輸電線路無人機巡檢技術應用現(xiàn)狀及相關問題探討

張 達

國網張家界供電公司 湖南 張家界 427000

輸電線路檢測可以為輸電線路的安全可靠運行提供有力保障。然而，隨著電網行業(yè)的快速發(fā)展，各種輸電線路的分布越來越廣泛，輸電線路巡檢的工作量也越來越大。然而，由于我國幅員遼闊，輸電線路所處地形復雜多樣，傳統(tǒng)的輸電線路檢測技術由于各自的缺陷無法有效地滿足檢測要求。檢測技術的不足推動了無人機輸電線路檢測技術的產生和發(fā)展。

一、電力線路巡檢方式和手段

目前，輸電線路檢測的手段可分為人工線路檢測、機器人線路檢測、載人直升機線路檢測和無人機線路檢測。人工巡邏模式存在時間長、成本高、操作困難、操作風險大、工作強度高、效率低等問題。因此，巡檢模式越來越不能滿足線路巡檢的需要。機器人巡線模式是高壓架空輸電線路的一種自動巡線模式。該巡邏模式雖然精度較高，但也存在著距離短、速度慢、穿越障礙物困難等缺點，限制了其應用范圍。有人直升機線路巡檢模式可以通過配備成像設備的直升機對傳輸線進行拍照。具有高效的輸電線路巡檢功能。然而，它需要大量的人力資源和復雜的管理和技術儲備。因此，載人直升機直接啟動巡邏模式尚未得到廣泛應用。無人機以其機身小、成本低、負載輕、操作簡單等特點，越來越受到電力企業(yè)的重視，在輸電線路巡檢領域發(fā)揮著越來越重要的作用。

無人機是由機身上的無線遙控設備和程控裝置操作的一種無人機系統(tǒng)。由于無人機可以攜帶圖像采集設備和信息傳輸設備，采集到的巡邏信息可以傳輸?shù)降孛婀ぷ髡尽Ｅc載人飛機相比，無人機更有可能執(zhí)行對人類來說太單調、太臟或太危險的任務。為了減少操作人員的工作量和危險性，無人機得到了廣泛的應用。電力系統(tǒng)中常用的無人機主要包括無人直升機、固定翼無人機、多旋翼無人機和無人飛艇。

二、無人機巡檢情況介紹

1.無人機檢測的工作原理。它通常由四個子系統(tǒng)組成：無人機、通信設備、機載設備和地面站。對于無人機系統(tǒng)，將攝像機或攝像機安裝在機體上，接收地面站的遙控信息指令，對電網輸電線路的關鍵部位進行拍照和采樣，或對整個輸電線路進行拍照。對于無人機機載設備來說，它是無人機獲取傳輸線圖像信息的媒介。對于通信設備來說，它是無人機和地面站之間的橋梁。它接收無人機的圖像信息并傳送給地面站。它還接收地面站的檢查指令并將其發(fā)送給無人機。對于地面站來說，其主要功能是協(xié)調無人機的遙測和遙控通信，并在無人機檢查過程中定位采集到的視景信息的位置。無人駕駛飛行器的動力傳輸線檢測一般是將小型攝像機、攝像機或紅外測溫儀固定在無人駕駛飛行器的機身上，通過接收地面站的遠程信息指令，實現(xiàn)電網關鍵部位的傳輸，線路圖片采集或在輸電線路上進行全面采集，同時將采集到的圖像信息傳輸?shù)降孛娼K端工作站，由通信設備和人員進行基于專家知識的輸電線路運行狀態(tài)圖像分析，并將采集到的圖像信息傳輸?shù)降孛娼K端工作站，并計劃進一步的故障排除維修策略。

2.無人機檢查工作流程。為了保證無人機巡線的效率、安全和正常運行，需要在前期豐富的理論研究基礎上，結合輸電線路的現(xiàn)場試驗效果，合理制定標準化的無人機巡線流程。一是制定檢查計劃并審批。在學習線路檢查方式方法的基礎上，充分了解線路檢查任務，制定線路檢查計劃，報主管部門批準。二是線路檢查的前期準備。獲取輸電線路現(xiàn)場巡視的地形地貌條件、氣象條件和周邊線路情況，掌握線路走向、運行參數(shù)、桿塔精密GPS信息、穿越條件收集以前的缺陷記錄，整理數(shù)據和信息進行查找。三是現(xiàn)場巡線作業(yè)。這一部分主要包括無人機起飛前的準備和飛行檢查操作兩個階段。無人機起飛前的準備工作。根據得到的桿塔和地標的精確GPS信息，確定無人機的具體檢查路線。檢查無人機系統(tǒng)，確認無人機運行狀態(tài)良好。采用自主檢測模式時，應在檢測路徑上進行航跡規(guī)劃。飛行檢查操作。它使無人機按照預定的檢查計劃以穩(wěn)定的控制方式飛行。當遇到特殊飛行條件時，地面操作人員可根據需要及時更改飛行計劃。通過調整搖架頭部的角度，無人機可以拍攝照片或視頻，獲取檢測線的工作狀態(tài)。四是檢查結果匯總，記錄無人機現(xiàn)場檢查結果。五是故障處理與預測。根據專家知識，合理選擇故障處理方法，根據線路狀態(tài)預測潛在的故障隱患。

三、無人機巡線作業(yè)中的故障診斷與預測

1.構建檢測模型。無人機線路檢測以傳輸線圖像為手段，但僅有少數(shù)圖像含有故障信息。在傳統(tǒng)模式下，人眼用于從圖像中檢測可能的故障信息類型。該方法易引起操作者眼睛疲勞，檢測效率低，不能處理復雜的故障類型。為了快速有效地檢測和發(fā)現(xiàn)輸電線路故障，輸電線路檢測中的智能故障檢測方案已成為研究熱點。提出了一種基于多源信息融合理論的輸電線路鐵塔檢測框架模型。主要采用相機圖像采集、塔架模型聚類分析、特征提取與匹配三個步驟，然后從檢測圖像中自動檢測出塔架可能存在的故障類型。提出了一種高效、快速的輸電線路故障自動檢測啟發(fā)式聚類算法。通過對實驗室空間顏色信息和灰度值的聚類分析，可以有效地檢測輸電線路故障特征。

2.開展故障預測。故障預測是減少輸電線路突發(fā)故障、提高預測維修水平的重要手段。利用遺傳算法對輸電線路故障進行預測，有效地解決了電網輸電線路復雜故障的預測問題，但不能有效地處理無人機獲取的檢測圖像。

四、結束語

隨著無人機技術的成熟，無人機線檢的優(yōu)勢將得到更充分的體現(xiàn)，其應用也將更加廣泛。通過模式識別、通信和電子技術的集成，形成了一套高效的無人機巡邏系統(tǒng)，大大減輕了輸電線路巡邏人員的工作量，能夠快速有效地對輸電線路進行巡邏。隨著無人機航跡規(guī)劃、智能故障診斷與預測技術的發(fā)展，無人機巡檢系統(tǒng)可以進一步提高巡檢的質量和智能化水平，提高動力自動化能力。