АНДРЕЙ АФАНАСЬЕВ, НАЧАЛЬНИК СЛУЖБЫ «АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ» ФИЛИАЛА «ЮЖНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ» ОАО «ИРКУТСКОЙ ЭЛЕКТРОСЕТЕВОЙ КОМПАНИИ».

Опыт эксплуатации беспилотных летательных аппаратов в ОАО «ИЭСК», техническое обеспечение, обработка и систематизация данных. Основные направления применения БПЛА в производственном процессе электросетевого предприятия

Применения беспилотников на практике. Как дроны помогают следить за ЛЭП. Технические возможности дронов.
Поделитесь лекцией в соцсетях:
В настоящее время беспилотники получают все большее распространение. В основном получили распространение квадрокоптеры, или, как их еще называют, дроны. Одна из целей нашего проекта, который реализуется в «Иркутской электросетевой компании» (методы и способы обкатываются в филиале «Южных электрических сетей»), — это осмотр линий электропередач, обеспечение бесперебойной работы ЛЭП и в конечном итоге качественное обслуживание потребителей.
Чем помогают дроны на ЛЭП?
Главная цель — повышение производительности труда, и в том числе, обеспечение безопасности работы персонала на линиях электропередач. Задачи проекта: разработка методики проектов методами бесконтактного обследования, разделение видов работ по типам летательных аппаратов и навесного оборудования, разработка программ полетов по маршрутам с заданными координатами, подготовка комплекса тренажеров и обучающих программ для персонала и разработка программ работы и производственных инструкций для технического персонала, а также обучение сотрудников с навыком работы.

В итоге мы должны получить рекомендации по комплектованию остальных филиалов «Иркутской электросетевой компании» каким-то комплектом оборудования.

Не менее важно обеспечение безопасности при производстве работ. Когда мы работаем с помощью беспилотников, персонал не входит в зону высокого напряжения, не подвергается электромагнитному облучению, ему не приходится подниматься на высоту. Особенно это характерно для нашей местности с перепадом высот до 300 метров, на которых стоят опоры линий электропередач. Монтажник не только должен добраться до этой опоры, он должен поднять с собой страховочное оборудование и после этого, уже уставший, подниматься на линии электропередач.
И к тому же, просеки, поросшие свежей растительностью, трудно проходимы, в них живет много насекомых, в том числе энцефалитные клещи. В этом году в северные районы пришло очень много медведей, а так как весенние осмотры у нас осуществляются в период их агрессивности, то у многих работников есть опасения такой неприятной встречи с животным.

Наша задача — обезопасить работника, отделить его от внешних факторов. Работник может находиться или на открытой местности и обследовать за несколько километров линии электропередач, или находиться в оборудованном транспортном средстве. Таким образом мы решаем задачу безопасности сотрудников. И основное, конечно, — это работа на высотах, уменьшение верхолазных работ.

В нашем проекте упор сделан на персонал, который занимается обслуживанием и ремонтом линий электропередач: это, как правило, электромонтер или мастер.

В ходе работы над проектом были подготовлены инструкции как по эксплуатации летательного аппарата, так и по осмотру линий электропередач.

Основные средства, которые были использованы в ходе реализации проекта, можно разделить на технические и программные.

Выбор техники для исследования ЛЭП
Технические: линейка DGI — это квадрокоптеры, которые были выпущены в 2016 году. «Phantom 3» — недорогой, неприхотливый аппарат, который предназначен в основном для обучения и для работы электромонтера районных сетей. «Matrix 100» — это модульный аппарат, который позволяет не только навешивать на него различного вида оборудование, но имеет открытую архитектуру для последующего программирования.

И «Inspire 1» — аппарат с очень мощной камерой, которая может управлять всеми параметрами фото- и видеосъемки. И еще он двухпультовый, то есть одновременно им могут управлять два человека. Например, один управляет полетом, другой управляет самой камерой, так как в этом аппарате у нас реализована не только функция вращения камеры, но и функция зумирования, управления фокусом и так далее.

Достоинства линейки DJI состоит в том, что все эти аппараты имеют довольно умеренную цену. Они выпускаются или массово, или достаточно крупными сериями. У них развитое программное обеспечение и самое главное — большая передача видеоизображения на расстояние. У наших аппаратов — до 4 километров, причем высококачественного видеоизображения, а у новых аппаратов это расстояние увеличено до 8 километров.

Программы для работа с дронами
Программное обеспечение делится на обеспечение для управления полетом: это ручное программное обеспечение; программа с отображением траектории полета; программа, которая позволяет задать маршрут полета по точкам с координатами; программа облета объекта по заданному радиусу и программа полета по заданному направлению с заданной скоростью.

С облетом опоры все понятно: задается радиус и точка, относительно которой аппарат разворачивается, держа камеру на данную, например, опору, объект. Направление полета мы задаем на горизонте, выделяем объект, например, ту же самую опору ЛЭП и даем скорость движения аппарату; он идет с заданной скоростью в данном направлении. Вот это демонстрируется полет по точкам, по координатам в режиме аэрофотосъемки.

Не менее важной при этом является база данных для обработки и хранения информации, которая получена беспилотником. На это в нашем подразделении сделан особый упор, потому что при полете, какую бы вы ни выполняли функцию — аэрофотосъемку или простое фотографирование — вы сразу получаете набор координат и набор высот, которые можно заносить напрямую в базу данных. Там же мы имеем точки старта, фото и видео объектов и окружающей среды относительно этих объектов. При этом можно автоматически формировать стандартные бланки осмотров, но уже привязанные к географическим координатам — такой стандартный бланк с фотографией и географическими координатами, где обнаружены дефекты или что-то определено.

В дальнейшем на основе собранной информации предполагается разрабатывать обратную связь. Речь идет о расчете маршрута полета по полученным координатам. Зная обстановку по линии электропередач, зная координаты опор, зная положение солнца в определенное время и так далее, можно рассчитать направление полета, маршрут полета и то, какое положение будет занимать квадрокоптер относительно линии электропередач.

Базы данных по итогам исследований
Не могу не упомянуть о тех разработках, которые ведутся в наших подразделениях электросетевой компании. У нас создается база данных, в основу которой положен редактор топологии электрических сетей.

Это иерархическая база данных, которая охватывает все: от подстанций до линий электропередач, трансформаторных подстанций. В перспективе каждая опора будет описана.

Еще хочу сказать, что эти базы данных имеют представление в виде таблиц по уровням детализации, в виде графических обычных схем и в виде расположения этих объектов на карте.

У нас предполагается использовать подобную технологию для построения так называемых распределительных сетей. Мы сняли несколько районов населенных пунктов таким образом, что, получая набор, предположим, из 300-600 фотографий, можно создать карту с большой детализацией.

А так как каждая фотография имеет координату центра, на такой схеме или на такой карте мы имеем массив координат широты и долготы. То есть располагая объекты на карте, мы автоматически в базе данных сохраняем не только объект, но и его координаты.

В качестве основных объектов по осмотру линий электропередач нами была выбрана линия 500 киловольт, которая проходит по югу Байкала, от Ключей до границы нашей ответственности, Выдрино, и еще одна труднодоступная линия, которая идет в районе Листвянки, от подстанции Туристская до поселка Большие Коты. Это 35 киловольт. Внеплановым был осмотр линии ЗМЗ-Замзор на северо-западе Иркутской области.

Объектами исследования также стали строящиеся объекты - мы наблюдали за работой подрядных организаций. Были выполнены объемы работ, расставлено электротехническое оборудование и в трех населенных пунктах — Мурино, Баклаши и Большие Коты — сняты полностью для построения карт и поопорных схем.

Еще был проведен эксперимент по считыванию показаний счетчиков в населенном пункте малоэтажной застройки.

Этапы работы с дронами
Практика показала, что методы по осмотру и поиску дефектов можно сразу разделить на этапы.

Первое — разведка и поиск дефекта. Он выполняется небольшим аппаратом-разведчиком. Для этого подходит аппарат типа Phantom 3 и, возможно, в дальнейшем будем смотреть новые серии, новый аппарат, это Mavic.

Следующее — локализация дефекта. Для этого нужен тяжелый аппарат с зумовой камерой, который бы уже к подозрительному месту или предполагаемому месту дефекта подлетел, сфотографировал и точно зафиксировал, что мы имеем дефект: разорванный трос или провод.

Третий этап — это оценка дефекта. Для этого нужен тяжелый аппарат с зумовой камерой с регулировкой фокуса, подстройки. Все это осуществляется в полете таким образом, чтобы можно было просчитать количество разорванных волокон на тросе.

Благодаря этим данным мы можем принять дальнейшее решение разных проблем: в какие сроки производить ремонтные работы, каковы объемы работ, следует ли заменять провод на опоре или достаточно опустить один конец и сделать бандаж провода.

Проблемы в работе с дронами
Какие проблемы стоят в настоящее время перед нашим проектом? Во-первых, это, конечно, психологические. Персонал опасается, и нужны большие часы для тренировок. Нужно примерно 100-150 часов, чтобы боязнь потерять достаточно дорогое устройство перестала довлеть над сотрудниками.

Кроме того, требуется разработка и внедрение поисковых систем в виде маяков и пеленга радиостанциями в ситуациях, когда у нас отсутствует сотовая связь.

Не менее важна разработка и совершенствование программы обеспечения по управлению полетом. Позиционирование всех беспилотников осуществляется с помощью спутниковой группировки. Точность сигнала, которая имеется для гражданского использования, не очень высокая. Военные держат за собой точные сигналы позиционирования объектов, плюс некоторую погрешность вносит ионосфера. И группировка спутников меняется где-то с цикличностью в восемь суток. Таким образом, мы должны как-то обеспечивать достаточно точный полет, особенно по узким просекам.

Предлагается в дальнейшем разрабатывать интеллектуальные системы, основанные, во-первых, на распознавании образов. То есть все современные беспилотники уже имеют встроенную систему распознавания образов. На бытовом уровне это люди, животные, машины и так далее. Задача состоит в том, чтобы распознать образ опоры, потому что опора у нас, в общем-то, представляет собой достаточно простую геометрическую фигуру.

Если мы в наших базах данных будем отражать паспортные данные опор, их типы, геометрию, то распознавание образа опоры и определение ее модели не составит большого труда. Так, остается только сделать захват опоры и рассчитать маршрут полета.

Следующее — это облет данной опоры ЛЭП вокруг с заданным каким-то радиусом с учетом габаритов и с учетом окружающей обстановки, потому что иногда на некоторых линиях электропередач деревья и сопки выше, чем сама опора линии электропередач.

Распознавание проводов. Если мы в базе данных имеем паспортные данные о геометрии опор, расстоянии между проводами, мы можем заложить шаблон распознавания расстояния между проводами. Попросту говоря, если аппарат поднимается выше, то тогда у нас картинка сжимается по отношению к шаблону.

Технологические новинки
И еще я хотел рассказать о новой линейке DJI. Вот компактный Mavic PRO, это Spark, который весит 280 граммов, в общем-то, он идеален для бытового использования. Это Inspire, в основном он используется для кинематографии. Есть еще промышленный дрон, который абсолютно адаптирован для энергетики: в него встроена 30-зумовая камера, тепловизор и курсовая камера. Таким образом на планшет может передаваться сразу три изображения. У всех них 30-минутное время полета, есть предупреждение о препятствии.

И последний гаджет, о котором я бы хотел сказать, – беспилотный кликер. Это виртуальный шлем, который, немножко изменил у нас технологии производства осмотров. С помощью технологии виртуального шлема с хорошей картинкой и отображением всей информации на экране мы убрали позицию «Просмотр фото на видео», потому что принятие решений осуществляется практически сразу. Фотографирование и видеозапись осуществляется только для составления отчета. И вот такая комплектация предлагается для расширения, для внедрения в филиалы Электросетевой компании. Все аппараты 2017 года могут работать с виртуальным шлемом.

Вопросы Андрею Афанасьеву

Вопрос: Каким образом можно использовать беспилотные летательные аппараты, если законодательство это ограничивает, а если не ограничивает, то предлагает сложную бюрократическую процедуру регистрации дрона?

А.А.: Во-первых, все наши дроны имеют ограничения. Зона аэропортов для них закрыта, они там просто не стартуют. Стадионы и центральные городские учреждения — они там тоже не стартуют, все они закрыты для дронов.

Я на примере Иркутска расскажу, из зоны аэропорта. Да, надо получить разрешение на полеты именно в городе Иркутске. У других зон есть разделение: А, В, С.

Зоны В и С уже не требуют разрешения, а только уведомление. Плюс, конечно, мы ждем, что наше законодательство для электросетевой компании решит вопрос, потому что все зоны ЛЭП, вышки сотовой связи запрещены для полетов любых видов летательных аппаратов, имеется в виду — пилотируемых. То есть они уже у них на картах все обозначены как красная зона, и никто им там маршрута полета не дает.

Поэтому если законодательно будет решено, что в охранной зоне линии электропередач на высоте 100 метров мы можем осуществлять свои работы, то может быть, нам тогда и не надо будет получать уведомительный документ.

Но на самом деле, конечно, мы все свои аппараты будем регистрировать. Это делается на интернет-сайте положенным порядком. Если мы будем где-то что-то снимать в городских условиях или населенных пунктах, там потребуется разрешение местной администрации. Оно отправляется в разрешительную гражданской авиации, ответ приходит в течение нескольких часов. Вот так обстоит дело.

Вопрос: Я же правильно понимаю, что все ваши дроны так или иначе в любой момент своего полета визуально управляются оператором откуда бы то ни было? То есть оператор может находиться близко от дрона, оператор может находиться где-то далеко, но визуальный контроль постоянно осуществляется.

Если это так, то можем ли мы в ближайшей перспективе ждать автономных полетов? То есть оператор его выпустил с базы, грубо говоря, он улетел, час пролетал, вернулся.

А.А.: Нет, вы не увидели, там была вторая программа — «Полет по координатам». Я вам объясню, как это выглядит физически. Я буквально на месте, на планшете, на карте набрасываю вот эту схему, бросил пульт, отошел, транзакция прошла в аппарат, он взлетел, летит сам с заданной скоростью. Я вообще могу не ходить. Он прилетел, завис надо мной, начинает посадку.

Мы стремимся к тому и пытаемся развивать программное обеспечение, чтобы дрон мог уходить и за радиус действия работы аппаратуры, потому что если нам понятны координаты опор, то есть ограничение только в заряде батареи. При полете 60 километров в час в идеале вы понимаете, что искать оборванный провод можно на расстоянии 30 километров в одну сторону. А если в две стороны — заменил батарею и еще 30 километров, в другую сторону. Это в идеале. Идея примерно такая.

Вопрос: Как дроны работают в условиях нашего климата? Допустим, если дрон будет работать на морозе, как долго будет держаться батарея? Литий-ионные батареи мерзнут быстро. Допустим, тот же телефон взять: они быстро умирают.

А.А.: Основная проблема при запуске дрона — температура его батареи должна быть 15 градусов. Хранить их нужно или в нагрудных карманах, или под стеклом в машине. Вставляешь, запускаешь дрон — нагрев пошел автоматом. Matrice 200 — аппарат, который полностью адаптирован и для холода, и для энергетики. У него есть подогрев батареи. Это модель 2017 года. Я еще, правда, не видел ее ни у кого.
Другие лекции сессии «Энергия Сибири»
© 2017 En+ Group Ltd.
Образовательный проект. Проект группы компании En+ Group Ltd.