В статье рассмотрены вопросы повышения эффективности эксплуатации электрических сетей путем применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Рассмотрен опыт применения геоинформационной системы (ГИС) при анализе состояния охранной зоны воздушной линии электропередачи (ВЛ) и приведен расчет площади залесенности на основе фотографий с БПЛА самолетного типа. Исходными данными для анализа является информация об опорах ВЛ, загруженная из корпоративной ГИС.
В настоящее время в электросетевых предприятиях очень активно внедряются беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Предпосылками для их внедрения послужили такие факторы, как эффективность обследования просек ВЛ (снижение расходов на обследование инфраструктуры и повышение производительности труда), высокое разрешение изображения (фото), оперативность обнаружения неисправности ВЛ (возможность осмотра ВЛ с ракурса, недоступного с земли).
Основные направления применения БПЛА в электросетевом комплексе:
- поиск места повреждения на ВЛ;
- обследование основного оборудования открытого распределительного устройства;
- обследование просек ВЛ;
- контроль выполнения объема и качества работ;
- выявление фактов безучетного и бездоговорного потребления;
- исследование состояния элементов ВЛ.
В филиале ПАО «Россети Сибирь» — «Кузбассэнерго-РЭС» с целью повышения эффективности эксплуатации электрических сетей с 2018 года реализуется направление использования беспилотных летательных аппаратов. За это время было выполнено более 400 вылетов, что позволило значительно сократить время проведения осмотров ВЛ, а также повысить безопасность персонала в связи с риском подъема на опору электромонтеров.
Содержание трасс ВЛ в нормативном состоянии является важным вопросом эксплуатации электрических сетей. Планирование работ по приведению трасс ВЛ в нормативное состояние проводится в соответствии с нормативно-технической документацией. На периодичность данных работ влияет такой фактор, как скорость прироста основных видов лесообразующих древесных пород, которая зависит от климатической зоны и состояния почвы в местах прохождения трасс ВЛ. Поэтому ГИС просек ВЛ при необходимости позволяет скорректировать графики по расчистке и расширению просек ВЛ.
Рассмотрим ключевые этапы применения БПЛА (рис. 1).
Рисунок 1. Ключевые этапы применения БПЛА
В результате аэрофотосъемки получаем большой объем информации, которую трудно проанализировать при визуальном просмотре в ручном режиме. Существуют проблемы с необходимостью проведения дефектовки и последующей аналитикой полученных результатов. Для эффективного использования данных аэросъемки необходимо использовать программные комплексы, способные выдавать необходимую аналитику. Данные аспекты и легли в основу предлагаемого решения.
Рассмотрим некоторые возможности применения ГИС при анализе состояния охранной зоны ВЛ и расчете площади залесенности на основе фотографий с БПЛА самолетного типа.
Для анализа данных фотограмметрической обработки исходными данными служит информация об опорах ВЛ, загруженная из корпоративной ГИС. Каждый объект слоя «опоры» содержит всю необходимую информацию: название линии, участок, техническое место, тип опоры (рис. 2). На основании этих данных можно производить выборки, находить и визуализировать анализируемые атрибуты.
Рисунок 2. Таблица атрибутов слоя опор
Для определения границы охранной зоны необходимо первоначально подкорректировать положение опор и в соответствии с их типом отрисовать положение крайнего провода (рис. 3).
Рисунок 3. Проекция крайнего провода и охранная зона, разделенная на пролеты
Охранная зона ограничена расстоянием от крайнего провода ВЛ и соответствует номинальному классу напряжения ВЛ. Возможный вариант границы охранной зоны ЛЭП представлен на рисунке 4.
Рисунок 4. Возможный вариант границы охранной зоны на повороте ВЛ
Векторная модель ВЛ и ее охранной зоны позволяет реализовать ряд мероприятий:
- проверять и устанавливать кадастровые границы;
- определять координаты пересечений с дорогами и водными преградами;
- находить несанкционированные строения и свалки в охранной зоне.
Общий вид пересечений с участками дорог различных типов, строений и водоемов в границах охранной зоны, координаты пересечений с ВЛ представлены на рисунке 5.
Рисунок 5. Участки дорог различных типов, строения и водоемы в границах охранной зоны, координаты пересечений с ВЛ
Точки пересечений ВЛ с другими линиями электропередачи требуют особого контроля. Поэтому создается отдельный слой с ВЛ, где линии пересекаются и проходят в границах охранной зоны, выделяются точки пересечений (рис. 6).
Рисунок 6. Точки пересечений ВЛ с железной дорогой и другими линиями электропередачи (таблица пересечений с ВЛ)
При анализе рельефа территории, по которой проходит линия электропередачи, можно построить и сохранить профиль высот на всей ВЛ (рис. 7).
Рисунок 7. Рельеф на всем протяжении ВЛ
Для того чтобы определить высоту над поверхностью, можно использовать подготовленный в фотограмметрическом ПО слой. Стандартные инструменты позволяют измерять любые расстояния, площади и получать информацию по любому объекту (рис. 8).
Рисунок 8. Информация о высоте ДКР в указанной точке
По вершинам слоя с высотами можно определить количество отдельных деревьев, визуализировать и экспортировать эту информацию (рис. 9).
Рисунок 9. Вершины деревьев с указанием высот выше 10 м
Векторизация слоя с высотами позволяет вычислить площадь участков древесно-кустарниковой растительности (ДКР), а пересечение со слоем охранной зоны формирует значения площадей отдельно для каждого пролета (рис. 10).
Рисунок 10. Площадь ДКР в пролете опор 170-171 составляет 0,059 Га, площадь пролета 0,941 Га
Ранее при классификации ДКР анализировали несколько диапазонов высот, но практика использования данных показала, что удобнее работать с общей границей ДКР и слоем высот (рис. 11).
Рисунок 11. Классификация ДКР по 5 отдельным диапазонам высот
Дополнительно можно отобразить профиль ДКР по любой линии, например, по границе охранной зоны отдельного пролета (рис. 12).
Рисунок 12. Профиль высот на границе охранной зоны ВЛ
Каждый векторный слой имеет таблицу атрибутов и позволяет сгруппировать и экспортировать всю необходимую информацию и подготовить для загрузки в любую корпоративную систему. Можно передать уточненные координаты опор точки пересечений с ВЛ или другие полученные при анализе атрибуты и получить значение площади ДКР попролетно в соответствии с заданными требованиями классификации (рис. 13).
Рисунок 13. Таблица атрибутов слоя ДКР
В случае, если выполняется повторный облет ВЛ, которая уже была проанализирована, можно провести экспресс-обработку и синхронизировать отображение участков ВЛ для проведения визуального контроля качества выполнения работ по расчистке охранной зоны. На приведенном примере видно порубочные остатки (рис. 14).
Рисунок 14. Ортофотоплан до расчистки с границами и высотами ДКР (справа), ортофотоплан после расчистки (слева)
Визуализация данных (виртуальный полет) с использованием программного продукта (Agisoft Metashape и т.д.) позволяет выполнить фотограмметрическую обработку цифровых снимков по плотному облаку точек с отображением границ ДКР и охранной зоны, а также позволяет составить полноценную информацию о состоянии охранной зоны ВЛ и смоделировать положение провода в одном пролете ВЛ и обзор с разных ракурсов.
Продемонстрированный способ позволяет повысить эффективность эксплуатации электрических сетей за счет эффективного анализа данных аэросъемки при решении типовых задач. К примеру, в филиале по результатам обследования ВЛ были построены 3D-модели и сформированы таблицы с исходными данными. Полученные материалы позволили сделать оценку залесенности ВЛ и оценить техническое состояние ВЛ. Так в 2024 году в филиале, используя данные технологии мониторинга ВЛ, на участке протяженностью 12,6 км получено более 1600 снимков, в результате обработки снимков выявлено 358 деревьев, определена площадь, подлежащая расчистке просек, которая составила 4,5 Га.
Ссылки на источники, используемые в статье, были удалены. Библиография доступна в оригинальной публикации.
Авторы статьи: Масленников А., Глотов А., Карагодин В., Захаренко С. (все — филиал ПАО «Россети Сибирь» — «Кузбассэнерго-РЭС»).
Опубликовано в журнале «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ», спецвыпуск «Россети» № 2(37), июнь 2025, стр. 2-6.