能巡检。同时，实现智能运检管控中心、班组集控站、智慧站无人机智能巡检三级部署。
附图说明
24.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
25.图1：本发明实施例1的原理图；
具体实施方式
26.为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
27.实施例1
28.一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法，基于无人机智能巡检体系，实现数字化换流站及智慧化变电站建设，配备小型rtk多旋翼无人机巡检装置、三光多旋翼无人机挂载传感装置、高精度激光点云数据采集及智能航迹设计规划、无人机智能控制平台终端软件、固定式智慧机巢，基于多传感器融合的无人机控制算法，实现对无人机姿态、云台等
的精准控制，运用北斗高精度定位、无人机巡视数据站内局域网传输技术，实现变电站巡视无人机实时位置全方位动态感知。针对架构及避雷针设备巡视需求，利用无人机搭载大疆无人机配件-多角度无线传输红外图谱测温模块-三轴红外(市售mt-h3-ir640)、可见光相机(市售ca102)、大疆无人机配件-大角度双维度图像采集模块-两轴吊舱(市售mt-h2-pod)、多模态综合航电控制系统(市售mt-h4-hd)、动力电池(市售mt-h0-dl)和双光吊舱(市售mg-200s)登传感器设备，进行换流站全方位立体化无人机全自主智能化巡检。
29.进一步的，采用分布广泛、能力强劲、自主可控的电力北斗精准时空服务网，构建天空地一体化时空智能服务体系，为电网业务提供实时亚米级、分米级、厘米级、后处理毫米级位置服务及纳秒级时间服务。
30.进一步的,利用站内局域网网络低延时、大带宽的特性，研究通过站内局域网通讯模块将无人机空中巡视图像、温度、位置信息等公网数据实时远程安全传送至内网，为运维人员及时掌握设备运行状态提供基础条件。固定机场与无人机之间采用2.4g/5.8g专有遥控器通讯链路进行通讯，固定机场采用链路稳定、安全性高的有线网络(网线/光纤)与系统平台进行链接。
31.进一步的，无人机按巡检路线采集可见光、红外及紫外巡检数据，并将巡检成果数据回传至机巢，通过机巢传输至智能控制平台，实现无人机作业实时监控与数据统一管理及分析，从而实现变电站的全自主智能化巡检。
32.优选的，利用变电站高精度点云数据，综合考虑多机型飞行能力、飞行安全、作业特点、作业效率、起降条件、相机焦距、拍摄模式、安全距离、部件大小、云台角度、机头朝向等因素，进行全智能航线规划，输出高精度地理坐标的航线规划，以供无人机开展智能巡视作业。然后基于ai视觉分析技术，自动识别巡检的设备的状态，发现告警及时提醒，并生成巡检报表。
33.进一步的，规划出无人机高精度定位飞行航线，以智能或手动的方式按照预设航线、位置、角度、焦距、相机模式进行飞行巡视，满足变电站不同应用场景的数据采集需求，并将巡视数据实时安全传入内网，实现无人机智能巡视和智能控制。
34.该方法不依赖于现场人工操作，即可完成无人机自动巡检任务。操作人员可远程设定作业任务并下发，固定机场接收到远程下发的任务后，将派出无人机作业，固定机场将全自动化地完成起飞、巡检、降落、回收、充电、数据上传等操作步骤，全程无需现场人员参与。
35.变电站构架、避雷针距地较高，结构有无变形、倾斜是日常巡检的重要内容。无人机高空巡检范围能够覆盖变电站构架、避雷针等高空设备、架空绝缘子串的温度及外观缺陷排查，可进行高空近距离观察，能够获取架构、避雷针的清晰图像，消除地面人工或其他巡检设备存在的巡检盲区。无人机空中移动速度快，缩短了作业时间，提高了巡检效率。
36.实施例2
37.一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法，与实施例1不同的是：基于人工智能通过无人机对变电站主变压器进行巡检，主变压器是整个变电站最核心的设备，一旦出现故障就会造成重大的损失。轻则可能会造成设备故障；重则会引发火情，造成重大损失。因此，提前分析、发现变压器的故障原因，并及时采取相应的防范措施具有重要意义。
38.无人机搭载高清可见光相机可查看变压器周围是否有明显异物，以及对部分高处
的油位及表计数据采集。
39.实施例3
40.一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法，与实施例1不同的是：基于人工智能通过无人机对变电站互感器进行巡检，变电站互感器分为电压互感器和电流互感器，是用来隔开高压系统以保证人身和设备安全的重要设备，互感器性能的好坏，直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电器保护装置动作的可靠性。
41.无人机搭载高清可见光相机可查看互感器的外观、高处油位读数、表计读数、储能开关状态、瓷瓶是否有破损、设备有无渗漏油等，基于搭载的多功能负载，无人机可悬停变焦采集清晰照片。
42.实施例4
43.一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法，与实施例1不同的是：基于人工智能通过无人机对变电站开关设备进行巡检，包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等，是断开和闭合电路的设备。无人机搭载高清可见光相机可查看刀闸周围是否有明显异物、刀闸分和状态是否正确等。
44.实施例5
45.一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法，与实施例1不同的是：基于人工智能通过无人机对变电站避雷器进行巡检，避雷器是保障一次电力系统正常运行的关键设备之一，是变电站内常见的过电压保护装置。当过电压超过一定限值时，自动对地放电从而降低电压，保护设备，放电后又迅速自动灭弧。
46.无人机搭载红外相机可对避雷器本体以及避雷器与线路的接头进行红外测温、瓷套管是否有破裂等。
47.实施例6
48.一种基于人工智能的变电站无人机巡检方法，与实施例1不同的是：基于人工智能通过无人机对变电站无功补偿装置温度进行巡检，在电力系统中，无功功率不足会使系统电压及功率因素降低，从而损坏用电设备，严重时可能造成电力系统崩溃，造成大面积停电。无功补偿装置的正常运行，是电网安全运行及用户安全用电的保障。
49.无人机搭载的红外相机可对无功补偿装置本体及接头测温，协助运维人员掌握设备的温度信息。
50.针对不同场景设备巡视需求，利用无人机搭载不同类型传感器，进行变电站全方位立体化无人机全自主智能化巡检。
51.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。