對無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術的探討

陳景尚

摘 要：在無人機技術應用于電力線路巡檢以后，巡檢人員可以利用這一技術構建高效化的巡檢系統。傳感器集成方法與POS系統的應用，也有助于提升電力線路巡檢工作的自動化水平。文章主要對無人機電力線路安全巡檢系統的系統構成與無人機電力線路安全巡檢系統的關鍵技術進行了探究。

關鍵詞：無人機；電力線路安全巡檢系統；巡檢技術

中圖分類號：TM75 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0158-02

Abstract： After the application of UAV technology in power line inspection， patrol personnel can use this technology to build an efficient inspection system. The application of sensor integration method and POS system is also helpful to improve the automation level of power line inspection. This paper mainly discusses the system structure of UAV power line security inspection system and the key technology of UAV power line security inspection system.

Keywords： UAV； power line safety patrol system； patrol technology

前言

架空電力線路在電網系統中發揮著重要的作用。架空電力線路覆蓋范圍較廣，線路途徑的區域的地形環境較為復雜。在自然環境與架空電力線路自身因素的共同影響下，導地線斷股、腐蝕及絕緣子破損等故障會引發嚴重的電力事故。為保證電網系統的正常運行，電力部門往往需要耗費大量的人力物力資源開展巡線工作。以人工巡線為主的巡線方式存在著勞動強度大與巡檢效率低下的弊端。無人機技術在電力線路巡檢工作中的應用，可以讓電力線路安全巡檢工作擺脫環境因素的限制，也可以在提升巡檢效率的基礎上，提升線路巡檢工作的安全性。

1 無人機電力線路安全巡檢系統的系統構成

1.1 多傳感器數據獲取系統

多傳感器數據獲取系統是無人機電力線路安全巡檢系統中的核心要素。它主要由以下幾種系統構成：一是，無人機飛行平臺；二是，多傳感器數據獲取系統；三是，穩定平臺與POS定姿定位系統。無人機飛行平臺可以分為固定翼飛行平臺與旋翼飛行平臺。在電力線路安全巡檢工作開展過程中，該平臺可以用于搭載傳感器系統、穩定平臺等機載設備。電力系統巡檢任務的任務類型、飛行距離與飛行速度等具體要求可以被視為無人機平臺應用方案的決定因素[1]。如在基于可見光拍攝的快速巡檢工作實施過程中，相關人員可以將小型固定翼無人機平臺應用于巡檢工作之中。傳感器系統包含有光學數碼相機、熱紅外成像儀和激光掃描儀等多種設備。光學數碼相機可以在絕緣子爆裂及導地線斷股等故障的診斷過程中得到應用。熱紅外成像儀適用于輸電線路設備紅外視頻信息采集。穩定平臺具有以提升目標成像質量的作用。POS定姿定位系統有助于無人機飛行風險規避能力的強化。

1.2 地面測控站系統

地面測控站系統可以對無人機飛行狀態進行實時監控。這一系統中包含有無人機平臺地面控制系統、數據編解碼系統及實時數據分析系統等多種系統。在控制無人機飛行過程中的傳感器數據信息獲取方式的基礎上，地面測控站系統也可以對來自無人機的數據信息進行基礎分析。

1.3 數據通信鏈路系統

數據通信鏈路系統在通信方面發揮著較為重要的作用。一般情況下，數據通信鏈路系統需要包含地面測控站信號接收/發射設備、無人機中繼通信設備等多種系統。該子系統可以為地面測控站與無人機飛行平臺之間的數據通訊提供保障，也可以為無人機在地形復雜的山區環境的通訊能力提供保障。數據鏈路的傳輸需求需要與無人機巡檢系統的實際需求相匹配，根據電力線路安全的巡檢系統的實際情況，數據傳輸速率可以控制在4Mbps-8Mbps之間。

1.4 數據處理系統

應用于無人機電力線路安全巡檢系統中的數據處理系統以地面數據處理系統為主，該系統在數據信息后期的處理、存儲過程中發揮著較為重要的作用。多傳感器數據預處理系統與幾何處理系統是這一系統的主要組成部分。地面處理系統所采用的分析方法以攝影測量與遙感分析為主。

2 無人機電力線路安全巡檢系統的關鍵技術

2.1 飛行姿態控制技術

強風、降雨等氣候因素可以被看作是無人機飛行姿態控制技術的主要影響因素。飛行姿態控制技術在無人機電力線路安全巡檢系統中的應用，可以為無人機與線路的安全提供保障。根據一些研究者的研究結果，LQG控制器可以用于飛機俯仰翻轉姿態的控制，除LQG控制器以外，PID控制器也可以應用于無人機的偏航控制[2]。無人機電力線路安全巡檢系統所使用的飛行姿態控制技術需要具有魯棒性強的特點。

2.2 地面數據處理技術

就電力線路巡檢工作而言，地面數據處理技術是利用巡檢設備中的紅外成像儀、紫外線成像儀及POS系統等多種傳感器數據進行信息融合，生成高精準度的數據成果。

2.3 正射影像采集技術

根據電力線路巡檢工作的實際情況，正射影像采集技術建立在GPU模型的基礎之上。這一技術的應用，有助于正射影像采集速度的提升，也可以為航測影像的快速處理提供支持。

2.4 線路隱患、缺陷的探測技術

2.4.1 視覺探測技術

視覺探測技術為可見光探測技術，在這一技術應用于線路隱患與缺陷的探測以后，相關人員可以通過無人機搭載高清相機與高清攝像機的方式，完成巡線圖片與巡線視頻的拍攝，并要在將相關信息傳輸至地面基站以后，利用專家系統分析線路的實際情況。視覺探測技術在電力線路顯性故障（如導線斷股、異物懸掛及桿塔變形等故障）的甄別過程中發揮著重要的作用。圖像的質量是圖像識別精度與圖像識別的準確度的主要影響因素。

2.4.2 紅外線、紫外線探測技術

紅外熱成像儀具有提取表面溫度超過周圍環境溫度的異常溫升點的作用。該設備可以在根據紅外光譜圖像，對線路接頭、線夾和絕緣子等設備中存在的發熱點進行有效確認。紫外熱成像儀具有接受線路設備放電過程中產生的紫外光訊號的功能。在電力線路安全巡檢工作開展過程中，相關人員可以借助圖像探測導線外傷、絕緣子放電及污染等放電現象。在紫外線探測技術應用于電力線路巡檢工作以后，太陽光及人造光源對巡檢工作的干擾，是巡檢人員所不可忽視的內容。

2.4.3 激光雷達探測技術

激光具有較為良好的單色性與相關性。其在實際應用過程中也可以表現出方向性強的優勢。現階段激光技術在角度檢測、距離測量與長度測量過程中發揮著較為重要的作用。通過對激光測距技術的發展現狀進行分析，連續波相位式測距技術與脈沖式測距技術是兩種較為常用的測距方式。激光雷達技術與無人機電力線路巡檢技術之間的融合，可以讓巡檢人員在掃描線路走廊的基礎上，獲取高精度的激光點云數據信息，進而借助高分辨率航空數碼影像開展高精度三維建模[3]。激光雷達技術在電力線路巡檢過程中的應用，也可以讓巡檢人員在計算輸電線路與樹木、建筑物的距離的基礎上，完成故障缺陷的準確定位。GPS技術也在無人機電力線路巡檢系統中發揮著重要作用。就激光雷達技術應用情況而言，以下因素是電力線路巡檢期間需要關注的內容：一是，無人機平臺的任務載荷；二是，GPS數據的準確性。

2.5 無線通訊技術

無線通訊技術與無人機的遙控測量功能、信息傳遞功能及跟蹤定位服務功能之間具有一定的聯系。無人機的遙控測量與以下因素有關：一是，無人機飛行狀況的測量；二是，無人機設備參數的測量。無線通信技術可以讓巡檢人員對巡檢設備與無人機的飛行狀態進行關注。信息傳遞主要指的是無人機任務載荷傳感器信息的傳輸。無人機跟蹤定位功能的開發，可以讓巡檢人員對無人機的位置進行實時掌控，以保證無人機工作狀態的穩定性。

3 結束語

無人機巡檢技術涉及到了圖像識別、電子通信與影像采集等多種技術領域。完善化的無人機巡檢系統的構建，可以在降低巡檢工作勞動強度的基礎上，促進巡檢成本的降低，也可以在縮短巡檢時間的同時，提升巡檢工作的工作效率。無人機巡檢技術的應用，對航測技術與電力技術的發展具有積極的促進作用。無人機跟蹤定位功能的開發，可以讓巡檢人員對無人機的位置進行實時掌控，以保證無人機工作狀態的穩定性。在未來一段時期內，無人機巡檢技術可以在電力領域表現出良好的應用前景。

參考文獻：

[1]寧柏鋒.無人機電力線路安全巡檢的關鍵技術分析[J].計算機產品與流通，2018（04）：161.

[2]彭向陽，劉正軍，麥曉明，等.無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術[J].遙感信息，2015，30（01）：51-57.

[3]麥曉明，劉正軍，彭向陽，等.無人機電力線路安全巡檢航線及任務規劃軟件系統設計[J].廣東電力，2013，26（12）：81-85.