Mapowanie 3D w czasie rzeczywistym podstacji elektrycznych za pomocą drona Matrice 300 RTK i skanera Zenmuse L1

Większość ludzi uważa elektryczność za coś oczywistego, dopóki nie nastąpi przerwa w jej dostawie. Dopiero wtedy uświadamiamy sobie, jak bardzo nasze współczesne życie zależy od dobrze utrzymanej infrastruktury energetycznej. Tymczasem nasze zapotrzebowanie na energię stale rośnie. W rzeczywistości światowe zużycie energii gwałtownie wzrosło z 7 323 TWh (terawatogodzin) w 1980 r. do 23 398 TWh w 2018 r.

Aby nadążyć za rosnącym zapotrzebowaniem na energię elektryczną, kraje muszą wytwarzać jej coraz więcej. Pod tym względem Chiny są światowym liderem zarówno w produkcji, jak i konsumpcji energii. Wyprzedzając krzywą popytu, chińska zaawansowana krajowa sieć energetyczna wytwarza energię z wielu źródeł, w tym z węgla, energii słonecznej, wiatrowej, jądrowej i wodnej. Jednak większość chińskich elektrowni węglowych i wodnych znajduje się w zachodniej części kraju, podczas gdy większość obywateli mieszka we wschodniej części.

W związku z tym Chiny zbudowały wiele elektrowni przesyłowych najwyższych napięć (UHV – Ultra High Voltage). Co ciekawe, transmisja UHV pozwala na przesyłanie większej ilości energii elektrycznej na większe odległości przy wyższym napięciu. Jest to również bardziej wydajne niż inne metody przesyłu energii i powoduje mniej zanieczyszczeń.

Po wytworzeniu energii elektrycznej w zachodniej części Chin, energia elektryczna UHV jest przesyłana grubymi kablami i pokonuje duże odległości przez ogromne elektryczne wieże przesyłowe. Ostatecznie trafia do podstacji elektrycznych, gdzie napięcie jest zwiększane lub zmniejszane w zależności od tego, dokąd jest dalej kierowane: do innej podstacji, parku przemysłowego lub dzielnicy mieszkalnej. Podstacje elektryczne są zatem kluczowymi elementami każdej sieci energetycznej, a utrzymywanie ich we właściwym stanie i działaniu ma zasadnicze znaczenie dla globalnej produktywności każdego kraju.

Wszyscy przejeżdżaliśmy obok podstacji elektrycznych i podziwialiśmy ich konstrukcję oraz z ciekawością przyglądaliśmy się wszystkim nietypowym elementom znajdującym się w środku. Z daleka podstacje wyglądają jak ogromna, kosmiczna konstrukcja z poskręcanego metalu i stali. W rzeczywistości, każdy element tych podstacji odgrywa istotną rolę w bezpiecznym przesyłaniu energii elektrycznej. W związku z tym na podstacjach zatrudniony jest duży zespół inżynierów, którzy rutynowo kontrolują infrastrukturę, aby mieć pewność, że prąd będzie płynął 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Jednakże, dokonywanie inspekcji tych struktur pieszo jest niezwykle czasochłonne, kosztowne, a nawet niebezpieczne.

Inspekcja laserem LiDAR za pomocą drona

Aby ułatwić pracę inspektorom stacji transformatorowych, DJI oferuje drona Matrice 300 RTK ze skanerem LiDAR Zenmuse L1. Jest to idealny dron do inspekcji stacji energetycznych, ponieważ posiada sześć czujników unikania przeszkód, które są przydatne podczas latania wokół kabli i obszarów wysokiego napięcia. Zenmus L1 wykorzystuje bardzo dokładną jednostkę pomiarową IMU i moduł Livox LiDAR, wraz z kamerą RGB, całość umieszczona jest na trzyosiowym stabilizowanym gimbalu. To połączenie pozwala na bezproblemowe tworzenie wysokiej gęstości chmur punktów w czasie rzeczywistym.

Aby udowodnić skuteczność Matrice 300 RTK wyposażonego w Zenmuse L1 podczas inspekcji elektrowni, DJI i ich lokalny partner, Cloudstar, zademonstrowali swoje zautomatyzowane rozwiązanie inspekcji dronem w podstacji Kunbei zlokalizowanej w prowincji Yunnan w południowo-zachodnich Chinach. Podstacja ta jest częścią projektu hydroenergetycznego Wudongde, skonstruowanej dla China Southern Power Grid (CSG). Konstrukcja powstała w celu wytwarzania ogromnej ilości energii elektrycznej, o najwyższym na świecie napięciu i moc przesyłowej. Ponadto, liczący 1 452 km długości. Projekt hydroenergetyczny Wudongde dostarcza energię z Yunnan na zachodzie, aż do prowincji Guizhou, Guangxi i Guangdong, a także do Hongkongu i Makau. Oczekuje się, że po ukończeniu projektu będzie on przesyłał rocznie do 33 TWh czystej energii.

Inspekcja elektrowni

Ogólnie rzecz biorąc, zautomatyzowana inspekcja dronem obejmuje planowanie misji i wybór punktów orientacyjnych, zautomatyzowany lot, precyzyjne przechwytywanie danych oraz ich przetwarzanie i analizę. Na początku dron przelatuje nad obszarem inspekcji, aby utworzyć mapę 3D. Po utworzeniu rzeczywistej mapy 3D inżynierowie mogą opracować bardzo szczegółową trasę lotu drona, która obejmuje każdy istotny szczegół podstacji. Aby uzyskać niezwykle szczegółowe dane, Zenmuse L1 wykorzystuje moduł LiDAR, który kieruje impulsowe wiązki światła laserowego na struktury w celu wygenerowania precyzyjnych chmur punktów.

Następnie można wykorzystać oprogramowanie DJI Terra do symulacji toru lotu. Przyjazny dla użytkownika interfejs pozwala inspektorom na szybkie wprowadzanie korekt lotu.

Zautomatyzowana inspekcja

Po ustawieniu ścieżki lotu operator może wykonać lot dronem w ramach wyznaczonej misji i jeszcze dokładniej dostosować kąty kamery, ustawienia gimbala i punktów orientacyjnych. Następnie inżynierowie mogą po prostu uruchomić automatyczną inspekcję drona, kiedy tylko zechcą, a dron wykona dokładnie taki sam lot i zrobi dokładnie takie same zdjęcia za każdym razem, gdy będzie wykonywał misję.

Nie tylko upraszcza to proces inspekcji, ale także zapewnia inżynierom bibliotekę danych historycznych zarejestrowanych przez kamery drona. Dzięki temu inspektorzy mogą porównywać obrazy z drona w danym czasie i łatwiej wykrywać wady w infrastrukturze.

W efekcie końcowym podstacje mogą być kontrolowane częściej i bardziej szczegółowo, inspektorzy są bezpieczni, firma oszczędza czas i pieniądze, usterki i uszkodzenia infrastruktury są łatwiejsze do zauważenia, a odbiorcy korzystają z ciągłego, nieprzerwanego przepływu energii elektrycznej.

W podstacji Kunbei, M300 z Zenmuse L1 wykonywał 8-minutowe misje, które obejmowały 43 punkty orientacyjne i wygenerowały 120 obrazów w wysokiej rozdzielczości. Dron objął obszar o wymiarach
306 m x 120 m i bez trudu przeleciał przez sekcje podstacji podatne na wysoki poziom promieniowania elektromagnetycznego. Kiedy dron powracał po każdym zaprogramowanym locie, inżynierowie z łatwością generowali dopracowany model 3D w ciągu kilku minut za pomocą oprogramowania DJI Terra, a następnie analizowali dane. W ten sposób zespół był w stanie szybko śledzić wszelkie zmiany strukturalne w podstacji.

Zdumiewające wyniki

Po wdrożeniu zautomatyzowanej inspekcji dronem zespół CSG odkrył, że inspekcja dronem była o 500% bardziej efektywna niż piesza inspekcja przeprowadzana wyłącznie przez człowieka. Co więcej, zautomatyzowana inspekcja dronem wyeliminowała problemy związane z bezpieczeństwem, zmniejszyła koszty i znacznie poprawiła wydajność.

Po zastosowaniu dronów DJI w licznych podstacjach, zespół CSG odkrył, że zautomatyzowana inspekcja dronami DJI jest krytycznym elementem w utrzymaniu ciągłości pracy sieci energetycznej w Chinach.

„Wykorzystując zautomatyzowaną inspekcję za pomocą dronów firmy DJI, zapewniamy bezpieczny przesył energii hydroelektrycznej z Yunnan na zachodzie aż do wschodniego wybrzeża Chin i dalej. A posiadanie spójnej i niezawodnej energii w całym regionie nie tylko stanowi bodziec dla gospodarki, ale także zapewnia, że nasi klienci mogą prowadzić bardziej produktywne życie.”

Dan Wang, zastępca kierownika podstacji Kunbei

Do tej pory drony DJI przeprowadziły inskepcje ponad 400,000 kilometrów linii energetycznych w całych Chinach, co stanowi ponad 30% wszystkich linii w Chinach.

Współpraca z zespołem CSG i pomyślne wdrożenie zautomatyzowanej inspekcji za pomocą dronów w chińskiej krajowej sieci energetycznej było ważnym kamieniem milowym dla DJI. Patrząc w przyszłość, DJI planuje wprowadzić bardziej wydajne, bardziej inteligentne i bardziej przyjazne dla użytkownika zautomatyzowane rozwiązania do inspekcji dronami, które pomogą inżynierom szybciej i skuteczniej kontrolować podstacje, transformatory, wieże transmisyjne i inne istotne aspekty sieci energetycznej.

Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak drony są wykorzystywane podczas inspekcji linii energetycznych, kliknij tutaj.

Aby uzyskać więcej informacji na temat tego, jak wdrożyć zautomatyzowaną inspekcję za pomocą dronów w Twojej firmie, skontaktuj się z nami klikając tutaj.