來源：東北電力技術，作者：田小壯，石輝，曾慶松，張志輝，關靖濤

變電站安防監視系統主要依靠固定的視頻監控攝像頭作為監控主體，監控及安防問題以變電站監控人員判斷為準，這會產生一定問題。

a. 加大監控人員的工作量，增加監控人員數量，違背了變電站無人值守化目標;

b. 由于監控人員的疏忽，未能及時發現安全或其他安防問題，影響變電站的正常運行;

c. 視頻監控存在死角，監控人員沒有發現安全隱患，導致問題惡化，威脅整個變電站的安全。這些問題是固定視頻監控攝像頭本身存在的問題，為此提出了變電站周界無人機的安防巡邏系統。利用無人機在變電站巡邏已在部分變電站使用，并逐漸擴大應用。國網新疆電力有限公司檢修公司目前對于變電站周界及內部的監控安防主要是視頻設備監控，經過多年操作與實踐，積極學習現代高科技、新技術后，為實現無人值守變電站，對于變電站安防系統，要安排最少的監控人員甚至不 需要監控人員，全部由智能安防巡邏系統來進行。在滿足無人值守的前提下，盡可能節約成本，又起 到全面監控、安防的作用，為此研究出變電站周界 無人機安防巡邏系統。

1 系統現狀和技術發展

隨著通用航空技術的普及和發展，特別是無人機技術的提高，無人機支持的巡檢載波和地面監測設備的傳輸線檢測系統具有覆蓋面廣、效率高、可靠性高、風險低、成本低等優點。近年來，多旋翼無人機由于機動性強、控制簡單、維護和運輸方便，逐步取代傳統的單旋翼無人機。基于航拍影像的圖像處理與識別技術的快速發展，為變電站安防的快速智能診斷提供了理論支持。

變電站巡檢系統組成主要包含多旋翼無人飛行器系統 （ Unmanned Multi-Rotor System，UMRS） 和地面站系統 （ Ground Station System，GSS） ，如圖 1 所示。UMRS 用于獲取傳輸線路周界的全方位圖像數據，通過無線影像傳輸系統將獲取的圖像數據實時傳輸到 GSS 的空中工作部件。GSS 對當前獲取的傳輸線路具有實時觀察和存儲的功能。GSS 圖像功能和地面診斷系統可以實時診斷采集的圖像，找出存在的缺陷，為監控人員提供真實、全面的現場數據和缺陷信息，實現相應的設備維護檢修。

圖 1 變電站巡檢系統組成

1. 1 多旋翼無人飛行器系統

多旋翼無人飛行器系統是以 UMRS 為主體， 搭載機載電源、飛行控制系統和機載任務設備。UMRS 由機體、起落架和多個旋翼構成。

a. 機載電源使用鋰/ 鋰聚合物動力電池。根據 UMRS 的性能規格優化電池的容量和質量，使UMRS 滿足變電站檢測的飛行要求。

b. 飛行控制系統是 UMRS 的核心部分，可確保穩定飛行、快速轉彎、高精度懸停等。飛行控制系統包括導航組件 （ 慣性導航單元IMU+GPS） ，飛行控制計算機，旋翼驅動組件，遠程遙測系統機載端和線路防撞預警系統。其中導航組件用于差分定位 UMRS，并感測 UMRS 的角速率以解決姿態角信息。

c. 通過電線防撞警告系統實時判斷 UMRS 與附近電線之間的位置關系。UMRS 與輸電線路的距離小于電網規定的安全距離時，預警系統自動報警 并產生驅逐驅動命令，使 UMRS 遠離危險區域， 避免撞線對輸電線路的再次破壞，使 UMRS 和輸電線路更加安全。

a. 機載任務設備系統包括 1 個減震云臺、1 個圖像采集系統和 1 個無線圖像數據傳輸系統的機載端。圖像采集系統安裝在減震平臺上，由控制平臺滾轉，對變電站進行全方位拍攝，得到的圖像信息由無線圖像傳輸系統機載端實時發送到 GSS 地面接收端。

b. 為了增強 UMRS 的自主性，機載任務系統可以加強傳輸設備識別和跟蹤系統，實現 UMRS智能跟蹤檢測。

1. 2 地面站系統

GSS 由遙控遙測系統地面端、無線圖像數據傳輸系統地面端、飛行監控系統、圖像監控系統、圖像巡檢綜合診斷系統等組成［。

a. 遙控遙測系統地面端對 UMRS 實時發送遙控遙測指令以對 UMRS 有更高指令控制。

b. 無線圖像數據傳輸系統地面端主要接收機載端發送的實時圖像數據。

c. 圖像監控系統用于監控機載任務系統中圖像采集裝置的工作狀態，保證圖像成像系統正常運行。

d. 圖像巡檢綜合診斷系統主要對航拍視頻和圖像的線路缺陷進行智能識別和診斷。

1. 3 系統工作流程

系統工作流程如圖 2 所示。

圖 2 系統工作流程

無人機在變電站周界飛行環繞，在指定的地點對變電站進行圖像記錄，通過無線數據傳輸到監控 計算機，根據計算機對每次同一位置、不同時刻的 圖像進行對比，判斷該位置是否發生安全事故或者 其他安防問題，從而自動識別安全隱患以及對變電 站進行全局監控，改善并解決原有監控安防系統的 缺陷。利用無人機進行變電站周界的安防巡邏工作， 結合紅外圍欄、電子圍欄等傳統技術，在無人機高清 攝像頭的主導作用下，將拍攝圖像進行灰度化、二值化等處理，清楚地判斷變電站周界是否被入侵和接近，并通過自動報警系統來提示變電站監控人員。

2 系統原理

系統主要依靠無人機進行監控、報警。無人機通過編寫的特定程序在變電站周界特定位置進行圖像采集。

2. 1 無人機特定位置采集圖像原理

對變電站的周界進行合理考察，用計算機語言進行編程，將具體的飛行航線編寫進程序，與無人機的內部程序相連接，使無人機能夠按照指定的軌道進行巡視，既不會影響變電站內部設施運行，又不會飛得過遠浪費電能，還能在特定位置穩定停止，從而采集到穩定清晰的圖像。無人機巡邏系統包括 3 個部分，如圖 3 所示。

圖 3 無人機巡邏系統組成

2. 2 無線數據傳輸原理

傳統的有線數據傳輸系統，傳輸數據速度快、可靠性好、通信效果理想，但不適用無人機的周界 巡邏。隨著射頻技術發展，無線傳輸變得簡單方便， 可以隨時移動，避免了有線傳輸系統布線麻煩的問 題。無人機屬于移動數據傳輸系統，無人機和地面 監測系統通過無線數據傳輸設備進行數據通信，數 據傳輸設備分為機載設備和地面設備，監控軟件的 計算機通過 USB 和地面數據傳輸設備交換數據。數據鏈路工作流程如圖 4 所示。

圖4 數據鏈路工作流程

無人機與地面監控系統之間使用全雙工通信傳輸模式，同時進行無人機遙測數據接收和監控系統控制指令發送。交換數據的準確性對實現無人機監測和電力巡檢人員的決策非常重要，數據通信模塊的可靠性對變電站無人機安防巡邏的安全執行具有重要作用。

無人機每次在同一位置進行圖像采集后，比較 2 次圖像之間的差別，通過計算機判斷該圖像區域是否有物體入侵，達到不需要監控人員觀察就能實 現變電站周界的安全防范。無人機將記錄的圖像傳回，由計算機進行圖像對比和入侵判斷，因此需要 編寫圖像的對比算法，判斷同一位置的 2 張圖像在灰度化、二值化后，其 “0”、 “1” 值的組合或數量是否滿足規定要求，一旦計算機通過比較算法發 現不滿足要求，則為入侵事件。數據處理系統的圖 像采集模塊主要對航拍圖像進行濾波、去模糊復 原、邊緣檢測提取等圖像處理過程，從圖像中提取 必要的信息為故障判斷和線路跟蹤提供依據。目標跟蹤就是找到相鄰圖像之間的聯系，尤其是對 無人機鏡頭中的突變、漸變以及復雜背景引起的高 斯噪聲和混合噪聲進行前期處理。

無人機對某變電站設備進行巡檢，實際效果如圖 5 所示。

圖 5 無人機巡檢畫面

2. 3 報警系統

當計算機判定出現入侵事件時，將會記錄入侵圖像，打包發給監控后臺或控制中心，監控人員通過提示或警報直接接收入侵圖像和信息，方便進行下一步的警告或其他行為，不需要一直進行監視。

3 結 束 語

無人機安防巡檢系統提高了變電站周界巡邏的 效率以及視頻監控的可靠性，降低了成本，減少了 監控人員的數量。系統改變程序后，可以進行變電 站全局監控巡邏，進一步減少監控人員數量，進一 步實現變電站無人值守化。該系統在重要的工廠、企業都可以應用，將對安防工作起到重大作用。

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