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山西青年报对我院电气工程系学生参加技能大赛进行报道

作者: 来源: 发布时间:2023-12-11 11:45:39 点击:

2023年12月11日,山西青年报对我院电气工程系学生参加技能大赛进行报道。

原文如下:

一赛摘“双铜”小小无人机放飞强国梦

2023年11月,环球体育|中国有限公司电气工程系多维创工作室代表山西省参加第十八届“振兴杯”全国青年职业技能大赛学生组创新创效竞赛,一举夺得这项国家级赛事的两项铜奖。
  《火眼金睛”——AI配网巡检赋能者》和《“嗅”外慧中——打造空地一体化的大气监测系统》,这两个获奖项目均以多旋翼无人机为载体,搭配不同效果的自研模块,从而实现不同场景下的无人机应用,助力电网作业、加快绿色转型。
  “从设计研发到反复试验,从实践应用到参加比赛,一路走来,项目团队所有成员都在知识和能力方面得到全方位提升,同时也进一步树立成员们的强国志向,放飞青春梦想。”看到学生取得成绩、获得成长,团队指导老师王沛元和李茜无比欣慰。

实地体察工人艰辛 科技赋能破解难题
  “目前无人机续航时间短,定位精度低,巡检智能化程度不高,难以支撑配电巡检的发展需求。”王沛元介绍说,随着机巡配电线路业务的不断推进和发展,无人机作为配电线路巡检的重要手段之一,正逐渐实现常态化作业。国家相关部门也在不断推进无人机班组建设,完善各类保障支撑体系,逐步形成“机巡为主,人巡为辅”的配电线路巡检新模式。然而,配电设备数量的增加与运维人员数量不足的矛盾日益突出,配电线路运检队伍面临总量缺员和结构性缺员并存的难题。
  2018年初,环球体育|中国有限公司组建了一支以电气自动化技术专业为主体,兼有计算机专业、机械制造技术专业等学生的跨专业、跨系部、跨年级的创新创业团队,并成立多维创工作室,以克服高空机电设备技术难点为主旨,开展技术创新活动。
  “只有真正走近一线的电力巡检人员,我们才能感受到肩上责任的重大,一定要用科技的力量为这些高危户外工作者的安全保驾护航。”李茜讲述了她和王沛元一同带领团队实地考察时的一段经历。
  项目团队在和当地的巡检相关负责人取得联系后,跟着巡检人员开始了一天的巡检作业。一般的电线铁塔都有30至60米的高度,有些特高压塔甚至高达百米,相当于50层楼高。电力巡线员需要先爬上这些铁塔,在悬空的导线上专注作业4个小时,有时候甚至连午饭都要在空中解决,这对于巡线员来说是一项风险极大的工作。这种传统电力巡检方式,一名巡检人员一天一般只能检查6-10个基杆塔。
  “以前没有无人机之前,所有的线路巡检都是我们一个一个脚印走出来的。夏天线路负荷大的时候,很多线路都要去逐一登塔检查,确保用电高峰时的平稳运行,烈日下工作工作服都被汗水泡褪色,工作一段时间就要补水,中暑晕倒这种情况也是常事。在导线上行走的时候也要有非常好的平衡保持,对身体素质要求很高,万一没保持好平衡身体翻了过来,也还是要靠自己的力量爬上去,不然只能等别人救援。”听到一名输电线路老员工的这段讲述,团队成员暗下决心,一定要解决电网巡检的行业难题,为赋能电力巡检贡献一份力量。
  在团队实地实验的过程中,同时也发现了当地的环境污染问题,在本着“发现问题,提出问题,在能力范围内多解决问题”的宗旨下,项目负责人和当地政府取得联系,得到有关部门的许可后,确定了团队的总研究方向——“一条主线,两个道路”。即以多旋翼无人机为载体,搭配不同效果的自研模块,从而打造不同作用的专项作业无人机。在确定好研究方向后,工作室分成两个团队,分别命名为“火眼金睛”团队和“嗅”外慧中团队,在之后的研究过程中,两个团队共同解决可能存在的一切问题,最终促成了项目的转化落地。


“火眼金睛”精准定位 项目落地助力巡检
  “当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革深入发展,国际力量对比深刻调整,世界主要国家纷纷加快布局战略性新兴产业,围绕新兴产业的竞争日趋激烈。”王沛元分析说,“十三五”期间,我国电网基础设施建设实现了高速发展,2020年配电线路总里程已经达到159万公里以上,并且将保持每年约5%的持续增长速度,这对电网的巡检、维护与保养提出了更高的要求。随着机巡业务的不断推进和发展,无人机作为配电线路巡视的重要手段之一,已被用于开展常态化作业,国家电网公司和南方电网公司的相关部门都在不断深化无人机班组建设,完善各类保障支撑体系。
  近年来,国家出台了一系列政策,大力扶持无人机的发展,并进行了无人机领域的多次创新改革,通过培育无人机产业经济增长点,激发消费级无人机市场的增长潜力,拓宽工业级无人机下游应用领域,助力经济结构转型升级。然而,输电设备数量的增加与运维人员不足之间的矛盾日益突出,配电线路运检队伍面临总量缺员和结构性缺员并存的严峻局面。无人机巡检智能化程度不高,应用水平难以满足输电运检发展要求。席卷全球的信息技术革命正在向集成化、泛在化、智能化方向演进,成为社会变革的主要推动力。
  在这一过程中,云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等诸多新思想、新概念、新方法、新技术纷涌而出,正逐渐成为智能电网发展的强大引擎,也极大地推动了无人机技术的创新和发展。
  火眼金睛团队针对 “巡检环境恶劣,且线路贴近建筑和居民区”、“巡检内容繁杂,效率低且危险性高”、“人力成本巨大”、“缺陷定位难度大且准确率低”、“机巡信号干扰强且稳定性差”等问题做了专项的研究,并得到大部分的解决和优化。
  例如,研究多旋翼无人机的飞控装置应用技术,改进算法,提高系统的自适应性,提升配电线路巡检效率;研究5G网联环境下的高精度无人机导航模块应用技术,使无人机定位精度达到厘米级,提升故障率识别率;研究多旋翼无人机电力配电线安全巡检仿真系统,通过平台,受训人员可以从机巡业务、安全意识、操控技能三个方面进行培训;研究图像文本数据特征的提取和结构化转换,对无人机传回的红外热像、视频图像实时分析,评估设备的运行状态。
  “不仅如此,多维创工作室与忻州国家电网、繁峙国家电网等取得合作,赚到了团队的第一桶金。”王沛元说。
  
“嗅”外慧高效监测大气污染无处遁形
  加快绿色转型,是党中央立足全面建成社会主义现代化强国、实现第二个百年奋斗目标,推进中华民族伟大复兴作出的重大战略部署,具有十分重要的意义。
  “随着中国工业化、城镇化的深入推进,能源资源消耗持续增加,大气污染防治压力继续加大。中国大气污染形势严峻,以可吸入颗粒(PM10)、细颗粒物(PM2.5)为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出,损害人民群众身体健康,影响社会和谐稳定。”李茜介绍,多维创工作室就是利用所学专业紧跟党的号召,研发出基于北斗定位的“嗅”外慧中无人机网格化大气监测系统,为环境保护添砖加瓦。
  该团队根据行业问题设计了小型化环境检测装置,建立了网格化环境监测模型,消减了气体监测误差;也改进了轻量化气体检测传感器,使监测系统可同时采集七种气体数据,提升了监测效率;通过基于AFM算法定位技术的研究,结合精密的硬件设计,显著提升了无人机的定位精度;团队也优化了气体数据处理的数学和物理模型,解决了检测系统数据处理不精确的问题。项目在实地实验的过程中,数据检测的“精准稳”更是赢得了检测单位的高度认可。
  “嗅”外慧中的多旋翼无人机主要应用于环境保护、工业巡检、科学研究等领域。通过对无人机飞控系统的研究,实现无人机飞控与基于北斗的RTK定位模块、小型智能环境监测模块、地面站四者之间的无线通信。“嗅”外慧中无人机配置集数据采集、存储、传输和管理于一体的智能环境监测设备,可以科学、准确、实时、便捷、低成本地获取大气污染数据;地面站可以在定位精度达到厘米级的前提下,通过4G网络实现大气参数的实时传输、实时接收、实时处理;通过设定航点的方式,设定网格化监测点,从而实现无人机的自动解锁和自动返航及环境参数的自动监测和实时传输;同时,依据北斗定位系统可以在短时间内高效扫描大片区域,全面分析多种污染物浓度的三维空间分布信息,快速锁定污染源的位置与传输方向;采用点、线、面的单元网格化布局方式,实现区域环境多维一体化监测管理,无需人员值守;在全面掌握、分析污染源排放、气象因素的基础上,采用因地制宜的灵活设点方法进行部署,实时统计各地区、监测点的监测设备数据,并根据各监测点的环境条件及其污染情况,来分析与推测区域内整体的排放情况。
  “保护大气环境是我们每个公民责无旁贷的义务。”李茜说,多维创工作室愿笃行不怠,踔厉奋发,利用所学持续不断研发改进有助于各行各业的应用产品,为人民实现美好生活贡献绵薄之力。


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