輸電線路無人飛機巡線技術研究

周辰峰

摘要：無人飛機作為現在高壓輸電線路巡線關鍵技術方式，其飛機穩定性、飛機操控性、飛機位置定位系統及飛機攝像性能都作為關鍵性能指標進行研究。無人飛機能克服各種自然地理條件，對鐵塔、輸電線路、金具等運行狀態進行監視，將無人飛機替代人工應用于高壓輸電線路巡線工作，大大提高了巡線效果，能及時發現人工對輸電線路巡線所不能發現的故障。無人飛機巡線作為電力系統發展的新技術，適應智能電網建設發展，對于長距離、大跨度輸電線路能準確發現故障，使得運行人員能及時處理故障，為電網安全穩定運行保駕護航。無人飛機應用前景作為一項新興技術，將是電網發展研究的重點課題。

關鍵詞：無人飛機；高壓輸電線路；飛行巡線

0 引言

高壓輸電線路涉及多種不同地形，發布地點眾多，通過山川河流、森林沼澤、巖石湖泊、公路橋梁、江河湖海等復雜的地理自然環境，高壓線路及鐵塔、桿塔受自然環境影響，受機械應力影響，外力破壞產生斷線、倒塌、腐蝕、老化等破壞，線路懸掛絕緣子還受到雷擊破壞造成的樹枝觸碰所造成的輸電電路短路接地、閃絡放電等樹害影響，人為偷竊電力桿塔、偷竊電力線路、絕緣金具現象，對破壞電力設施的人員必須及時處理。傳統人工巡線存在效率低、巡線效果差、危險系數高等風險，特別是在艱苦自然條件環境下巡線時，如對山區縱深內部巡線及跨越江河湖海的線路巡視時，都存在極大的危險性。在發生雨雪冰凍災害、洪澇災害、地震火山泥石流海嘯災害時，如果進行人工巡線，所耗費人力成本大、浪費時間，可能導致發現故障線路區域時間晚，延誤搶修送電時間，同時一些必須做的巡視項目是人工巡線所不能完成的。

1 無人飛機技術介紹

電力電子技術、航空監測技術、微電子技術，計算機信息技術、地理信息實時技術、紅外圖像識別技術集中應用在無人飛機上，從而集多種高科技手段所開發的一項新技術。其包括飛行航空、航空拍照、遠距離巡線、地理信息、衛星導航等多個高尖技術領域。無人飛機可以不受地理自然條件限制，任何時間段都可以開展高空遠距離攝像，應用于包括地圖測繪、航拍、運動、軍事、偵察、抗災等各個領域。由于無人飛機控制技術的發展，可以進行地理位置實時定位、測量遙感數據實時傳送、GPS衛星定位控制，操作過程簡單可靠、運行穩定。

（1）控制距離。在視線所能看到范圍內，一般距離為5～7km；定速自動巡航、GPS巡航、如果對速度有特殊要求可以達到40km。

（2）飛行距離限制和條件限制。飛行可以到達視線范圍內為7～9km，在小雨、小雪、低于風速3級之內均可以起飛。

如圖1所示，是無人飛機巡線系統模式圖。

2 無人飛機實用化的關鍵技術

應用于高壓輸電線路巡線的無人飛機，其實用化的關鍵技術有以下幾項：

（1）飛行遠程控制技術。由于高壓輸電線路距離長、線路檔距大、弧垂大，且經常跨越林木區、河流，桿塔距離附近沿線公路較遠，所以要求遠程飛行遙控距離盡可能遠，無人飛機和地面控制終端進行圖像聲音傳送，地面操控人員在地面終端負責接收相關圖像視頻，地面終端具備GPS線路主動控制、地圖控制、輸電線路桿塔遠距離紅外識別技術，從而將輸電線路巡線時間大大降低。

（2）無人飛機穩定技術。無人飛機在巡線飛行過程中要求穩定飛行，機身不抖動，無人飛機所攜帶的攝像頭要求穩定拍攝，傳回地面控制終端的畫面要清晰穩定，沒有抖動。為達到這一要求，可以安裝抗震動能力好的機身可見、紅外熱像攝像設備，攝像機能根據紅外影響以及分辨率自動控制攝像功能，可以拍攝高分辨率、高清視頻照片、完成傳送地面基站。

3 無人飛機應用效果

將攝像機安裝在無人飛機機身下部，利用攝像機拍攝，地面運行人員在可以操控的范圍操控無人飛機，這是早期無人飛機的應用情況，在無人飛機飛回后將攝像機內的圖像導出。如圖2所示，是無人飛機應用于輸電線路效果圖。無人飛機在飛行當中存在不穩定因素，同時攝像機快速對焦、抗抖動功能不健全。

對于明顯故障現象，如輸電桿塔倒塌腐蝕、輸電線路斷線、絕緣子掉落等，但對于一些剛開始不太明顯的線路閃絡放電、雷擊閃絡、污穢閃絡、輸電線路發熱、絕緣子開列、金屬夾具變形等問題還不能準確識別，需要提高攝像機自動識別能力。另外一種是利用無人飛機遙測遠程控制回傳技術，將紅外熱像儀的信號傳送地面終端進行組圖分析，還原故障畫面。無人飛機巡線由兩人進行，一人專職操縱飛機，一人監視地面屏幕。在有隱患部位進行重點懸停拍攝監視，在進行監視可疑線路部位的同時，進行高清影像拍攝。如果進行光感拍攝，要在晴朗、光照度強的天氣進行；如果進行紅外成像拍攝，要在日照不明顯的天氣，才可以發現發熱點。操控無人飛機沿著輸電線路正上方飛行，為避免攝像機逆光拍攝，無人飛機不能在逆光側飛行，飛機軌跡要預先制定好，不能在飛行過程中抖動。出現軌跡不確定因素，操控過程中盡量使飛機飛行平穩，若需變動時，靠改變飛機飛行軌跡來實現。在升級的無人飛機上，為了自動瞄準成像，在飛行器上配備陀螺穩定系統一次成像，然后進行精確成像分析。

現在用于輸電電路巡線的無人飛機，已經具備了電子地圖GPS導航、輸電桿塔自適應識別、紅外探測等技術，無人飛機可以自動巡線，設定路徑。自動跟蹤線路控制，使無人飛機可以盡量縮短與輸電線路的距離。無人飛機飛行穩定，并且可以配備專用攝像裝備，具有高強度抗抖動、抗電子干擾的功能。

（1）無人飛機與有人飛機和飛艇遙感相比，大大節約成本，不用雇用飛機駕駛員或者飛艇駕駛員，更重要的是，不用對天氣環境有很高要求，在小雨、小雪等天氣下均可以順利起飛，這對于緊急情況下的輸電線路巡線，有很好的應急能力。

（2）無人飛機不受氣象、地理條件的影響。無人飛機適用于相對惡劣的天氣環境，在雨雪冰凍、臺風、暴雨的飛行環境中，也能完成巡線任務，特別勝任高危巡線任務；沒有人員傷亡的危險，其高機動性、環境適應性以及高效率巡線效果，不受高山河流、大峽谷的影響，輸電線路跨度大。

（3）無人飛機巡線速度快。無人飛機回傳視頻資料速度快，在短時間內可以對長距離輸電線路進行快速巡線，大大提高巡線質量，節約巡線時間，還可以跨區域巡線。

（4）無人飛機操控簡單靈活。小型無人飛機單人攜帶，大型無人飛機只要一輛面包車就可以運輸，起飛跑道不用特別長，對場地要求不高。

4 結語

傳統人工巡線方式耗費人力物力，效率低下，巡線速度低，針對江河湖海、山川河流的巡線難度大，有一些巡檢項目靠常規方法難以完成。通過無人飛機巡線，可以大幅降低勞動成本，提升巡線效果。相比于有人飛機、直升機，無人飛機機身輕巧，成本低廉，受雨雪、大霧、雷電等天氣影響限制小，這些優點使得無人飛機越來越廣泛應用于高壓架空輸電線路巡線工作中。對于提高線路運維水平，提高線路巡線質量，無人飛機都是不二之選。將無人飛機應用于輸電線路巡線工作，是一種管理上的創新，隨著無人飛機技術的日益成熟，可以巡線的項目也在不斷豐富，無人飛機巡線的前景將越來越被看好。