在國內外電網工程中,衛星影像的應用主要在送電線路工程方面。利用遙感技術,能快速、準確把握實地狀況,使設計的電力線路更符合實際情況,減少拆遷、降低成本,并在進行電力設施設計時,避開泥石流、滑坡、洪澇等地質災害易發區,保證電力設施能夠長期安全地運行。
1電網工程中常用的衛星影像
衛星影像的現勢性強、獲取周期短、資源更新快,同時宏觀性強、覆蓋面積大、具有豐富的自然地理信息。將衛星遙感影像合理有效地應用于架空送電線路工作中,可以為送電線路的優化設計提供一種全新的路徑。
目前,GeoEye-1、IKONOS、ALOS、IRS-P5等遙感衛星均可獲取0.41~2.5米不同分辨率的立體影像,普遍應用于送電線路工程的各個階段。
此外,ImageEarth-影像地球(2010中國)產品自推出以來,以其適中的空間分辨率、定位精度、數據量以及合理的價格,迅速成為電力行業各大型GIS系統理想的底圖產品。ImageEarth是2.5m空間分辨率,全國無縫覆蓋的真彩色正射衛星影像,可以滿足GIS用戶“即插即用”的數據需求。在電力行業的輸變電選址應用方面,ImageEarth產品可用于電力選線初期選址。而在信息化應用方面,ImageEarth可作為GIS分析系統底圖,同時可以疊加高精度的DEM數據進行剖面分析、DEM分析、輔助決策電力分析等應用。
2衛星影像在電網工程中的主要應用
2.1應用于可行性研究階段大區域選線
可行性研究階段主要進行大區域的線路選線,通過衛星遙感影像,可以從宏觀上調查了解工程地質條件,采用覆蓋面積大的遙感數據可以總體把握線路的可行性。
2.2應用于勘測設計階段優化選線
勘測設計階段是在可行性研究調查基礎上的進一步詳細調查,確定線路的具體走向。詳細調查地形地貌、地質構造、不良地質現象、林區、交通等工程地質條件,以及不良地質區域對線路的影響,提出合理化建議和修改意見。
勘測設計人員可通過對高分辨率衛星影像進行處理分析,并與電力選線參數結合,綜合劃分區域,從地形地貌、地層巖性、斷裂構造、地質災害、植被覆蓋、交通等條件,綜合比較路徑方案。針對重點地區如建筑物密集區域,人口密集區域,可建立三維模型。通過綜合考慮路徑沿線的城鄉建設規劃區、風景區、林區,以及特殊軍事和民用重要設施、采礦場、炸藥庫等對線路路徑選擇有響的因素。在衛星影像圖上選擇考慮路徑最短、地質條件穩定、跨越點最佳、交通較方便等因素要求,進行路徑的大方案調整和細部優化。此外,遙感影像不僅可以直觀反映真實地物類型,其光譜信息還可以反映地質特征,可以幫助選線設計避開地質災害易發區域。
2.3應用于施工設計階段量測斷面和優化排位
施工設計階段主要是針對塔位選址等進行具體施工設計。調查每個塔位的穩定性,即是否存在或潛在的滑坡等不良地質現象,需要大比例尺的遙感調查。全色多光譜融合數據和立體像對數據將產生巨大作用。除用于監測電力線周邊地質、環境、地質災害解譯方面外,還可利用立體像對生成帶等高線的地理成果和三維立體影像。通過生產的高精度DEM以及3D產品,反映地表的三維信息,可以為施工詳細設計提供三維參考。
在施工設計過程中,可利用高分辨率衛星影像生成優化選線的斷面圖,供專業人員進行桿塔優化排位。桿塔排位與路徑選擇是相輔相成的,其結果直接影響線路路徑的選擇。若斷面中出現特大檔距,或出現跨越不過的線路,或出現可跨越但不能立塔的山梁,則會導致路徑的顛覆。量測實時生成的斷面,可隨時為專業人員提供優化排位、查看路徑的可行性、進一步優化選線的參考。
2.4應用于設施維護階段動態監測
電力路線施工完成后,多時相衛星遙感數據可以對電力線路進行實時監測,以確保地質、地形變化后,危險塔位的查找和快速定位以及三維可視化管理。目前,基于GIS技術的電網地理信息系統服務于電網規劃、電網運行、安全生產、變電、送電、配電、修試及線損理論計算等多部門多專業。電網GIS系統既能輔助安全生產管理的決策支持,又能為各層領導、職能部室、生產運行人員提供基于地理空間、電網拓撲、電網運行信息的圖形服務,為日常運行提供有效的管理手段。而在電網GIS系統中,高分辨率遙感影像充當著底圖的作用,與各類電力專業線路、設施等矢量信息套合,三維地面模型則使各類地物信息更加直觀。
在動態監測系統中,可建立電力線周圍緩沖區可視化三維模型、電力線周圍緩沖區高精度DEM等。通過系統中重點區域電力塔位位置,周邊地質、地形、地物及其屬性,歷年氣候等信息,并定期更新遙感影像,可實現實時監測和危險預警的功能。在可視化三維電力GIS系統中,可實現實時查看電力沿線及緩沖區內地形地物變化,監測運行線路中的故障塔位,準確高效地定位故障塔的地理位置等功能。
3效益分析
遙感數據作用于電力設計,將很大程度上改善電力設計流程。
3.1促進電力行業作業方式轉變
RS技術將現代信息采集手段技術充分應用到電力工程勘測中,利用遙感獲取地形、地質、土地利用等基礎資料,用戶可結合分析設計,大大減少了外業工作量,提高了勘測設計的效率,改變了電力工程勘測、設計的作業方式。工程建設完成后,用戶還利用RS、GIS等技術,建立集信息管理、實時監控、專家知識、故障分析等于一體的管理系統,實現電力工程的智能化管理和監測。
3.2提高了路徑成立的可信程度,增強決策的科學性
在衛星影像和DEM模型構建的工作平臺上,RS技術的應用將提高分析、設計的優化程度,更加全面地考慮了影響路徑的各種因素,通過多種方案的綜合分析、比較確定優化方案,減少了路徑不確定性因素的干擾,加深了可研階段和初設階段的深度,提高了路徑成立的可信程度,為決策層提供了更高層次的參考數據,提高決策的效率和科學性。
3.3時間效益和經濟效益顯著
使用衛星影像輔助電力選線,大部分的外業勘測工作即可在內業完成,縮短了工程的工期,提高了工作效率,節約了投資成本。
4社會效益顯著
使用高分辨率的衛星影像進行電力選線,可以合理避開林區、耕地、風景保護區等,同時可以減少房屋拆遷,達到地方經濟發展、環境保護和電網建設雙贏的局面。
5提高成果的豐富性
方便地建立三維模型、時空變化模型,便于將設計成果、建成后的效果形象地以三維形式展示出來,并能實時提供多種統計、分析數據,增強成果的豐富性。
網站來源:CK365測控網
大自然不僅饋贈給我們許多資源,也帶來不少考驗,例如長期鋪設在室外的輸電線路和絕緣子就難逃雨水的侵蝕。每年電力行業約1000億元人民幣的投資中,有73%資金投放在硬件設施建設。為保證硬件設施的可靠性和安全性,大量變電設備的升壓線路和降壓線路,乃至整個電力線路系統都有定期巡檢的需求。這項看似單一的任務,讓中國電力行業傾注很大心力。
我國長期依賴人工進行電力線路的巡檢作業,通常,每100公里的輸電線路巡檢需要160個工時,即要在一個工作日完成100公里的線路巡檢,至少需要20位巡檢人員。別忘了,高壓輸電線路有不少都架設在深山老林和崇山峻嶺之間,意味著巡檢人員的工作面臨極大的危險隱患。
為了更快實施作業,早期電力行業引入直升機來巡視電力線路,還曾經引入過飛艇巡檢,這種方式實際可操作卻相當有難度。首先,當工作人員對電線桿、刀閘、鐵塔、高壓導線、變壓器、絕緣子等設備巡檢時,主要是以紙質形式保存巡檢記錄,這種記錄方式一來需要攜帶大量的資料,加重了工作人員的工作強度,同時也對資料收集匯總及后續處理分析帶來了不便。而且出于安全考慮直升機不能靠的太近,巡檢人員只能借助輔助工具,通過肉眼進行觀測,首先不便于巡檢資料的可視化備份及內部交流學習,其次對巡檢人員的技能水平也具有很高的要求,準確性難以保證。不僅如此,直升機造價、巡檢成本極高,無法保證足夠的巡檢頻次.
直升機巡檢,風險系數高,巡檢效果差,成本極高。
1995年英國就最早將無人機用于電力巡檢中,憑借攜帶方便、操作簡單、起飛降落對環境的要求低、自主飛行、可空中懸停、載荷豐富和安全性高等諸多優勢,多旋翼無人機在線路巡檢中承擔越來越多的工作,不僅能夠發現桿塔異物、絕緣子破損、防震錘滑移、線夾偏移等缺陷,還能夠發現金具銹蝕、開口銷與螺栓螺帽缺失等人工巡檢難以發現的缺陷。
無人機操作人員表示使用多旋翼無人機進行電力巡線,對于無人機飛行的穩定性、懸停精準度以及圖傳效果都要求很高。無人機掛載云臺后,無人機重量增加,慣性變大,經驗不足的操作人員很容易失去對飛機的控制,甚至有可能出現“撞塔”事故。
云臺增穩是無人機的關鍵技術之一,云臺抖動會影響拍照、視頻的效果,影響作業效率。想象下同樣30分鐘以內的續航時間,由于云臺抖動造成需要重復進行同等航線飛行,會增加多少倍的工作時間。目前電力巡檢除了需要能自由搭載高像素可見光相機以外,還需要滿足能快速替換熱成像相機等多種應用的可能。且還需要能滿足航拍時的畫面有全方位的穩定,保證畫面清晰穩定的需求。一體化的云臺設計會更容易滿足電網的需求。在這一點上,大疆的禪思系列云臺算是系列比較完整的產品。特別是近期剛上市的Z3變焦云臺,除了可見光、熱成像以外又多了一個變焦產品。
無人機另外一個重要的部件:飛控,飛控子系統是無人機完成起飛、空中飛行、執行任務和返場回收等整個飛行過程的核心系統,飛控對于無人機相當于駕駛員對于有人機的作用,我們認為是無人機最核心的技術之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分,實現的功能主要有無人機姿態穩定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。目前基本上很多的廠商用的飛控都是直接和大疆采購的。2016年云南省電網公司進行的第一次多旋翼無人機框架招標中,參與競標的10個產商,有9家的飛控都是使用大疆的,其中就包括易瓦特。需要提出的是,本次競標中,所有四個標段大疆全部中標。
在導航技術上,市面上目前無人機多只采用GPS定位。GPS定位是單項的,一旦受到電磁干擾,就會失去作用。當無人機靠近鐵塔時,無人機容易失去控制,這個就對操控的飛手要求極高。目前GPS系統有一個缺陷,就是無人機到室內就無法使用,特別是使用無人機進行矩陣表演時,GPS在室內無法定位,必須要自己搭建信號臺,讓無人機在臺上通過光學信號來識別位置,成本非常高,據說搭一個這樣的臺子要好幾萬,甚至十幾萬。大疆最新的精靈4采用了GPS和GLONASS雙衛星定位模塊,雙目視覺精確懸??梢栽诃h境復雜、非開闊或無GPS場地進行0m-10m高精度懸停。視覺超聲波定位技術配合通用的GPS衛星定位技術,強強聯手可以滿足多種復雜環境下使用。在這一點上,大疆確實做的更超前。
除了以上幾點,圖傳技術的穩定性以及延遲性也是電力巡檢選擇無人機的時候需要考慮的方面。大疆的Lightbridge高清數字圖傳技術在距離上可以達到5公里的距離。目前更多的廠家使用的都是模擬圖傳的效果,距離大概在1.2公里左右。很難達到遠距離作業的需求。