小型多旋翼無人機(jī)在架空輸電線路巡檢應(yīng)用探索

傅榮宗 丘文彪

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生產(chǎn)生活中對電力的需求也不斷增加，因此對于架空輸電線路運(yùn)維檢修要求越來越高。對于快速高效巡維線路并消除安全隱患、缺陷，保證電網(wǎng)安全運(yùn)營的需要，由于傳統(tǒng)巡檢方式的諸多限制而無法滿足。因此，小型多旋翼無人機(jī)在架空輸電線路巡檢應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。文章首先分析了架空輸電線路巡檢網(wǎng)絡(luò)對無人機(jī)的要求，然后介紹了無人機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，最后探討了小型多旋翼無人機(jī)在架空輸電線路中的模塊配置及存在問題。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；輸電線路；巡檢

中圖分類號：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0170-02

Abstract： With the continuous development of social economy， the demand for electricity in production and life is also increasing， so the maintenance requirements for overhead transmission lines are getting higher and higher. For fast and efficient patrol lines and eliminate security risks and defects， it is hard to ensure the safe operation of the power grid， due to the traditional patrol way of many restrictions. Therefore， the application of small multi-rotor unmanned aerial vehicle （UAV） in overhead transmission line inspection is developed at this historic moment. This paper first analyzes the requirements of UAV for overhead transmission line inspection network， then introduces the characteristics and application status of UAV， and finally discusses the module configuration and existing problems of small multi-rotor UAV in overhead transmission line.

Keywords： unmanned aerial vehicle （UAV）； transmission line； patrol inspection

輸電線路傳統(tǒng)的巡檢方式受人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作條件艱苦、勞動(dòng)效率低、危險(xiǎn)性高等因素限制，遇到電網(wǎng)緊急故障和異常氣候條件下，線路巡檢人員不具備有利的交通優(yōu)勢、僅有效利用普通儀器或單純通過肉眼來巡查設(shè)備，這種方式已經(jīng)不能完全適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的需求。為此，小型多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)了輸電線路先進(jìn)、科學(xué)、高效的巡檢方式。

1 架空輸電線路無人機(jī)巡檢要求

輸電線路大多處于高山密林之中，部分多回路輸電線路較為復(fù)雜，線路之間的間距比較小。對于架空線路進(jìn)行巡檢的不同方式，因此需要無人機(jī)能夠具備可見光成像、紅外測溫或者激光雷達(dá)測距等功能，還需要無人機(jī)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，并且攜帶的時(shí)候比較方便。

一般小型多旋翼無人機(jī)可以很好的滿足架空輸電線路巡檢要求，目前，小型多旋翼無人機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電子化、信息化、智能化巡檢，提高了電力線路巡檢的工作效率、應(yīng)急搶險(xiǎn)水平和供電可靠率。特別在山洪暴發(fā)、地震災(zāi)害等緊急情況下，無人機(jī)可對線路的潛在危險(xiǎn)，諸如導(dǎo)線損傷等問題進(jìn)行勘測與緊急排查，絲毫不受路面狀況影響，既免去攀爬桿塔之苦，又能勘測到人眼的視覺死角，對于迅速恢復(fù)供電很有幫助[1]。

2 無人機(jī)的概述以及應(yīng)用

早期我國就開始使用載人直升機(jī)進(jìn)行巡檢，但是這種巡檢方式的安全系數(shù)比較低、機(jī)動(dòng)性較差并且巡檢成本較高等，不符合電力巡檢的要求。我國對無人機(jī)的研究起步較晚，同時(shí)我國的低空領(lǐng)域也沒有完全對無人機(jī)開放，目前電力企業(yè)無人機(jī)巡檢應(yīng)用尚處于發(fā)展階段。

目前電力企業(yè)已經(jīng)建設(shè)無人機(jī)巡線應(yīng)用體系，對輸電線路無人機(jī)巡檢應(yīng)用更加重視數(shù)據(jù)處理以及圖像處理。對于一些高原以及邊遠(yuǎn)山區(qū)等地區(qū)，使用無人機(jī)來巡查架空輸電線路的優(yōu)勢更為明顯，從而更好地解決走廊樹障問題。我們山區(qū)供電局計(jì)劃2020年底基本實(shí)現(xiàn)“機(jī)巡為主、人巡為輔”的協(xié)同巡檢目標(biāo)，要求機(jī)巡覆蓋不少于90%的110kV及以上線路；100%覆蓋Ⅰ級、Ⅱ級風(fēng)險(xiǎn)管控220kV及以上線路，無人機(jī)巡檢占比達(dá)到70%。

3 小型多旋翼無人機(jī)應(yīng)用到輸電線路巡檢中的模塊配置

根據(jù)輸電線路巡檢對無人機(jī)的工作要求，需要對小型多旋翼無人機(jī)配置相關(guān)的模塊，這樣才能夠更好的完成巡檢任務(wù)。下面將對這些模塊進(jìn)行重點(diǎn)分析。

3.1 高速成像模塊

高速成像模塊主要是無人機(jī)在飛行的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對輸電線路圖像的采集，通過具有較高分辨率的可見光相機(jī)能夠拍攝一些可見光圖像。這樣就能夠觀測到架空輸電線路中存在的一些絕緣子雷擊、斷股以及導(dǎo)線毛刺等情況。為了提高無人機(jī)巡檢的質(zhì)量，對可見光傳感器也提出了更多的技術(shù)要求，包括：能夠有自動(dòng)對焦功能、拍攝的速度要高于25幀/s，并且具有4倍的光學(xué)變焦功能，其能夠連續(xù)的可調(diào)，有效的像素?cái)?shù)要高于1000萬。

3.2 紅外、紫外傳感器模塊

對于輸電線路出現(xiàn)的導(dǎo)線接頭、線夾等部位的發(fā)熱故障，可以通過紅外成像傳感模塊進(jìn)行檢測。因此，使用無人機(jī)對架空輸電線路進(jìn)行巡檢的時(shí)候，可以搭載紅外成像傳感模塊。同時(shí)還需要遵循一定的要求，包括：具有自動(dòng)對焦功能；有效像素?cái)?shù)要高于30萬；能夠得出熱圖數(shù)據(jù)并且能夠?qū)С觯軌驅(qū)τ绊懼袦囟茸罡唿c(diǎn)的數(shù)值以及位置進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

對于輸電線路以及電氣設(shè)備出現(xiàn)的電暈放電情況，可以通過紫外成像傳感模塊進(jìn)行監(jiān)測。將紫外成像傳感模塊搭載到小型多旋翼無人機(jī)上，需要遵循一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括：體積較小；質(zhì)量要低于1.5KG；具有較高的探測靈敏度；能夠獲取到光子技術(shù)信息；能夠兼顧可見光模塊的功能，巡檢一些比較常見的故障。

目前，將紫外成像傳感模塊搭載到小型多旋翼無人機(jī)上有三種探測系統(tǒng)，包括日盲紫外探測儀和微型可見光相機(jī)；定焦距日盲紫外探測儀；改進(jìn)型可見光/日盲紫外雙譜段探測儀。對三種方案的開發(fā)周期、成本以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比，目前比較適合的就是改進(jìn)型可見光/日盲紫外雙譜段探測儀，將其搭載在小型多旋翼無人直升機(jī)上，能夠極大的提高巡檢質(zhì)量[2]。

3.3 激光雷達(dá)測量技術(shù)模塊

機(jī)載激光雷達(dá)測量系統(tǒng)由激光掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)差分定位系統(tǒng)、成像裝置和控制系統(tǒng)等組成。

機(jī)載激光雷達(dá)測量作業(yè)生產(chǎn)環(huán)境主要包括航攝設(shè)計(jì)、航攝數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、激光數(shù)據(jù)分類、安全距離分析、數(shù)字高程模型、三維模型制作等。

基于無人機(jī)平臺的激光雷達(dá)輸電通道巡檢技術(shù)實(shí)現(xiàn)了線路本體和廊道地形地物高精度激光點(diǎn)云、光學(xué)影響數(shù)據(jù)的同步采集、半自動(dòng)處理、故障診斷和預(yù)警，可實(shí)現(xiàn)通道環(huán)境安全監(jiān)測。通過將激光雷達(dá)電力巡檢和電力線路設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)輸電通道高精度還原和三維仿真分析，有效提高輸電線路信息化管理水平。

4 無人機(jī)應(yīng)用過程中存在的問題

當(dāng)前，國內(nèi)外的電力公司在使用無人機(jī)進(jìn)行架空輸電線路巡檢的時(shí)候都使用了手動(dòng)操作的方式，暫未實(shí)現(xiàn)智能飛行。對線路的情況進(jìn)行獲取的時(shí)候，通常需要人員將無人機(jī)操作到目標(biāo)高度，然后再手動(dòng)調(diào)整拍攝的角度。這樣操作起來難度比較大，并且對操作人員的技能要求比較高，同時(shí)安全程度也不高。無人機(jī)也沒有學(xué)習(xí)功能，當(dāng)下次進(jìn)行巡檢的時(shí)候，還需要重新進(jìn)行操作。使用無人機(jī)進(jìn)行巡檢的時(shí)候，智能化水平比較低，并且收集和分析資料的時(shí)候也需要人力來完成，因此成本也比較高。目前將無人機(jī)使用到架空線路巡檢的過程中的主要方向就是能夠智能快速地處理影像資料。同時(shí)對于無人機(jī)及其電池的管理，也沒有記錄統(tǒng)計(jì)使用的情況，不能夠進(jìn)行全壽命周期管理[3]。

5 結(jié)束語

隨著我國電力建設(shè)的不斷發(fā)展，搭載高速成像、紅外傳感器以及激光雷達(dá)測距等模塊的多旋翼無人機(jī)在輸電線路巡檢應(yīng)用愈加重要，能夠極大地提高巡檢的質(zhì)量以及效率。后續(xù)在海量數(shù)據(jù)處理、巡檢缺陷圖像自動(dòng)識別等方面新技術(shù)的轉(zhuǎn)化和發(fā)展將更大提高電力行業(yè)無人機(jī)巡檢實(shí)用水平，切實(shí)解決實(shí)際生產(chǎn)問題，保證輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張政，竇杰，陳冀渝.多旋翼無人機(jī)的航空攝影測量技術(shù)在電力測繪中的應(yīng)用[J].科技尚品，2016（7）：4-5.

[2]孟令川.高海拔地區(qū)高壓架空輸電線路無人機(jī)巡視精益化研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（35）：46.

[3]莫?jiǎng)?小型多旋翼無人機(jī)在線路故障巡視的應(yīng)用探討[J].電子世界，2017（17）：154.