基于機器視覺的電力無人機清障技術研究

鄭惠平 張志林 陳 杰

（國網福建省電力有限公司漳州供電公司 福建漳州 363000）

基于機器視覺的電力無人機清障技術研究

鄭惠平 張志林 陳 杰

（國網福建省電力有限公司漳州供電公司 福建漳州 363000）

隨著經濟的迅速發展，電網及配電站運行工作中在電力巡檢的工作上需要不斷加大工作力度，由于輸電線路途中地形、氣象等環境因素復雜多變、線路的巡線距離以及工作人員勞動效率等問題，急需要使用無人機替代常規傳統的巡視方法，在清障等方面發揮技術作用。電力無人機具有憑攜帶方便、操作簡單、對環境適應性強等優勢，因此在實際運用中，能夠發現桿塔異物、開口銷與螺栓螺帽缺失等人工巡檢難以發現的缺陷。因此目前無人機在電力行業廣泛地被加以應用。本文圍繞基于機器視覺的電力無人機清障技術展開論述，期望電力無人機的使用在大幅提高工作效率，促進電力巡檢邁入智能化時代上發揮更大的作用。

機器視覺；電力無人機；請張技術

無人機巡檢技術在電力巡檢中能夠發現人力難以達到的對絕緣子破損、防震錘滑移、線夾偏移、金具銹蝕的缺陷。其優越性已經被電力公司為代表的各大企業認可并廣泛應用。尤其是高清晰度的線路和桿塔照片等先進拍攝手段對于輸電線路和桿塔上故障分析診斷、清障具有高效率的優勢。但是在由于巡檢中需要飛航靠近輸電線路或桿塔,也存在一定的安全隱患,需要在速度和飛行方向等方面加以技術控制。

1 飛行姿態控制技術

1.1 在巡檢清障過程中，由于離輸電線路較勁，并收到強風、降雨等氣候的影響，因此在飛行姿態的控制上要特別注意。基于視覺基于機器視覺的電力無人機愛用的LQG控制器可以實現飛機的仰俯反轉姿態的控制，采用PID偏行控制手法，還可以通過繩索強行拉動機體的方法來保證系統的安全正常運行。

1.2 采用多傳感器的聯合應用方法，將測量的數據利用CCD影像立體測圖的方法，將站點的位置、姿態等進行普光和采集，關鍵技術在于將時間和坐標加以同步和統一，保證傳感器的高精度，采用GPS接收機是目前常用到的輸出定位數據功能。其中的IPPS脈沖、輸出定位數據時刻定位等技術，可以將設計授時和時間進行同步的控制和記錄[1]。方法和步驟為：將GPS輸出的時間信號、PPS信號引入到控制器中加以同步，并在同步控制的過程中，給激光掃描儀進行掃描，將PPS信號按照秒技術的方法加以清零，得到微秒時間，將控制器中的相機同時觸發曝光，并將曝光時刻傳送到計算機上加以記錄，使用POS、CCD、激光掃描儀等將數據統一到GPS時間，達到數據時間基準的統一。

2 線路缺陷、隱患的障礙探測技術

2.1 通過視覺探測，無人機的高清相機和攝像機可以將巡線中的圖片、視頻加以拍攝和傳輸、存儲，由于地面數據中心的智能專家系統或者基站工作人員在圖像或者視頻中對外觀的故障、隱患等加以判斷、識別。視覺探測功能能夠將線路中的異物斷股、懸掛、桿塔變形等故障加以非常精準的拍攝和識別。

2.2 使用紅外熱成像儀和紫外探測技術，可以對線路、街頭、線夾、絕緣子等出現故障的發熱點進行巡查。在無人機巡檢過程中，如過發現了熱點溫度馬上就能進行設備的熱點識別。同時紫外成像儀能夠接收到設備中放電過程中出現的紫外光訊號，并且將電暈的位置清晰地顯示在圖像中，讓專家和設計人員可以直觀地看到絕緣子放電、污染、導線外衫等造成放電現象的故障，并且根據線路故障的判定方案，進行放電位置和強度的定量分析以及清障。

2.3 利用激光雷達的單色性和相干性，可以對于故障的角度、距離、長度等進行精確地測量和計量，在激光對連續波相位進行測距時，可以對脈沖的發射和接收時間間距測定，將目標距離通過掃描線路走廊加以獲取，得到大量的精度極高的激光運輸數據，配合高分辨率的航空數碼影像建立線路走廊地形的三維建模。然后根據激光雷達點測得的數據等計算出輸電線路中的樹木、建筑物等的距離數值，定位樹木障礙，進行清障任務[2]。

1、無線通訊技術

無線通訊技術是無人機通過遙控、遙測、定位和信息傳輸技術，對無人機飛行狀態、設備狀態等進行控制，對無人機飛行的參數進行測量，對無人機連續的位置進行測量，對無人機的任務荷載使用傳感器進行信息傳輸。

無線通訊系統的組成包括機載、中繼、地面站模塊等。部分模塊負責接收和發送天線，部分模塊固定在線路桿塔附近，負責對信息和通訊進行定制和實現，部分模塊可以實現飛行平臺的改裝，保證改裝后的無人機能夠按照任務規劃執行任務。

2、地面數據處理技術

地面數據處理可以將攝影測量、遙感的數據進行流程、方法的處理，內部包含了激光相機、紅外成像儀、紫外成像儀、POS系統多多種關于影像、點云、視頻、坐標、姿態等的數據處理功能，能夠數據進行高精度的幾何處理。而且對于電力傳輸線路、桿塔、走廊等附屬物的巡檢，還能達到智能專家系統的技術水準，即可以實現專家系統、人工智能模式的可視化技術，快速對輸電線路的障礙、事故等進行診斷和排查[3]。

3 無人機BD北斗導航系統技術

使用北斗衛星導航系統是在全球衛星定位和通信系統的基礎上形成的衛星導航系統，包括空間端和地面端以及用戶墻等。可以對地進行全天候的導航服務。用于無人機巡線后，對無人機的精度、機動性等進行了更加精準的能力的提高。可以快速定位事件地點，對障礙發生的位置進行實時導航，增強地面人員、設備與無人機系統的信息交流，提高無人機的測控能力[4]。

結語：

目前無人機巡視中對于清障任務的執行，很好地補充了傳統人工巡視和清障方式，解決了傳統巡視工作中無法解決的難點。隨著無人機巡視中清障技術的進一步研發和應用，無人機還將在線路缺陷自主識別、增強精準度等方面，清障智能化、夜視儀導向探測等方面更加深入的發展，極大解決勞動生產力，為電網檢修開辟廣闊的發展空間。

[1] 熊典,王斌,代禮弘等.基于SOC的無人機巡檢剩余續航時間預測方法[J].電源技術,2015,39(1)∶105-107.

[2] 吳維農,杜海波,袁野等.輸電線路無人機巡檢實時通信技術研究[J].中國電力,2016,49(10)∶111-113,118.

[3] 鄧榮軍,王斌,熊典等.基于遺傳算法的輸電線路無人機巡檢路徑規劃[J].計算機測量與控制,2015,23(4)∶1299-1301.

[4] 湯明文,戴禮豪,林朝輝等.無人機在電力線路巡視中的應用[J].中國電力,2013,46(3)∶35-38.

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1007-6344（2017）01-0128-01