为建设坚强智能电网 打造飞翔的“智能巡线千里眼”

　　——国网公司无人直升机巡线系统项目创新侧记

　　本网通讯员 张劲 报道

　　“起飞！第一个航路点：坐标东经117度35分74秒，北纬36度23分21秒，高度78米。”4月7日11点46分，川泰Ⅰ、Ⅱ线雪野湖段，一架身长不足3米，身高不足1米的无人驾驶直升机在工作人员按下操作按钮后，便轻盈地飞向高空，按照预设的三维度对输电线路、铁塔进行拍照和视频拍摄，并将检测到的数据和图像实时传输到地面测控车的监控后台上。看着反馈的清晰图像，所有在场的工作人员不由发出了欢呼。这是山东电力研究院自主研发的国内首套同步智能电力线路无人飞行巡检系统第一次在带电500千伏线路成功试飞。

无人机 周小铮 摄

　　为了降低巡线作业风险、成本和劳动强度，2009年1月，国家电网公司正式立项研制无人直升机巡线系统。依托于山东电力研究院的国家电网机器人重点实验室承担了该项目的开发工作，一个平均年龄只有29.2岁的年轻团队打响了一场技术攻关战，他们正在为打造一双飞翔的“智能巡线千里眼”而拼搏奋斗。

　　智能巡线 势在必行

　　“在项目研发中，让我难忘的经历是去济南南郊一山区进行巡线调研。250米高的荒山，没有任何路，我们徒手攀爬了足足5个多小时，巡检了4个基塔，行走距离还不足2公里，浑身被灌木丛划伤了多处，可谓筋疲力尽，伤痕累累。”该项目的主要负责人王滨海感慨地说：“这样艰难的巡检工作，却是当地的工作人员必须每天面对的。一想到全国还有许多人做着更艰辛更危险的巡检工作，我就更加坚定了做好无人直升机巡线系统项目研发的决心。”

　　的确，我国目前现行的输电线路施工、巡视、检修、维护的模式艰苦而危险，而且线路大都远离城镇和交通干线，在荒山野岭、深沟峡谷和沼泽湖泊间出入，山区蜂害、蛇害，对员工的生命安全也构成严重威胁。未来我国电网工程将是建成的超高压、特高压输电线路覆盖全国，输电线路距离长、沿线地形复杂、输电线路塔体很高，现行线路运行维护的管理模式和常规作业方式，不仅劳动强度大、工作条件艰苦，而且劳动效率低。特别是在遇到电网紧急故障和异常气候条件下，线路维护人员要依靠地面交通工具或徒步行走、利用普通仪器或肉眼来巡查设施、处理设备缺陷，已经不能完全适应现代化电网建设与发展的需求。

　　智能电网建设，更需要先进、科学、高效的智能巡线方式。2009年1月，国家电网公司正式立项研制无人直升机巡线系统，利用该系统降低巡线作业风险、成本和劳动强度。山东电力集团和山东电研院都大力支持该项目。山东电力研究院钱庆林副院长说：“该项目意义重大，采用无人直升机进行常规输电线路巡查，与人工巡线相比，降低了劳动强度，提高了工作效率。特别是在遇到电网紧急故障和复杂地形条件下，无人机更能体现出它的优越性。与有人直升机巡线相比，避免了风险，降低了成本，而且提高了巡线的灵活性。通过巡线无人机的研制，还可以为后续进一步的应用进行技术积累，提供有价值的参考依据。我们一定全力以赴，努力开拓创新，高质量地完成该项目，为智能电网建设作出更大的贡献。”

　　不断创新 突出实用

　　无人直升机巡线系统项目立项的初衷就是为了实际应用，因此，山东电研院的研发团队做了大量的工作不断创新，突出实用。

　　整套无人直升机巡线系统分为无人直升机平台和检测系统两部分。无人直升机平台负责完成飞行任务，而检测系统负责完成输电线路和杆塔的检测任务。

　　笔者在实验室看到一架身长不足3米，身高不足1米的直升机。“这是我们无人直升机平台中的轻巧型平台，它能载荷12公斤，耗油量小，稳定可靠，低成本，易维护，操作方便。”该项目的主要负责人王滨海如数家珍地说：“我们还有另一个大载重平台，任务载荷重量能达到20公斤，发动机马力大，自带发电机供电。两个飞行平台都可以为110-750千伏的输电线路巡检，每次飞行时间可达1小时，每小时巡线20公里线路。它们飞四个架次相当于出动20名巡线员一整天的工作量，而且不会受地理环境的限制。”

　　正当笔者好奇地问这问那时，研发人员刘俍兴奋地说：“我们无人机本事可不小呢，它具有一键式自主起降功能。这可是我们电力行业内首家具有该功能的无人机。”直升机在起降时是最危险的，易出事故，要想安全操作起降至少要培训3个月。为了使研发的产品更方便客户使用，便于推广，研发人员花了很多的精力，终于实现了一键式自主起降。

　　研发人员还在检测系统进行科技攻关，实现了三个重大创新。首先，检测终端既有可见光相机，又有红外热像仪。这两个设备都可生成动态视频和静态图像。可见光相机和红外热像仪可以实时输出两路视频，并经过编码压缩后，通过无线通讯系统传输到地面站。地面站收到数据流之后解压并显示在计算机显示器上。由于从获取视频到地面站显示视频的滞后时间小于100毫秒，所以地面站观看到的视频几乎为实时现场视频。另外，控制计算机可以通过通讯端口向可见光相机和红外热像仪发出抓拍静态图像的指令。

　　“可见光相机具有20倍光学变焦，1千万像素的分辨率。拍摄的静态图像十分清晰。”研发人员张海龙介绍说：“从无人直升机巡线时拍摄的图片中，可以清楚地看到杆塔上的紧固金具有无松脱现象。红外摄像仪所拍摄的静态图像包含热图数据，可清楚知道被检设备的温度。”

　　第二个创新是实现了多路视频及数据双向同步传输。“无人机在巡线时，能把拍摄到的图像和检测到的数据，多路传输给后台，后台也可向无人机传输资料，9.6兆的无线宽带可以保证在传输过程中不出现滞后现象。”研发人员陈西广颇为自豪地说：“更重要的是，这套系统可扩性很强。下一步，我们将与一高校联合开发紫外检测，它仍然能满足需要。”

　　第三个创新是红外热图分析技术的应用。2002年，山东电研院就研发了红外热图分析技术，并加以推广应用。为了能让无人机巡线系统具有更强大的功能，研发人员对该技术进行了一系列改造。缩小体积，降低重量，采用定焦，在线显示等措施，终于让其在无人机巡线系统中大放异彩。线路、接头、线夹、耐张管、接续管、绝缘子等部位是否存在由设备缺陷所导致的发热点，一个也逃不出无人机的“法眼”了。

　　攻关克难 精益求精

　　一个平均年龄只有29.2岁的年轻团队，初出茅庐就承担这么重大的科研项目，面临的压力和困难，可想而知。然而，正是因为“初生牛犊不怕虎”，他们拼劲十足，克服了一个个困难，不断地精益求精。

　　该项目的主要负责人王滨海说：“最难的就是选型很受限制。地面容易，上天难呀。每一个配件都不可能是现成的，我们都要先进行广泛调研，选出可用的，再不断地测试，反复与配件生产商沟通，进行改造定制，再反复试验，才能投入应用。这样的过程非常的繁琐。”

　　研发人员王骞感受颇为深刻。为了可见光相机的远程程控改造，他忙了足有一个月。因为相机生产商不肯开放他的SDK软件包，研发人员只能自己想办法。他们尝试了多次改造计划失败后，最终决定改动遥控器上的芯片焊线。可是要在长5厘米，宽3厘米大小的芯片上做手脚，谈何容易。于是，王骞就对着这个小芯片进行了大量的试验，用示波器观察其发出的控制信号，忙碌了一个月后，最终了解了其控制原理。因为只有一个遥控器，只能一次成功，王骞特别谨慎。在找准了要改动的点后，王骞自己动手在0.27毫米的芯片管脚上进行了手工焊接，又做了一个板子将其嵌入，才终于大功告成。“这次改造让我深刻地感受到技术受制于人的痛苦。”王骞感慨地说。

　　其实像这样的事，他们每个人都经历了很多。无论碰壁过多少次，失败过多少次，他们都不曾气馁，因为他们坚信成功一定就在下一次。

　　20010年4月7日，这是让研发团队每个人兴奋不已的日子。这一天，他们生产的样机在川泰Ⅰ、Ⅱ线雪野湖段500千伏带电线路首次试飞成功。此次试飞，全程15分钟，巡检了1.6公里线路。无人机按照预定的线路，在六个预设位置自动悬停在距离铁塔40米的地方，进行了检测，实现了一键式自主起降，飞行稳定，拍照清晰。从图像中，可以清楚地观察杆塔、线路和线路走廊，红外摄像仪所拍摄的静态图像包含热图数据，可清楚知道被检设备的温度。

　　此次试飞的地势既有高山，又有湖泊，特别还要进行跨山作业，对无人机巡检系统进行了较为全面和充分的测试，同时也体现了无人机巡检作业的优势。此次试飞检验了无人直升机巡检系统在实际带电线路的飞行以及可见光和红外检测系统的检测效果，获取了运行线路的图像和检测参数，发现了现有检测系统需要改进的地方。

　　截至目前为止，该项目共发表论文两篇，其中EI收录一篇。申请专利4项，受理3项。无人机巡线系统已经具备九大功能——一键式自主升降、航线自动跟踪、轨迹实时展示、三维程控飞行、可见光与红外双重测试、自动巡检、多路双向同步传输、安全预警策略、红外热图分析等。接下来，研发团队的主要工作是完善无人直升机巡线系统，开发第十项功能——智能故障诊断系统，并应用到实际巡线作业中。“我们一定要把国内首套同步智能电力线路无人飞行巡检系统研发成为最实用的技术，为智能电网提供更加智能的巡线服务。”山东电研院丛阳院长如是说。　　　　　　　　　 

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