无线便携式可伸缩高清管道检测系统

毛 骏

（深圳供电局有限公司，广东深圳 518010）

0 引言

建设和完善信息化、自动化、智能化配电网络，需要配电网络管理与电力电子技术、自动化技术相结合。配电网的供电能力与质量，是配电工作正常运行的保障。电力作业实施过程中，人工效率低下，环境恶劣、危险，容易对人身造成伤害。目前巡检工作采用人工作业模式，需要巡检人员沿电力线通道巡视，或进入空间狭小的电缆沟，依照经验判断是否有危及电力线安全运行的因素存在，这种巡检模式存在严重弊端：①巡检人员在地面目视电力线，通常因为遮蔽而存在巡检盲区；②巡检结果通常依赖巡检人员的作业经验，存在很大的主观性；③在人工近距离拍照取证作业困难时，问题的描述大多采用文字记录方式，缺乏定量测量依据。为提高电力巡检效率降低巡检成本，研发出无线便携式可伸缩高清管道检测仪，为加快电力管网的巡检强度，提高供电的稳定性和可靠性、降低人工成本、保障电力管网的通畅，提供重要的技术支持。

1 系统功能

（1）支持高清摄像检测，通过拍摄照片与录制视频，采集电缆沟内部布线情况，代替人眼，协助巡检人员进行巡检工作，记录管网现阶段情况。

（2）支持储存能源，携带储能电池，保证持续续航，可在不能及时供电的区域工作。

（3）可自适应管道倾斜等视野不开阔的环境，采用自平衡拍照摄像头，有效避开检测盲区，高效采集电力线管网分布信息。

（4）支持在山间或沟壑等黑暗的条件下工作，在无光源的地下也能正常工作。

（5）支持无线通信，在有障碍物阻挡或者信号微弱的地下的环境下工作，利用无线中继，仍可准确无误地将信息传输到终端，保证无线传输的可靠性。

（6）轻便易携带，可拆卸组装件缩小所占空间，减少人员搬运设备，采用轻量化材料，减轻巡检人员负载。

（7）支持终端储存管道信息，数据优先存储在移动磁盘内，通过读取磁盘内信息，参考视频与图像分析电缆沟内部情况，为定向测量提供依据。

2 一体化设计

无线便携式可伸缩高清管道检测系统由5个系统组成：图像采集系统、灯光辅助照明系统、无线传输系统、便捷式检测系统、终端控制系统。灯光辅助系统配合图像采集系统，进行高清图像与可储存式视频的采集，将采集来的信息通过无线传输系统传送到终端子系统，由巡检人员查看终端子系统的视频以及图像信息，实现整个无线便携式可伸缩高清管道检测系统高效、有序的运转，完成电力巡检作业。无线便携式可伸缩高清管道检测系统如图1所示。

图1 管道检测系统

2.1 图像采集系统

高清管道检测仪要求拍摄出的照片和视频清晰易于观察，系统分辨率≥200万像素，1/2.8英寸靶面的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）网络相机代替传统的模拟相机。镜头达到36倍光学变倍与12倍数字变倍，远、近距离拍摄都达到高精度要求。

高清管道检测仪要求在蜿蜒的电力管道中，可以自适应水平拍摄。将拍摄云台搭载倾角传感器与陀螺仪，使高清管道检测仪建立起“动态稳定”（Dynamic Stabilization），利用陀螺仪和加速度传感器检测云台姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确驱动电机做出相应调整，保持检测仪云台在水平界面上，使巡查工作有序进行。

检测仪使用可拆卸电池供电，外出作业时可随时替换工作电池，续航时间的延长保障电力巡检作业高效有序。高清摄像头结构设计如图2所示。

2.2 灯光辅助照明系统

高清管道检测仪采用云台高亮灯，远光灯选用2颗高亮冷白LED（Light-Emitting Diode，发光二集管）灯，近光灯选用3颗高亮冷白发光二极管（LED）灯，可在黑暗中照明100 m以上，在管道或井底的黑暗的工作环境中工作，巡检人员能主动调节和控制灯光亮暗，可协助图像采集系统拍摄出所需的图像等信息。近光灯铝基板硬件如图3所示。

图2 高清摄像头结构设计

2.3 无线传输系统

高清管道检测仪视频图像的采集、保护装置的信息传递、控制信号的数据交换，是实现高清管道检测仪在地下管网中高效作业的基础。电力巡检中电缆沟内环境密闭，存在着无人机及有线控制智能设备使用易故障等问题。所以无线通信技术（Wireless Communication Technology）往往被视为能否在电缆沟中工作能否成功实施的决定因素。

无线通信技术主要应用于测量、收集、传输巡检的电网管道信息，传送至巡检人员手中的终端，无线通信技术的运用改变了电力流和信息流单方向流动的现状，使无线AP（Wireless Access Point，无线访问接入点）在网络连接中起到中继作用，实现信号的中继和放大，延伸无线网络的覆盖范围，使信号更加稳定地传输。为巡检人员在勘测时遇到地下信号微弱、无线信号受阻、无法接收和传送信号时的人工勘测管网电力线作业提供可能。无线通信中继模型如图4所示。

图3 近光灯铝板硬件

2.4 便携检测系统

采用高强度碳纤维伸缩杆与可拆式电池组，可达到：设备主机重量≤2.5 kg，伸缩范围≥3 m，连续续航时间≥8 h,防护等级≥IP65。配备长0.8 m的探针，保证检测仪在工作时拥有完善的减震缓冲机制。高强度碳纤维伸缩杆模型如图5所示。

2.5 终端控制系统

控制终端采用上位机与下位机无线通信方式，无需通讯电缆，在地下管网以及复杂地面能突破有线通信模式的诸多使用限制，携带方便。下位机用微型处理器控制技术，根据上位机指令控制云台上下旋转，同时通过传感器获取环境信息，进行处理并传到上位机。上位机采用嵌入式技术，集成图像处理，特殊控制算法等人工智能技术。用平板工程计算机的设计方案，高亮显示屏设计配合灵活的控制手柄，稳定可靠，操作方便，满足电力管道的环境使用，控制终端如图6所示。

图4 无线通信中继

2.6 检测仪测试效果

电缆沟是电力系统必不可少的基础设施，地下电缆沟管网系统是电力行业的神经中枢，一旦电缆发生故障，不仅检查处理难度大，还可能会使控制回路失效以至损坏主设备，电缆沟故障引起的火灾甚至是爆炸同样会带来严重后果，另外由于故障而导致的停电，会给工业生产和人们的生活带来不便。因此，加强对电缆沟的管理和定期检测有着非常重要的意义。

便携式可伸缩高清管道检测系统可以对电缆沟进行巡检维护，避免人员进入管道内存在的安全隐患，提升城市地下管网的巡检维护水平。便携式可伸缩高清管道检测系统如图7所示。实地检测效果如图8所示。便携式可伸缩高清无线快速检测系统，通过高清摄像技术以及软件分析处理技术，能够准确、清晰、快速检测电力线缆存在的问题，并可以生成带备注的视频备份，视频效果如图9所示。

图5 高强度碳纤维伸缩杆

图6 控制终端

图7 检测仪主机

图8 现场实地检测效果

图9 检测系统视频备份效果

3 结语

配电线路分布点多面广，传统的人工巡检方法不仅工作量大、效率低下而且条件艰苦，甚至有一些巡检项目靠常规方法难以完成，对此，在目前成熟的高清摄像模块、智能软件以及无线移动终端设备的基础之上，通过结构整合、创新和软件的定制开发，研制一款便携式高清视频检测设备，协助人工快速有效且安全的完成电力线缆的巡检工作，解决电力巡检中，电缆沟内部环境恶劣，人员进入操作效率低安全性差的问题；电力巡检野外作业，操作环境限制问题；采用传感器在线检测方式可行性差的问题。设备轻量化设计，可节省人力、降低人员受伤风险，实现线路巡视的智能化与数字化的同时，减轻劳动强度和在恶劣环境下工作的风险，保证城市电路管网的安全运行。