文摘

无人机技术的不断进步和5 g技术,无人机正逐渐改善的安全性和可靠性。此外,无人机有许多优点,如重量轻、体积小、成本低、快速响应的低经济、劳动强度高、效率低下等问题,传统的特高压强化检查传输通道。提出了一种多机协作的自主检查方案基于5 g技术特高压浓密的传导渠道。这个方法是实现智能检测服务,特高压浓密的传导渠道通过构建一个自助服务检验模型的共同合作下5 g技术,无人机协同操作技术。本文的研究表明,多机协调自主检验方案基于5 g的特高压浓密的传输通道技术构建本文不仅更高效,也比传统的安全检验方案和单无人机检验计划。相关技术不仅可以提高维修效率的电网的传输通道还提供理论和技术参考多机协调技术的改进。

1。介绍

为了全面推进国家计划的实施,建立一个完整的覆盖,三维高精度和国家电网的综合管理和控制系统,并充分意识到的目标”三维监测、快速反应、标准化执法和信息化管理,“有必要加快电网系统的监督能力建设,加强重大设施的布局和设备配置,提高监测效率和应急反应能力的电网线路(1]。

目前,我国电网建设的规模已超过美国,居世界第一。建了六个国米省级电网在南部,西北部,东部、中部、北部和东北,超过500000公里的输电线路超过110千伏。超过500 kV输电线路已成为主要的输电线路在不同的地区。电力行业的年度总投资约1000亿元,其中73%是硬件设施。传输设备的比例在国家电网的建设变得越来越大(2- - - - - -4]。超高压、大容量输电线路的扩张将跨越各种复杂的地形。中国地域辽阔,地形相对复杂,更多的山,平原少。此外,复杂多变的气象条件带来了巨大困难,跨区域电网和超高压输电线路的建设项目。此外,维修完成后。仅仅依靠现有的检测手段和常规测试不能满足高效、快速的要求也不能达到良好的结果。如何解决电力线路检测的精度和效率是一个重要的问题令人困惑的电力行业(5- - - - - -8]。

随着电网用户的增加逐年在中国,高压输电线路分布全国各地。电力企业花费大量的人力和物质资源每年维护和操作。最初几年,电网维护主要是通过手动线检查完成,劳动密集型和效率低下。一些线路受到地形因素,导致线检查异常困难和危险。随着自动化设备和技术的发展,供电单位已经意识到更经济和可靠的使用自动化技术来维持电网,开始研究输电线路的综合监测系统(9,10十多年前,试图使用各种传感器安装在塔和电力设备监控电网的操作,而不是手动检查。然而,由于高压输电线路穿越山脉,严酷的自然环境在布线的地方,温度的急剧变化,动物粪便,电磁干扰,和电源监控系统本身的问题,系统很难有效运作和维护,最后70%的当前输电线路综合监控系统的操作。目前,国内电网的输电线路仍主要检查手动(11,12]。

从国外发达国家的发展经验,电网监控提出了三个趋势:设备现代化、三维监控和信息集成。三维监测的需求将不可避免地涉及到飞机。由于无人机具有许多无可比拟的优势,发展迅速,其应用领域不断扩大。国外发达国家成功应用无人机输电线路巡逻监控。无人机集高技术具有流动性、效率高、成本低、多负载任务,适应性强,监测速度快,高智商。安全性和可靠性的独特优势的电网系统提供了一个强有力的工具,以更好地完成任务的“规划输电线路、测绘地形图、例行巡逻,和线安装,”中扮演着不可替代的支撑作用。通过试点,逐步推广和应用将带来巨大的经济效益和社会效益13- - - - - -19]。

针对各种问题的手工检查、电力单位先后采用了先进的技术,如载人直升机(20.,21,机器人22,23),而无人机(17,18检查高压输电线路。尽管载人直升机巡逻和机器人线巡逻比手动线巡逻更安全、更高效,他们难以大规模应用由于成本高,困难的技术,和高操作环境要求;然而,无人驾驶飞行器(无人机)在这个领域引起了广泛的关注,因为其体积小等优点,方便,操作简单,成本低,操作速度快,适应性强。相关数据显示,无人机巡逻检查的成本只有30%的手工巡逻检查。一些传输系统在中国也对红外航空测量线进行了实验研究,探索了许多经验,取得了一定的结果(24- - - - - -26]。地面检测的研究基于国情也被有效地提升。

无人机的应用还没有得到有效提升。的概念和在应用过程中应该解决的问题通过合理的手段和方法。最有效的手段是加强相关方面的技术研究和投资,促进技术创新,利用高科技手段,克服问题的无人机应用在电力系统的建设。只有大力培养技术人才,提高技术创新的投资,我们可以提供更有效的保障中国电力系统的建设和维护18]。

传统的手工线检查方法不仅沉重的工作量,困难重重,而且是低效的。特别是,需要很长时间,高劳动成本、巨大的困难,和高的风险检查输电线路在山区和河流,以及在冰灾害,洪水、地震、滑坡和晚上。目前,很难完成手工线检查方法在一些领域和一些检查项目。一些巡逻检查项目不能完成常规方法(19,27]。

然而,随着无人机和5 g技术的开发和应用,多无人机已经应用在各领域的合作27- - - - - -29日),如协作调查、操作、地质勘探、地图绘制,大大提高操作效率。在实际的特高压输电通道多机协调独立检验项目,它已经成为电网运行和维护单位的共识在国内外使用5 g技术无人机飞机进行电力线路检查。无人机实现电子、信息和智能检测和提高了工作效率,应急救援水平,电力线路的供电可靠性检查。这种技术将发挥更强大的优势在未来电力工程建设(30.,31日]。

2。基本技术和理论

2.1。5 g技术

5 g网络支持各种应用场景的移动互联网和物联网通过提供不同的人与人之间的沟通方式,人机,机器。同时,5 g网络适应不同应用场景的灵活性和多样化的业务需求,提供多样化的业务需求和业务特征的能力,如超宽带、超低延迟,巨大的连接,和超高可靠性。以业务为中心,提供最好的用户体验高效、灵活的指导目标5 g网络系统设计。

2.2。多无人机技术合作

无人机是一种集体形成由多个无人机,但它不是一个线性叠加功能的几个简单的无人机,但更复杂的非线性合作系统。通过共享信息的全部或部分,形成成员做出决定让“行为”符合整体利益,以获得“1 + 1 > 2的整体效率。”形成无人机的数量的增加,隐藏的能量指数将会增加,但相应的合作控制技术的要求也更高。目前,一些研究人员开始研究自组织无人机集群,希望跳过无人机集群内的协同控制问题,直接获得整体效率。然而,无人机编队协同控制技术一直是一个重要的基础。图1显示电力传输通道的总体解决方案的5 g网络连接无人机网络。

多飞机协作技术的基本原理图如图2主要包括协同任务分配技术,合作目标定位技术、协作搜索技术,协同跟踪规划技术,和多飞机防撞技术。这些内容相互交叉,但重点是不同的。协同任务分配技术是合理分配子任务或分项完成系统成员根据电网的整体任务要求巡逻检查,这样可以有效地完成的任务(18]。当多个无人机执行多个任务或一个任务包含多个目标,根据无人机类型,合理的任务分配负载,和其他属性可以有效地进行冗余配置,以提高任务完成的概率。电网巡回检查的过程中,合作目标定位技术使用多个无人机精确定位、监控、和检测目标基于经济、安全、和其他因素。协同搜索技术也多机协作的基本技术检查。未知目标的前提下,多无人机用于形成一个检查小组,和适当的搜索策略或算法用于特高压电路的故障。此外,它是多飞机防撞技术旨在保护无人机形成和特高压输电线路。它也是一个多飞机合作的基本技术。应该进行合理的规划和布局从最初规划阶段到最终跟踪跟踪阶段。

3所示。多机协同自主检验策略基于5 g技术特高压浓密的传输通道

无人机的详细任务细巡逻检查高压输电线路如下:沿着导体的无人机飞很短的距离和低速度根据指定的路径,并使用安装在飞机的全光学光谱成像仪售票员缺陷检测和记录。一旦发现任何可疑缺陷,有必要盘旋接近的地方拍摄;威胁识别障碍(如树木倒塌)和塔线;无人机方法塔时,应当确定每个兴趣点(绝缘子、硬件等)放在塔上,一个接一个来检测是否有任何缺陷或错误;一旦无人机发现威胁障碍或缺陷在导体和塔,应立即报告地面站,以便有关单位可以采取维护措施。在飞行期间,无人机必须避免接触高压线路,塔和其他障碍,保持适当的距离测量对象。

3.1。多机协同检验系统的建设

多无人机系统主要包括身体,动力装置,飞行控制和导航系统,数据链系统、发射和回收系统、和任务设备。特定的组成结构如图3。飞行控制系统,也被称为飞行管理与控制系统,相当于“心”无人机系统的一部分。它有一个重要影响无人机的稳定性和可靠性、准确性、数据传输和实时,飞行性能起着决定性的作用。数据链系统可以确保准确的远程控制命令的传输,以及无人机接收和发送信息的实时性和可靠性,以保证信息反馈的及时有效性和顺利和准确的完成任务。确保无人机发射和回收系统可以顺利,安全地从天空坠落到地面后,完成任务。任务设备的设备由无人机执行相应的任务。

3.2。多架飞机合作巡逻飞行控制

预设的生成过程控制器如下。(1)训练样本。让有经验的员工操作的遥控无人机硬件规格一样自主行巡逻飞行的无人机执行取样不同塔根据路线如图4 (b)和同步记录相关数据,包括由成像仪记录实时视频和飞行参数,比如飞机实时位置,态度,速度,和塔模型。不对称双塔(包括顶点的奇数的情况如图4 (b)),双方应当训练和记录,分别。为每种类型的塔,多个培训是必需的。更多的培训时间,更准确的样品(2)数据处理。从记录数据选择和提取关键信息,包括兴趣点的运动轨迹捕获从飞行视频中,计算速度增量运动,无人机之间的相对位置和轨迹和给定的塔中心,和飞行过程分解为行动步骤(3)配件信息。回归算法用于提取的信息,并选择适当的模糊控制算法形成一个预设的控制器。除了形成相应的控制器为每个类型的塔,因为感兴趣的要点是绝缘子串,一般塔巡逻控制器也可以根据分解形成的绝缘子串追踪行动;规定,检测无人机从塔的顶部,所以无人机飞行过程中发现和徘徊在感兴趣的第一点进行检查从上面售票员也需要模拟并集成到通用控制器

由于复杂的飞行环境,机身和塔之间的距离,电缆,障碍,和其他实体必须实时约束在实际飞行过程。约束的方法是使用焦距信息实时成像仪来判断距离。当无人机和一些实体之间的距离小于最小安全距离和尚未达到这个职位适合感兴趣的观察点,追溯一定距离根据原来的路线,实体的位置作为参考列表,重新计划路线的方法,直到观察的位置。如果回溯的数量乘以在路上接近某个兴趣点达到一定数量时,它将放弃接近感兴趣的点,徘徊在现场观察兴趣点之前过去的回溯,并回溯后进入下一个兴趣点。

检查后的兴趣点,两边两个无人机安全疏散塔的导体沿相反的方向执行巡逻检查导线。

3.3。多机协同巡逻方案设置

在检验过程中高压浓密的传播渠道,通常有两种类型的检查目标;一个是高压输电塔的检查,另一种是高压输电导线的检验。以双计算机合作巡逻检查为例,上述两种类型的目标的示意图巡逻检查数据所示4和5。检验过程中高压输电塔,塔上的的兴趣点通常是对称分布的两边的塔。以220千伏双路张力角钢塔为例。按照行业规定,不允许无人机飞越高压输电塔的顶端。检查塔时,单个远程控制无人机必须首先检测的兴趣点的一侧塔从上到下按照路线如图4(一),然后从下面飞导线的另一端沿路径塔红色箭头所示,然后发现其余的兴趣点从下到上。路径是由红色箭头标记,飞行环境非常复杂。很难完成自主飞行控制的设计只有依靠相机和高度传感器的信息,并且很容易误接触塔或电缆在飞行期间,造成安全事故。图4 (b)显示了两个无人机的路径检查应变塔。两个无人机只需要检测的兴趣点的一侧塔没有穿过塔,可以安全地疏散方向远离塔后检测。

在高压输电线路的检查,两个平行的两边的无人机飞线。保持一定的距离导线在飞行和调整成像仪的方向如图,所以它的视野可以考虑另一个无人机的飞行环境,同时观察导体。当它检测到有威胁的障碍(图中倒下的树木)相反的无人机的飞行路径,通知是避免障碍,以配合,避免安全事故。行巡逻检查期间,两个飞机飞行必须保持同步:当一个无人机拍摄一条疑似盘旋着,相反的无人机也徘徊协助拍摄如果不是在避障模式。

3.4。多架飞机合作巡逻飞行算法

为了有效地支持合作定位在多个无人机在GPS否认环境中,提出了一种合作定位算法框架基于定位的信心,和它的结构如图2。框架由传感器数据采集、相对定位,定位基础上的合作定位信心,基于卡尔曼滤波器和异构传感器融合机制。其中,传感器数据采集机制从超宽频获得数据,IMU, GPS,和其他传感器作为输入的相对定位机制和EKF异构融合机制,分别。同时,超宽频传感器可以实现无人机之间的信息共享的过程中。相对定位的功能机制是提高无人机之间的相对距离和相对速度数据实时测量通过插值方法和修改状态判断,以便永久刺激相对定位趋同;合作的功能定位机制更新定位信心,进行自适应合作本地化;卡尔曼滤波器异构融合机制融合IMU, GPS传感器数据,通过扩展卡尔曼滤波器和协作定位数据和输出无人机姿态信息,包括速度、定位、和加速度。

3.4.1。定位的信心

定位可靠性提出了与传统观念不同的置信区间和信心的数学学位,但用于描述无人机的自主定位的精度估算GPS否认环境:受环境变化的影响,当GPS是可用的,定位信心度设置为最高的价值,表明定位可靠;当没有GPS信号,定位信心逐渐减少错误堆积速率,但它可以通过合作来调整定位。

在本文中,参数被定义为描述无人机的定位可靠性在 - - - - - -th定位估计,其值的范围是(0,1)。GPS信号接收时,正确的当前位置估计和 ,这意味着现在的定位是可靠的;当没有GPS信号,使 ;有其他合作无人机在附近时,更新和正确计算根据合作无人机及其定位的定位信息的信心,如方程所示(1)。 在哪里代表无人机之间的相对定位和无人机估计时间 。 代表的空间估计无人机 。 是协作阈值;它是用来衡量其他无人机的观察定位的区别和自己估计的定位:当两者之间的差异大于这个值,认为一方的定位不是可信;当两者之间的差异小于这个值,认为几乎没有区别的观测值和估计价值,定位可靠。上面的更新后,定位的信心将显示以下趋势:(1)无人机GPS可用时,定位信心保持在1,表明自己的定位是可靠的和可以协调与其他无人机定位(2)无人机飞到GPS否认环境时,定位信心乘以系数0.95的每一个时间步,直到它摆脱GPS否认环境,表明其估计的定位精度与连续时间的增加逐渐降低GPS否认环境(3)当有其他无人机无人机在附近,位置估计可以通过合作其他的无人机,纠正和定位可靠性可以进一步评估根据公式(2):(一)当合作无人机的定位可靠性高于自己的定位的可靠性,和合作的区别定位和自主定位小于 ,这意味着合作定位类似于自己的定位,和目前的定位是更可靠,所以自己的定位可靠性提高(b)当合作无人机的定位可靠性高于自己的定位的可靠性,和合作的区别定位和自主定位大于 ,这意味着当前self-estimated定位偏差大,可靠性较低,因此,近程确定可靠性降低(c)当合作无人机的定位可靠性低于空间的信心,和 项趋于0时,空间的信心不会改变太多

3.4.2。合作定位算法

合作定位算法提出了有别于传统的基于几何图形的多无人机协同定位方法。该方法不受无人机的空间分布的影响。相对定位的过程中,自主定位和定位结果信心信息交换、合作定位重量计算通过使用定位信心,在附近所有无人机的自主定位结果融合来修改自己的定位结果,更新和定位的信心。对于同步集群系统,固定位置的计算方法的可靠性公式所示(2)。

方程(2)要求无人机集群中的同步测量周期,这是很难在实际部署应用程序。因此,我们修改方程(2)方程(3):

根据公式(3),在一个分布式系统,如无人机集群,无人机不需要完全同步;在每个测量周期中,只要有一个相对定位的过程,合作定位可以通过传输数据,进行和合作定位结果可以用来纠正自己的定位,在其中是相对的因素,这是由相对定位误差。因为合作定位结果不仅保留合作无人机的定位误差也相对定位误差。因此,定位合作无人机的重量需要乘以相关因素除了使用 。

3.5。建设智能管理平台多机协同检查

结合输电线路的实际情况和现有无人机管理和控制平台架构,网络管理平台的架构设计的5 g无人机智能检查电力传输和转换图所示6。检查使用无人机配备5 g模块的前端数据采集的图像信息收集塔体和辅助设施塔,发现各种缺陷的地线、绝缘子、硬件、拉线,基金会,和辅助设施,从而达到高精度视觉检查应用程序需求;相结合的模式采用5 g +互联网区域内部和外部网络之间实现互动。

整个平台建设目标有望实现:支持同步访问≥1000无人机巡逻;测试,实现无人机超过1000公里的远程控制;系统可以显示50多组巡逻检查返回信号实时和支持自由切换;实时数据返回延迟小于1毫秒;多机协同任务规划功能(支持多种类型和多个模型山)。

4所示。模拟场景的设计多机巡逻检查特高压基于5 g技术密集的传输通道

为了验证多机检测系统构建的检测效果,本节将构建一个多无人机飞行场景的露台仿真环境和合作进行实验分析和效果评估定位算法。选中的无人机模型是不管M300四旋翼无人机的大江不管创新大江科技有限公司有限公司(21),如图7,电力传输和转换线网站用于模拟如图8。/消防/命令/轨迹主题提供的无人机模型控制无人机飞行,这四个无人机飞行沿着固定的轨迹或一个随机轨迹和构建不同的仿真场景,分别。

设置相关参数的相对定位和协同定位评估表中列出1。设置10米的超宽频范围范围包括40赫兹的频率。等每个过程将分享其估计速度和与其他无人机定位信息。模拟飞行时间是300年代。

相对定位和合作定位估计的相关参数设置表中列出1。超宽频范围范围设置为10.0,和测距频率是40 Hz。等每个过程将分享其估计速度和与其他无人机定位信息,并模拟飞行时间是300年代。为了充分反映了合作定位效果,本文进行了比较实验的多无人机协同定位的imu / gps和imu / gps / vo组合定位系统gps否认环境(阻止和限制环境)。在实验中不同的配置设置如下。

配置1:使用IMU / GPS综合定位,不添加协作定位调整,打开GPS十年代的拒绝的信号模拟,和所有无人机GPS将是无效的。

配置2:使用IMU / GPS综合定位,添加协作定位调整,10年代拒绝打开GPS信号的模拟,以及所有无人机GPS将是无效的。

配置3:使用IMU / GPS / VO定位相结合,不添加协作定位调整,10年代拒绝打开GPS信号的模拟,以及所有无人机GPS将是无效的。

配置4:使用IMU / GPS / VO定位相结合,增加协作定位调整,打开GPS拒绝10年代的模拟信号,和所有无人机GPS将是无效的。

5。实验结果分析

测试结果的特高压浓密的传输通道如图200公里9如表所示2,表2分别反映了故障检测误差的平均值的无人机输电线路下配置1;图的平均价值下的无人机在输电线路故障检测错误配置2;无人机的故障检测误差的平均值在输电线路配置3;无人机的故障检测误差的平均值在输电线路配置4。

基于无人机的故障检验误差曲线配置图4,它可以发现错误的无人机使用IMU / GPS / VO组合定位检查的高压输电线路明显低于使用IMU / GPS定位相结合,这证明了IMU / GPS / VO的优越性结合无人机定位在检验过程中;比较配置,配置3,配置2、4和配置,它可以发现故障检测的准确性可以显著提高无人机在特高压密集的传输通道和它的错误也可以显著提高后增加协作定位。无人机2的最小误差可以减少到0.2米。因此,多机协作的自主检查策略基于5 g技术明显优于单独的机器检查策略。

6。结论

随着电网的发展逐年用户在中国,全国高压输电线。电力企业不可避免地需要花费大量的人力和物力资源每年维护和操作。使用传统的检查和维修技术很难满足当前大电网的需求。然而,随着5 g技术的发展和进步和无人驾驶飞行器技术,多机协调独立检验策略基于5 g技术的特高压浓密的传导渠道是一个更复杂的系统。如果使用不当,产生的灾害是不容忽视的。因此,本文总结了5 g技术,整体架构的设计多机合作检查、飞行控制和计划设置多机合作检查、飞行多机协作检测算法和多台机器的智能管理平台建设合作检验。此外,在此基础上,多机合作自主检验策略适用于特高压浓密的传输通道。最后,基于仿真实验,故障检测200公里的特高压浓密的模拟传输通道。实验表明,多机合作自主检验方案基于5 g的特高压浓密的传输通道技术可以大大减少故障检验误差相比与传统的检验计划和单一无人机检验计划,并不仅更有效,也更安全。

数据可用性

本文中使用的数据集可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称,关于这项工作他们没有利益冲突。