基于三維實景大數據的架空輸電線路無人機高精度廊道巡線關鍵技術研究

金逸宸，張正曉，潘豪蒙，吳金相，徐 炯

（1.永嘉供電局，浙江 溫州325100；2.咸亨國際，浙江 杭州 310004）

0 引 言

天然環境的變化造成的地表變更、樹木生長，以及違章建筑、施工等，導致電力設施安全隱患事件時有發生[1]。如何及時、有效發現這類違章現象，成為巡線工作中的迫切問題。同時，難以準確評估電力線弧垂與障礙物距離。因此，有效判斷物體是否威脅輸電線路安全運行的問題也亟待解決。

1 傳統人工巡檢分析

傳統人工巡檢方式主要是巡檢班組人員到達桿塔或線路下方，使用肉眼對線路進行直觀巡視（如圖1所示）。當遇到山區道路險峻、植被茂密、河流隔斷等情況，巡檢班組人員只能繞道或者從遠處使用望遠鏡觀察，并憑借經驗判斷線路與周邊環境障礙物之間的距離是否超過安全警戒線[2]。同時，整個人工巡檢過程中難以準確評估導線弧垂與障礙物之間的距離。

圖1 傳統人工巡檢圖

面臨主要問題：

（1）山區道路險峻、植被茂密、河流隔斷等情況下，巡檢班組人員難以到達線路下方；

（2）遠距離的觀察需要經驗豐富的巡檢人員進行判斷；

（3）難以準確評估導線弧垂與障礙物之間的距離。

2 無人機+三維實景分析

2.1 外業設備

山區環境復雜，時有突發的強風，因此本項目采用六旋翼無人機（如圖2所示）。六旋翼無人機相較于四旋翼更加可靠穩定，而相較于八旋翼又攜帶方便，更適合山區環境的作業。另外，可收放腳架的設計，使得無人機與掛載能夠在實際作業中更加靈活地被使用。

圖2 六旋翼無人機

為了確保在山區環境中飛行作業時的安全，飛行器設置了自我保護功能，分別有控制鏈路中斷保護功能（當遙控器與飛機之間的上行鏈路中斷，飛行器接收不到遙控器給出的任何信息時，飛行器在空中保持懸停狀態，在預設時間內未收到任何信息，飛行器通過預先設置參數自動返回起飛點）和低電壓保護功能（飛機自動電池監測功能，當電池電壓達到預設值，飛行器在發出警告后自動進入返航狀態）。

2.2 云臺掛載

三維實景分析要求數據的清晰度與重疊度，且考慮實際作業中的便捷性，在選用掛載設備時，對掛載設備也有一定要求。

（1）拆裝簡便：為了便于設備的運輸、維護保養與外場作業效率，掛載設備要求與飛機連接處便于拆裝；

（2）高清晰度像素：為了軟件分析順利進行，云臺掛載的像素必須在2 000萬像素以上；

（3）可變倍鏡頭：山區作業時，常遇到近距離范圍內有山體高于作業目標，可變倍鏡頭可使飛機無需過于貼近目標與山體，保證飛行器安全；

（4）快速拍攝：為保證所得數據的重疊度與作業的高效率，要求掛載設備可進行快速拍攝。

本項目研究采用設備如圖3所示。

2.3 數據采集

通過無人機搭載任務設備，由操控手操作飛行器飛至線路上方，并判斷線路兩邊山體至飛行器的距離，通過不同360°的拍攝，采集桿塔及線路的信息。

2.4 數據分析及建模

將采集后的信息進行甄選歸類，然后運用軟件進行數據分析及初步建模形成線路模型。

結合采集到的信息，通過軟件對模型進行優化，得到模型如圖4所示。

圖3 高清掛載設備

圖4 線路桿塔模型

利用無人機+三維實景分析的方式在高空對架空線路進行巡檢作業，能有效減少巡檢人員的野外作業強度，大大提升巡檢效率，同時給巡檢班組人員提供了直觀的360°數據模型，第一時間找到線路存在的隱患。

3 結 論

本文研究基于三維實景大數據的架空輸電線路無人機高精度廊道巡線關鍵技術，采集架空輸電線路的三維實景大數據并建立數據模型，能夠有效提取輸電線路與周邊障礙物之間的距離，及時發現安全隱患和故障，避免電力事故的發生，一定程度上提高了我國輸電線路檢測項目的安全性和可靠性，促進了電力行業的可持續發展。