导 语
2024年10月18日，在“第5届电力人工智能大会暨第3届电力行业数字化转型大会”上，第3届“智创奖”电力数智化转型技术创新应用评选结果公布。
国网四川省电力公司乐山供电公司凭借其“一种多场景适用的电力作业防坠通道自动装拆方法”技术，获得“电力数字化转型技术创新奖”。
PART ONE
背景介绍
安全生产是经济发展的前提和保障，是企业长治久安的重要基石，习近平总书记多次对安全生产作出重要论述，强调必须坚持人民至上、生命至上的发展理念，抓好安全生产工作。据统计，2013年至2022年，全国电力行业发生人身事故445起、死亡643人，其中，高坠事故147起、死亡194人，分别占比33.03%和30.17%，高处坠落已成为电力行业人身事故最主要的致害因素，其主要原因是高处作业失去安全保护。
2023年以来，国家电网有限公司先后印发国网安监〔2023〕663号文和国网安监〔2024〕57号文：明确了输电线路登高作业的9类典型防坠方式，明确禁用脚钉安全绳等存在安全风险的防坠产品，鼓励采用机械化、智能化等无人机辅助作业的防坠产品。2024年，国务院安委办出台《能源电力系统安全生产治本攻坚三年行动方案（2024-2026年）》，明确要求：推进“机械化换人、自动化减人”，提升电力领域安全生产智能化水平。
考虑到传统高空作业防坠方案均需要深度的人工参与，不同程度存在体力消耗多、运维难度大、操作难度高等缺陷，团队通过整合无人机平台与先进算法技术，构建AI人工智能算法模型，融合人工智能识别技术和多目视觉深度感知技术，可实时计算无人机与杆塔的相对空间位置，实现无人机精准姿态控制与自主航线规划。
研发出一套基于无人机AI自动挂取的电力高空作业防坠装置，实现在不改变作业人员传统登塔习惯的前提下，有效解决了双钩安全绳体能消耗大，固定导轨投资成本高、运维难度大，基于无人机挂载的柔性防坠装置手动挂取操作难度大、对飞手技能要求较高、挂取成功率低，传统防坠挂架适用性单一等问题，为有效避免高处作业带来的失保风险提供了新的解决思路，为高空作业提供了一种更加安全可靠、便捷易用、智慧高效的防坠落保护方案。
图1 传统防坠方案
PART TWO
创新点
本方法主要实现电力线路高空作业防坠通道挂拆装置的自动挂取，利用无人机作为平台，通过软硬件研发改进，搭载专用防坠装置和柔性导轨，融合AI视觉智能识别技术和多目视觉SLAM导航控制技术，实现锚定预选挂载区域进行无人机精准姿态控制与自主航线规划，完成防坠装置的自动挂/取操作，保护登高作业人员人身安全。
图2 本产品应用场景
硬件方面
由①无人机快拆件、② 智能控制器、③ 柔性载具、④挂点装置、⑤ D型主锁、⑥万向节、⑦高空防坠自锁器、⑧地面端穿绳式自锁器、⑨安全绳与收绳器组成。整体结构如下图所示：
图3 产品硬件配置
图4 边缘算力终端
结构方面
边缘算力终端挂载并连接于无人机上，实现供电并与无人机进行数据交换；
多目摄像头集成于边缘算力终端，提供无人机下视角立体视觉感知能力；
锁止装置经连接杆与边缘算力终端连接，实现锁止装置的供电和开关控制；
锁止装置通过V型导向槽与挂点装置连接，控制挂点装置的挂/取操作。
图5 本产品整体结构呈现
核心优势方面
1、智能化水平高
自研AI视觉智能识别算法，在无人机防坠领域，首次提出基于多目视觉的空间位置感知技术，实现对目标区域/锚定物的精准深度估计和空间位置标定；首次利用SLAM导航控制技术实现对无人机微小位移量的精确控制，实现无人机精准姿态控制与自主航线规划，完成防坠装置自动挂/取操作；自研飞控程序，直接将无人机自主飞控、防坠设备监测和控制集成到大疆M300原生飞控端，监测和控制一屏一人操作，无额外辅助控制终端，减少地面人员数量和操控过程中的频繁沟通，应用更安全；自研一键脱落结构，紧急情况快速脱钩，保护无人机本体安全。
【自动挂】飞手操作无人机挂载柔性防坠装置飞至杆塔上方2-4米，在遥控器画面中选取挂载点位后，启动自动挂任务，无人机自动前往飞手选定点位，完成防坠装置的自动挂载与锁止。
【自动取】登高作业结束，飞手操作无人机挂载柔性载具飞至杆塔上方2-4米，启动自动取任务，智能控制器自动识别挂点装置位置，自主控制无人机完成挂点装置连接和拆除。
图6 自动挂载
图7 自动挂载
2、可适用场景广
防坠挂点装置创新性采用导向弹力钢索和U型锁止槽设计，可根据角钢宽度自动调节锁止宽度，可适应10kV及以上所有电压等级各类型的角钢塔，无需购买多型号子类装置。且内锁止结构，与角钢强力铆合，可有效防止侧翻和滑移，安全性得到有效保障。
图8 自适应调节防坠挂架
3、挂取成功率高
八字挂具和Y型导向槽采用宽裕度设计，通过舵机锁连接，相比传统环抱和勾取的连接方式，能有效消除视差、气流等带来的不利影响，一次性挂取成功率达100%。
图9 挂点装置和柔性载具
4、载具冗余度好
四自由度1.5米柔性连接杆相比70厘米二自由度连接杆，安全冗余度高，飞手操作压力小，挂取更安全，不易发生故障和失误。
5、产品集成度高
本产品部件少、尺寸小、重量轻（箱体尺寸600mm*400mm*200mm、重量约为2kg），通过横向测试，本产品尺寸、重量分别减少约30%和50%。且所有电气部件从无人机取电，无需提前充电，降低了作业准备难度，极大提高了装置的使用和维护便捷性。
图10 集约化产品设计
PART THREE
试验检测与应用
今年4月，委托国网四川电力应急中心对该产品进行飞行试验，完成整体结构可靠性验证。委托四川卓越蜀能电力设备检测有限公司对防坠挂点装置进行拉力检测，检测结果为“合格”，并出具检测报告。同时对核心承力部件进行模拟人高坠仿真试验和X光成像检测，检测结果均合格，外观无异常，内部无裂纹、损伤，可靠性得到验证。
图11 防坠挂架X光成像检测和拉力检测
图12 仿真冲坠实验
今年以来，在四川省乐山市，国网乐山供电公司选取了一批符合条件的作业现场进行了功能性试点应用，均圆满完成各项功能试验验证。
今年7月，在国网乐山供电公司实训基地，完成整体装备全流程现场验证，所有功能完成应用测试验证。该装置成功在3分钟内完成了防坠装置自动挂接和拆除工作，相较传统手动挂取方法，作业效率有效提升约90%，在保障高空作业人员安全的同时有效提高了作业效率，可行性得到了成功验证。目前，该装置正在以国网乐山供电公司作为试点，筛选满足条件作业现场开展实战使用，不断积累应用数据，并进行最终完善。
图13 现场应用
PART FOUR
市场前景
伴随着电力市场规模的不断扩大，以及对高空作业安全性的日益重视，这一市场显示出强劲的增长潜力。近年来，国网公司和南网公司都在加速布局无人机智能化应用，国家也出台了诸多利好政策，市场发展日趋成熟、市场空间巨大。
2024年国网四川省电力公司也在全省范围内23家地市单位落实专项资金，用于该类型产品的推广使用。目前，该项技术成果申请专利4项（授权发明专利、实用新型专利各1项，受理发明专利2项），技术可靠，具有良好前景。
此外该产品不仅符合当前电力行业实际需求，在能源、通信等行业也有巨大的应用潜力。通过该产品的广泛应用，将引导电力行业进一步筑牢安全生产防线，为电力行业安全稳定高质量发展提供有力保障。
END
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