導 語
2024年10月18日，在“第5屆電力人工智能大會暨第3屆電力行業數字化轉型大會”上，第3屆“智創獎”電力數智化轉型技術創新應用評選結果公布。
國網四川省電力公司樂山供電公司憑借其“一種多場景適用的電力作業防墜通道自動裝拆方法”技術，獲得“電力數字化轉型技術創新獎”。
PART ONE
背景介紹
安全生產是經濟發展的前提和保障，是企業長治久安的重要基石，習近平總書記多次對安全生產作出重要論述，強調必須堅持人民至上、生命至上的發展理念，抓好安全生產工作。據統計，2013年至2022年，全國電力行業發生人身事故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人身事故最主要的致害因素，其主要原因是高處作業失去安全保護。
2023年以來，國家電網有限公司先后印發國網安監〔2023〕663號文和國網安監〔2024〕57號文：明確了輸電線路登高作業的9類典型防墜方式，明確禁用腳釘安全繩等存在安全風險的防墜產品，鼓勵采用機械化、智能化等無人機輔助作業的防墜產品。2024年，國務院安委辦出臺《能源電力系統安全生產治本攻堅三年行動方案（2024-2026年）》，明確要求：推進“機械化換人、自動化減人”，提升電力領域安全生產智能化水平。
考慮到傳統高空作業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、運維難度大、操作難度高等缺陷，團隊通過整合無人機平臺與先進算法技術，構建AI人工智能算法模型，融合人工智能識別技術和多目視覺深度感知技術，可實時計算無人機與桿塔的相對空間位置，實現無人機精準姿態控制與自主航線規劃。
研發出一套基于無人機AI自動掛取的電力高空作業防墜裝置，實現在不改變作業人員傳統登塔習慣的前提下，有效解決了雙鉤安全繩體能消耗大，固定導軌投資成本高、運維難度大，基于無人機掛載的柔性防墜裝置手動掛取操作難度大、對飛手技能要求較高、掛取成功率低，傳統防墜掛架適用性單一等問題，為有效避免高處作業帶來的失保風險提供了新的解決思路，為高空作業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方案。
圖1 傳統防墜方案
PART TWO
創新點
本方法主要實現電力線路高空作業防墜通道掛拆裝置的自動掛取，利用無人機作為平臺，通過軟硬件研發改進，搭載專用防墜裝置和柔性導軌，融合AI視覺智能識別技術和多目視覺SLAM導航控制技術，實現錨定預選掛載區域進行無人機精準姿態控制與自主航線規劃，完成防墜裝置的自動掛/取操作，保護登高作業人員人身安全。
圖2 本產品應用場景
硬件方面
由①無人機快拆件、② 智能控制器、③ 柔性載具、④掛點裝置、⑤ D型主鎖、⑥萬向節、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。整體結構如下圖所示：
圖3 產品硬件配置
圖4 邊緣算力終端
結構方面
邊緣算力終端掛載并連接于無人機上，實現供電并與無人機進行數據交換；
多目攝像頭集成于邊緣算力終端，提供無人機下視角立體視覺感知能力；
鎖止裝置經連接桿與邊緣算力終端連接，實現鎖止裝置的供電和開關控制；
鎖止裝置通過V型導向槽與掛點裝置連接，控制掛點裝置的掛/取操作。
圖5 本產品整體結構呈現
核心優勢方面
1、智能化水平高
自研AI視覺智能識別算法，在無人機防墜領域，首次提出基于多目視覺的空間位置感知技術，實現對目標區域/錨定物的精準深度估計和空間位置標定；首次利用SLAM導航控制技術實現對無人機微小位移量的精確控制，實現無人機精準姿態控制與自主航線規劃，完成防墜裝置自動掛/取操作；自研飛控程序，直接將無人機自主飛控、防墜設備監測和控制集成到大疆M300原生飛控端，監測和控制一屏一人操作，無額外輔助控制終端，減少地面人員數量和操控過程中的頻繁溝通，應用更安全；自研一鍵脫落結構，緊急情況快速脫鉤，保護無人機本體安全。
【自動掛】飛手操作無人機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位后，啟動自動掛任務，無人機自動前往飛手選定點位，完成防墜裝置的自動掛載與鎖止。
【自動取】登高作業結束，飛手操作無人機掛載柔性載具飛至桿塔上方2-4米，啟動自動取任務，智能控制器自動識別掛點裝置位置，自主控制無人機完成掛點裝置連接和拆除。
圖6 自動掛載
圖7 自動掛載
2、可適用場景廣
防墜掛點裝置創新性采用導向彈力鋼索和U型鎖止槽設計，可根據角鋼寬度自動調節鎖止寬度，可適應10kV及以上所有電壓等級各類型的角鋼塔，無需購買多型號子類裝置。且內鎖止結構，與角鋼強力鉚合，可有效防止側翻和滑移，安全性得到有效保障。
圖8 自適應調節防墜掛架
3、掛取成功率高
八字掛具和Y型導向槽采用寬裕度設計，通過舵機鎖連接，相比傳統環抱和勾取的連接方式，能有效消除視差、氣流等帶來的不利影響，一次性掛取成功率達100%。
圖9 掛點裝置和柔性載具
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，不易發生故障和失誤。
5、產品集成度高
本產品部件少、尺寸小、重量輕（箱體尺寸600mm*400mm*200mm、重量約為2kg），通過橫向測試，本產品尺寸、重量分別減少約30%和50%。且所有電氣部件從無人機取電，無需提前充電，降低了作業準備難度，極大提高了裝置的使用和維護便捷性。
圖10 集約化產品設計
PART THREE
試驗檢測與應用
今年4月，委托國網四川電力應急中心對該產品進行飛行試驗，完成整體結構可靠性驗證。委托四川卓越蜀能電力設備檢測有限公司對防墜掛點裝置進行拉力檢測，檢測結果為“合格”，并出具檢測報告。同時對核心承力部件進行模擬人高墜仿真試驗和X光成像檢測，檢測結果均合格，外觀無異常，內部無裂紋、損傷，可靠性得到驗證。
圖11 防墜掛架X光成像檢測和拉力檢測
圖12 仿真沖墜實驗
今年以來，在四川省樂山市，國網樂山供電公司選取了一批符合條件的作業現場進行了功能性試點應用，均圓滿完成各項功能試驗驗證。
今年7月，在國網樂山供電公司實訓基地，完成整體裝備全流程現場驗證，所有功能完成應用測試驗證。該裝置成功在3分鐘內完成了防墜裝置自動掛接和拆除工作，相較傳統手動掛取方法，作業效率有效提升約90%，在保障高空作業人員安全的同時有效提高了作業效率，可行性得到了成功驗證。目前，該裝置正在以國網樂山供電公司作為試點，篩選滿足條件作業現場開展實戰使用，不斷積累應用數據，并進行最終完善。
圖13 現場應用
PART FOUR
市場前景
伴隨著電力市場規模的不斷擴大，以及對高空作業安全性的日益重視，這一市場顯示出強勁的增長潛力。近年來，國網公司和南網公司都在加速布局無人機智能化應用，國家也出臺了諸多利好政策，市場發展日趨成熟、市場空間巨大。
2024年國網四川省電力公司也在全省范圍內23家地市單位落實專項資金，用于該類型產品的推廣使用。目前，該項技術成果申請專利4項（授權發明專利、實用新型專利各1項，受理發明專利2項），技術可靠，具有良好前景。
此外該產品不僅符合當前電力行業實際需求，在能源、通信等行業也有巨大的應用潛力。通過該產品的廣泛應用，將引導電力行業進一步筑牢安全生產防線，為電力行業安全穩定高質量發展提供有力保障。
END
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