Обследование ВЛЭП при помощи БПЛА мультироторного типа.
Ходунов И.А., студент группы 542 об.2, 3 курса энергетического факультета ФГБОУ ВО "Амурский государственный университет", г. Благовещенск
Научный руководитель: Подгурская И.Г., ст. преподаватель энергетического факультета ФГБОУ ВО "Амурский государственный университет", г. Благовещенск
Аннотация: В статье рассматривается применение БПЛА мультироторного типа для обследования и диагностики линий дальних электропередач, рассматривается эффективность данного метода.
Ключевые слова: линии электропередач, БПЛА, опоры, диагностика, дефекты, метод
Значительную часть энергетического комплекса электросетевых компаний составляют воздушные линии электропередачи , которые в свою очередь характеризуются большой протяженностью, значительной удаленностью от центра обслуживания и широким охватом территории обслуживания.
Для обеспечения надежного функционирования ВЛ необходимо осуществлять их периодическое техническое обслуживание, заключающееся в проведении различных видов осмотров, натурных замеров и обследований, с целью контроля текущего состояния ВЛ.
Обследование ВЛЭП при помощи БПЛА является перспективным направлением электроэнергетики. Так как в данный момент остро стоит проблема своевременного обнаружения дефектов ВЛЭП с последующим их устранением для предотвращения аварий на линии. Такая работа «на предупреждение» является наиболее рациональной и эффективной с точки зрения упрощения эксплуатации ВЛЭП. Стоит так же отметить и большой экономический эффект, обусловленный уменьшением расходов на замену оборудования, расходов на компенсацию потерь электроэнергии, а также уменьшением затрат на заработную плату обслуживающему и ремонтному персоналу.
(https://d.radikal.ru/d00/1804/8f/6b8144323c36.png) (https://radikal.ru)
Применение беспилотных летательных аппаратов имеет ряд преимуществ перед традиционными способами обследования линии:
-существенное увеличение оперативности мониторинга и сокращение сроков проведения обследований и как следствие ремонтно-профилактических работ;
-возможность съёмки в сложных метеоусловиях;
-возможность съёмки в тёмное время суток
-возможность съёмки в труднодоступных районах;
-снижение риска травмирования рабочего персонала при проведении обследования;
-полнота обследования, т.е ВЛ обследуется на всей протяженности,а съёмка осуществляется с различных ракурсов.
Основные виды работ, для которых целесообразно использовать БПЛА:
-плановая диагностика - облёты воздушных линий (ВЛ), наблюдение и фотографирование, инспекция ВЛ и охранной зоны, выявление различного рода дефектов, определение пространственных (3D) нарушений габаритов просеки и проводов;
-картографические работы − создание цифровых топографических и кадастровых планов, трёхмерных моделей местности и линий электропередачи, сопровождение работ по строительству и реконструкции ВЛ.
На развитие данного направления положительным образом сказываются современные достижения таких областей науки, как машинное зрение и фотограмметрия, а также постоянное совершенствование характеристик бортовой фото и видео аппаратуры, которые позволяют говорить о возможности качественного проведения работ и анализа полученной информации.
На данный момент активно внедряются БПЛА мультироторного типа, которые в свою очередь имеют ряд значительных преимуществ перед БПЛА самолётного типа, таких как:
-отсутствие перегрузок, возникающих, во время таких экстремальных этапов полета БПЛА самолетного типа, как взлёт с катапульты или посадка на парашютной системе, влекущие за собой ударные нагрузки, которые в свою очередь негативным образом сказываются на фотооборудовании, а согласно правилам эксплуатации, аэрофотокамера подвергшаяся удару или толчку, нуждается в произведении повторной калибровки, что мешает производственному процессу и увеличивает время обследования. Более сложное управление влечёт за собой требуемую, более высокую квалификацию персонала
-возможность гибкого маневрирования и зависания (например для более тщательного изучения дефекта), что положительным образом сказывается при ультрафиолетовой съёмке, в ходе которой для выявления дефекта необходимо обеспечение экспозиции обследуемого участка в течении 5-10 с. Возможности и особенности передвижения так же актуальны и при тепловизоционной съёмке.
При проведении аэрофотосъёмочных работ возможно выявление достаточно большого число дефектов, таких как:
дефекты опор:
отсутствие, отрыв, деформация элементов металлических опор;
выкрошивание бетона, деформация железобетонных опор;
отклонение опор от вертикали;
разворот, деформация траверсов на железобетонных опорах;
отсутствие натяжения внутренних стяжек и тросовых растяжек;
падение, повреждение опор;
дефекты провода, линейной и сцепной арматуры:
разрушение элементов стеклянных и фарфоровых изоляторов;
отсутствие гасителей вибрации, отсутствие грузов, потеря работоспособности несущего тросика, смещение виброгасителей вдоль проводов относительно проектного положения;
отсутствие и неправильное расположение соединителей проводов;
изломы, отрывы лучей дистанционных распорок между проводами расщеплённой фазы;
обрыв проводов;
наблюдение частичных поверхностных разрядов (короны)
дефекты на трассе:
наличие опасной для эксплуатации ВЛ растительности;
падение деревьев на провода и опоры;
наличие древесно-кустарниковой растительности (ДКР) в охранной зоне;
наличие строений и прочих объектов в охранной зоне;
пересечение с природными и антропогенными объектами;
опасные явления (проседание грунта, подтопление и др.).
Полученные при обследовании фотоматериалы необходимо осмотреть и проанализировать. Существуют технологии позволяющие уменьшить объём трудоёмкого ручного просмотра фотоматериалов и увеличить практическую пользу от результата и качество получаемой аналитической информации.
После проведения аэрофотографических работ, полученные материалы загружают в геоинформационную систему, которая позволяет объеденить все результаты обследования в единой базе данных с наглядным изображением обследуемых объектов с возможностью привязки местности.
На сегодняшний день имеется БПЛА мультироторного типа отечественного производства: Геоскан-401.
Данный аппарат имет следующие характеристики:
Максимальный взлётный вес: 9,3 кг
Максимальный вес полезной нагрузки: 2,5 кг
Максимальная скорость полёта: 50 км/ч
Максимальная дальность полёта: 10 км
Продолжительность полёта: 1 ч
Допустимая скорость ветра: до 10 м/c (среднее значение по области : 2,3 м/c)
Высота полёта: 10-500 м
Время подготовки к полёту: 5 мин
Допустимый температурный диапазон: от -20 до + 40 град.Цельсия ( в комплектации «Арктика» температурный диапазон расширен до -40 град.Цельсия)
(https://c.radikal.ru/c33/1804/3e/501415d96a98.png) (https://radikal.ru)
Примеры некоторых результатов полученных при обследовании:
(https://a.radikal.ru/a43/1804/fe/454b6cc9b623.png) (https://radikal.ru)
(https://c.radikal.ru/c16/1804/b3/e7a84fd0c3de.png) (https://radikal.ru)
(https://d.radikal.ru/d02/1804/27/202cca4b1eb7.png) (https://radikal.ru)
ВЫВОД:
Обследование ВЛ электропередач при помощи БПЛА является одним из лучших средств получения оперативной и качественной информации о состоянии ЛЭП, данный вид обследования является достойной альтернативой традиционным методам. Существующие технические средства БВС и технологии обработки геопространственных данных могут решать широкий круг задач при проектировании и эксплуатации линий электропередачи и других объектов электроэнергетики. Следует отметить, что система совместного использование БПЛА двух типов (самолётного и мультироторного) в которой составляющие ее элементы будут взаимодополнять друг друга, является достаточно эффективной и способна зарекомендовать себя в качестве передового метода обследования.
(https://d.radikal.ru/d23/1804/67/1fb49aa58b6c.png) (https://radikal.ru)
Спасибо за доклад. Вопросы:
1) сколько км. может пролететь мультироторный БПЛА?
2) как примерно работают программы (технологии), позволяющие уменьшить объём трудоёмкого ручного просмотра фотоматериалов?
1) Заряда батареи хватает примерно на 60 минут непрерывного полёта в крейсерском режиме. За это время БПЛА проходит расстояние около 24 км.
2)При проведении аэрофотосъёмочных работ полученные снимки загружаются в разработанную производителем ГИС «Спутник ЛЭП». По команде оператора подключается ПО Agisoft PhotoScan Pro, которое в автоматическом режиме выполняет фотограмметрическую обработку данных или же иными словами производит «сшивку» отдельных снимков, создание ортофотоплана и построение цифровой модели местности, что сами понимаете,в значительной мере сокращает процесс анализа полученных данных, грубо говоря при проведении анализа минуется достаточно трудоёмкий и длительный подготовительный этап, и специалист сразу же приступает,непосредственно, к рассмотрению тех или иных задач.
Некоторые возможности ПО:
-Отображение состояния изоляторов
-Восстановление опор и проводов по фотоснимкам
-Определение площади залесенности (определение площади залесенности в заданном коридоре)
-Определение характеристик проводов (определение стрел провеса и габаритов)
-Подсчет крон деревьев (Выявление и подсчет угрожающих деревьев, определение зон падения)
-Построение поперечных и продольных профилей пролетов
-Табличный вывод рассчитанных показателей
-Определение вертикальности ЛЭП
-Определение обледенелости на проводах
(https://c.radikal.ru/c28/1804/6c/a852c3111a2f.png) (https://radikal.ru)
В докладе так же представлены иные примеры.
Надеюсь в полной мере ответил на ваши вопросы.
Спасибо за развернутый ответ. Появились другие вопросы:
1) какие неисправности/повреждения может обнаружить квадрокоптер в крейсерском режиме?
2) снимки отправляются в ПО по прилету или на лету?
А как используется блокчейн и big data?
1)Практически все дефекты указанные в докладе, но следует учесть, что это зависит от характера и степени проявления дефекта и для полного его изучения и анализа может потребоваться ещё несколько ракурсов съёмки. Ну и конечно исключаем съёмку в УФ спектре. Почему? Немного расскажу о возможностях данного вида съёмки и поясню свой довод.
УФ-камеры работают в диапазоне 240-280 нм. В этом диапазоне солнечная радиация поглощается атмосферным озоном, что дает возможность наблюдать частичные поверхностные разряды (так называемые короны) , вблизи проводов.
Для выявления дефекта необходимо обеспечить экспозицию обследуемого участка в течении 5-10 секунд, соответственно БПЛА должен оставаться неподвижным. При постоянно съёмке в движении некоторые источники разрядной активности будут попросту не замечены, а на некоторых будут зафиксированы пиковые значения разрядной активности, которые могут существенно превышать средние значения.
2) Современные комплектации БПЛА включают бортовой цифровой передатчик для передачи видео и тепловизионного изображения, а тк же бортовой блок связи управление/телеметрия,вся информация подаётся на пульт управления оператора. Базовое покрытие на поверхность Земли, а также поддержка стандартов OGC (Open Geospatial Consortium -- международная некоммерческая организация, ведущая деятельность по разработке стандартов в сфере геопространственных данных и сервисов. Координирует деятельность более 500 правительственных, коммерческих, некоммерческих и научно-исследовательских организаций с целью разработки и внедрения консенсусных решений в области открытых стандартов для геопространственных данных, обработки данных геоинформационных систем и совместного использования данных), позволяет загружать данные в единое геоинформационное пространство. Поддержка протоколов WMS/WMTS позволяет подключать данные с OGC-совместимых серверов. Основной формат ГИС Спутник - KML, открывает широкие возможности по визуализации трехмерных объектов и данных в режиме реального времени.
3)Термин Big Data обширен и многогранен, его можно увязать с любой сферой где используются различные инструменты, подходы и методы обработки как структурированных так и неструктурированных данных (в рассматриваемом мной вопросе, это к примеру топология массивов координат, отношения и связи). Помимо скорости обработки и объема данных, существует еще аспект «сложности» данных. Как разделить сложные данные на части, «партиции» для параллельной обработки? Геоданные изначально относились к сложным данным, и с переходом к «большим геоданным» эта сложность возрастает практически экспоненциально. Соответственно, важной становится не просто обработка миллиардов записей, а миллиардов географических объектов, которые являются не просто точками, но линиями и полигонами. К тому же, требуется вычисление пространственных взаимоотношений.
Собственно говоря,на данную тематику можно делать полноценный доклад.
Как я понял, основная проблема сейчас - это мизерные 24 км. А что, если мы будем подзаряжать батарейки непосредственно от самой ВЛЭП. Где-нибудь на некоторых опорах стоят пункты подзарядки. Подлетаем, заряжаемся. Есть такие решения/проекты?
(Почему-то Карлсон с вареньем вспомнились)
Собственно говоря,на данную тематику можно делать полноценный доклад.
Хотим доклад! Вообще сейчас пресловутые большие данные любят везде впихнуть после слова инновации. Вот интересно, коптер летит 24 км, данные собранные с 24 км большие?
P.S. На одной из картинок написано сенсер, сенсор же. Или?
Что касается пройденного расстояния. Насколько я располагаю информацией, то разработки по зарядке БПЛА от ЛЭП имеются. О чем же речь? Не секрет, сейчас достаточно популярной функцией в сфере смартфонов является возможность беспроводной зарядки, которая кстати говоря зарекомендовала себя положительным образом. Изобретение велосипеда нам не предлагают, а предлагают установить на опорах ЛЭП специальные площадки для беспроводной зарядки. Процесс будет происходить полностью в автоматическом режиме благодаря стыковочному узлу и системе из блока заряда на площадке и блока передачи на БПЛА. При этом стоит учесть, что количество электроэнергии, отводимой от ЛЭП, будет небольшим, так что будем следить за развитием данного направления.
В данный момент проблема частично решается путём совместного использования БПЛА двух типов: мультироторного и самолётного(обладающего гораздо большей дальностью полёта).
Об этом я кратко упоминаю в выводе своей статьи.
Спасибо Илье Александровичу (и Ирине Геннадьевне) за доклад и подробное объяснение важных на сегодня вопросов.