導(dǎo) 語(yǔ)
2024年10月18日,在“第5屆電力人工智能大會(huì)暨第3屆電力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型大會(huì)”上,第3屆“智創(chuàng)獎(jiǎng)”電力數(shù)智化轉(zhuǎn)型技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用評(píng)選結(jié)果公布。
國(guó)網(wǎng)四川省電力公司樂(lè)山供電公司憑借其“一種多場(chǎng)景適用的電力作業(yè)防墜通道自動(dòng)裝拆方法”技術(shù),獲得“電力數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”。
PART ONE
背景介紹
安全生產(chǎn)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提和保障,是企業(yè)長(zhǎng)治久安的重要基石,習(xí)近平總書記多次對(duì)安全生產(chǎn)作出重要論述,強(qiáng)調(diào)必須堅(jiān)持人民至上、生命至上的發(fā)展理念,抓好安全生產(chǎn)工作。據(jù)統(tǒng)計(jì),2013年至2022年,全國(guó)電力行業(yè)發(fā)生人身事故445起、死亡643人,其中,高墜事故147起、死亡194人,分別占比33.03%和30.17%,高處墜落已成為電力行業(yè)人身事故最主要的致害因素,其主要原因是高處作業(yè)失去安全保護(hù)。
2023年以來(lái),國(guó)家電網(wǎng)有限公司先后印發(fā)國(guó)網(wǎng)安監(jiān)〔2023〕663號(hào)文和國(guó)網(wǎng)安監(jiān)〔2024〕57號(hào)文:明確了輸電線路登高作業(yè)的9類典型防墜方式,明確禁用腳釘安全繩等存在安全風(fēng)險(xiǎn)的防墜產(chǎn)品,鼓勵(lì)采用機(jī)械化、智能化等無(wú)人機(jī)輔助作業(yè)的防墜產(chǎn)品。2024年,國(guó)務(wù)院安委辦出臺(tái)《能源電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)治本攻堅(jiān)三年行動(dòng)方案(2024-2026年)》,明確要求:推進(jìn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”,提升電力領(lǐng)域安全生產(chǎn)智能化水平。
考慮到傳統(tǒng)高空作業(yè)防墜方案均需要深度的人工參與,不同程度存在體力消耗多、運(yùn)維難度大、操作難度高等缺陷,團(tuán)隊(duì)通過(guò)整合無(wú)人機(jī)平臺(tái)與先進(jìn)算法技術(shù),構(gòu)建AI人工智能算法模型,融合人工智能識(shí)別技術(shù)和多目視覺(jué)深度感知技術(shù),可實(shí)時(shí)計(jì)算無(wú)人機(jī)與桿塔的相對(duì)空間位置,實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)姿態(tài)控制與自主航線規(guī)劃。
研發(fā)出一套基于無(wú)人機(jī)AI自動(dòng)掛取的電力高空作業(yè)防墜裝置,實(shí)現(xiàn)在不改變作業(yè)人員傳統(tǒng)登塔習(xí)慣的前提下,有效解決了雙鉤安全繩體能消耗大,固定導(dǎo)軌投資成本高、運(yùn)維難度大,基于無(wú)人機(jī)掛載的柔性防墜裝置手動(dòng)掛取操作難度大、對(duì)飛手技能要求較高、掛取成功率低,傳統(tǒng)防墜掛架適用性單一等問(wèn)題,為有效避免高處作業(yè)帶來(lái)的失保風(fēng)險(xiǎn)提供了新的解決思路,為高空作業(yè)提供了一種更加安全可靠、便捷易用、智慧高效的防墜落保護(hù)方案。
圖1 傳統(tǒng)防墜方案
PART TWO
創(chuàng)新點(diǎn)
本方法主要實(shí)現(xiàn)電力線路高空作業(yè)防墜通道掛拆裝置的自動(dòng)掛取,利用無(wú)人機(jī)作為平臺(tái),通過(guò)軟硬件研發(fā)改進(jìn),搭載專用防墜裝置和柔性導(dǎo)軌,融合AI視覺(jué)智能識(shí)別技術(shù)和多目視覺(jué)SLAM導(dǎo)航控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)錨定預(yù)選掛載區(qū)域進(jìn)行無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)姿態(tài)控制與自主航線規(guī)劃,完成防墜裝置的自動(dòng)掛/取操作,保護(hù)登高作業(yè)人員人身安全。
圖2 本產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景
硬件方面
由①無(wú)人機(jī)快拆件、② 智能控制器、③ 柔性載具、④掛點(diǎn)裝置、⑤ D型主鎖、⑥萬(wàn)向節(jié)、⑦高空防墜自鎖器、⑧地面端穿繩式自鎖器、⑨安全繩與收繩器組成。整體結(jié)構(gòu)如下圖所示:
圖3 產(chǎn)品硬件配置
圖4 邊緣算力終端
結(jié)構(gòu)方面
邊緣算力終端掛載并連接于無(wú)人機(jī)上,實(shí)現(xiàn)供電并與無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;
多目攝像頭集成于邊緣算力終端,提供無(wú)人機(jī)下視角立體視覺(jué)感知能力;
鎖止裝置經(jīng)連接桿與邊緣算力終端連接,實(shí)現(xiàn)鎖止裝置的供電和開關(guān)控制;
鎖止裝置通過(guò)V型導(dǎo)向槽與掛點(diǎn)裝置連接,控制掛點(diǎn)裝置的掛/取操作。
圖5 本產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)
核心優(yōu)勢(shì)方面
1、智能化水平高
自研AI視覺(jué)智能識(shí)別算法,在無(wú)人機(jī)防墜領(lǐng)域,首次提出基于多目視覺(jué)的空間位置感知技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域/錨定物的精準(zhǔn)深度估計(jì)和空間位置標(biāo)定;首次利用SLAM導(dǎo)航控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)微小位移量的精確控制,實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)姿態(tài)控制與自主航線規(guī)劃,完成防墜裝置自動(dòng)掛/取操作;自研飛控程序,直接將無(wú)人機(jī)自主飛控、防墜設(shè)備監(jiān)測(cè)和控制集成到大疆M300原生飛控端,監(jiān)測(cè)和控制一屏一人操作,無(wú)額外輔助控制終端,減少地面人員數(shù)量和操控過(guò)程中的頻繁溝通,應(yīng)用更安全;自研一鍵脫落結(jié)構(gòu),緊急情況快速脫鉤,保護(hù)無(wú)人機(jī)本體安全。
【自動(dòng)掛】飛手操作無(wú)人機(jī)掛載柔性防墜裝置飛至桿塔上方2-4米,在遙控器畫面中選取掛載點(diǎn)位后,啟動(dòng)自動(dòng)掛任務(wù),無(wú)人機(jī)自動(dòng)前往飛手選定點(diǎn)位,完成防墜裝置的自動(dòng)掛載與鎖止。
【自動(dòng)取】登高作業(yè)結(jié)束,飛手操作無(wú)人機(jī)掛載柔性載具飛至桿塔上方2-4米,啟動(dòng)自動(dòng)取任務(wù),智能控制器自動(dòng)識(shí)別掛點(diǎn)裝置位置,自主控制無(wú)人機(jī)完成掛點(diǎn)裝置連接和拆除。
圖6 自動(dòng)掛載
圖7 自動(dòng)掛載
2、可適用場(chǎng)景廣
防墜掛點(diǎn)裝置創(chuàng)新性采用導(dǎo)向彈力鋼索和U型鎖止槽設(shè)計(jì),可根據(jù)角鋼寬度自動(dòng)調(diào)節(jié)鎖止寬度,可適應(yīng)10kV及以上所有電壓等級(jí)各類型的角鋼塔,無(wú)需購(gòu)買多型號(hào)子類裝置。且內(nèi)鎖止結(jié)構(gòu),與角鋼強(qiáng)力鉚合,可有效防止側(cè)翻和滑移,安全性得到有效保障。
圖8 自適應(yīng)調(diào)節(jié)防墜掛架
3、掛取成功率高
八字掛具和Y型導(dǎo)向槽采用寬裕度設(shè)計(jì),通過(guò)舵機(jī)鎖連接,相比傳統(tǒng)環(huán)抱和勾取的連接方式,能有效消除視差、氣流等帶來(lái)的不利影響,一次性掛取成功率達(dá)100%。
圖9 掛點(diǎn)裝置和柔性載具
4、載具冗余度好
四自由度1.5米柔性連接桿相比70厘米二自由度連接桿,安全冗余度高,飛手操作壓力小,掛取更安全,不易發(fā)生故障和失誤。
5、產(chǎn)品集成度高
本產(chǎn)品部件少、尺寸小、重量輕(箱體尺寸600mm*400mm*200mm、重量約為2kg),通過(guò)橫向測(cè)試,本產(chǎn)品尺寸、重量分別減少約30%和50%。且所有電氣部件從無(wú)人機(jī)取電,無(wú)需提前充電,降低了作業(yè)準(zhǔn)備難度,極大提高了裝置的使用和維護(hù)便捷性。
圖10 集約化產(chǎn)品設(shè)計(jì)
PART THREE
試驗(yàn)檢測(cè)與應(yīng)用
今年4月,委托國(guó)網(wǎng)四川電力應(yīng)急中心對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行飛行試驗(yàn),完成整體結(jié)構(gòu)可靠性驗(yàn)證。委托四川卓越蜀能電力設(shè)備檢測(cè)有限公司對(duì)防墜掛點(diǎn)裝置進(jìn)行拉力檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果為“合格”,并出具檢測(cè)報(bào)告。同時(shí)對(duì)核心承力部件進(jìn)行模擬人高墜仿真試驗(yàn)和X光成像檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果均合格,外觀無(wú)異常,內(nèi)部無(wú)裂紋、損傷,可靠性得到驗(yàn)證。
圖11 防墜掛架X光成像檢測(cè)和拉力檢測(cè)
圖12 仿真沖墜實(shí)驗(yàn)
今年以來(lái),在四川省樂(lè)山市,國(guó)網(wǎng)樂(lè)山供電公司選取了一批符合條件的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了功能性試點(diǎn)應(yīng)用,均圓滿完成各項(xiàng)功能試驗(yàn)驗(yàn)證。
今年7月,在國(guó)網(wǎng)樂(lè)山供電公司實(shí)訓(xùn)基地,完成整體裝備全流程現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,所有功能完成應(yīng)用測(cè)試驗(yàn)證。該裝置成功在3分鐘內(nèi)完成了防墜裝置自動(dòng)掛接和拆除工作,相較傳統(tǒng)手動(dòng)掛取方法,作業(yè)效率有效提升約90%,在保障高空作業(yè)人員安全的同時(shí)有效提高了作業(yè)效率,可行性得到了成功驗(yàn)證。目前,該裝置正在以國(guó)網(wǎng)樂(lè)山供電公司作為試點(diǎn),篩選滿足條件作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)開展實(shí)戰(zhàn)使用,不斷積累應(yīng)用數(shù)據(jù),并進(jìn)行最終完善。
圖13 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
PART FOUR
市場(chǎng)前景
伴隨著電力市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,以及對(duì)高空作業(yè)安全性的日益重視,這一市場(chǎng)顯示出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)潛力。近年來(lái),國(guó)網(wǎng)公司和南網(wǎng)公司都在加速布局無(wú)人機(jī)智能化應(yīng)用,國(guó)家也出臺(tái)了諸多利好政策,市場(chǎng)發(fā)展日趨成熟、市場(chǎng)空間巨大。
2024年國(guó)網(wǎng)四川省電力公司也在全省范圍內(nèi)23家地市單位落實(shí)專項(xiàng)資金,用于該類型產(chǎn)品的推廣使用。目前,該項(xiàng)技術(shù)成果申請(qǐng)專利4項(xiàng)(授權(quán)發(fā)明專利、實(shí)用新型專利各1項(xiàng),受理發(fā)明專利2項(xiàng)),技術(shù)可靠,具有良好前景。
此外該產(chǎn)品不僅符合當(dāng)前電力行業(yè)實(shí)際需求,在能源、通信等行業(yè)也有巨大的應(yīng)用潛力。通過(guò)該產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用,將引導(dǎo)電力行業(yè)進(jìn)一步筑牢安全生產(chǎn)防線,為電力行業(yè)安全穩(wěn)定高質(zhì)量發(fā)展提供有力保障。
END
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