基于無人機線路巡視的二次開發應用研究

侯飛

【摘 要】無人機具有作業空間受限小，成本相對較低，作業靈活且風險較低等優勢，具有十分廣闊的發展前景。在公共安全監控領域，相比于傳統固定監控攝像頭，無人機運動靈活，更容易持續鎖定跟蹤目標。同時可以自由的切換采集圖像的角度和距離，獲得比傳統相機更加豐富的信息。因此搭載高清相機的無人機作為一種圖像采集設備，在巡航監控上的可應用性逐漸引起人們的重視。本文在此基礎上主要研究了基于無人機線路巡視的二次開發應用的相關內容，僅供參考。

【關鍵詞】無人機；線路巡視；二次開發；應用研究

1引言

我國電力行業的不斷發展促使無人機在輸電線路巡視工作中也得到了廣泛的應用，并且使巡視的全面性跟準確性得到進一步的提升。因此各電力企業還需要加強無人機技術在輸電線路巡視工作中的利用效率，借此來提高輸電線路的運行穩定性，來給人們提供更加優質的電力服務，并促進我國的電力行業得到更進一步的發展。

2無人機的概述

目前主要應用于配電線路巡檢的無人機機型有固定翼無人機、無人直升機以及多懸翼無人機。固定翼無人機荷載大，飛行速度快，續航時間長，但是不能進行懸停，該機型一般用于配電線路走廊的整體普查，及時發現線路走廊內違章建筑和高大樹木，以及用于災后應急評估，可為救災搶險提供第一手的現場資料。無人機直升機能夠定點起飛和降落，并且可以進行空中懸停，但是速度不如固定翼無人機，續航時間較短，不適合長距離巡線，而且成本較高，飛行操作較為困難。多旋翼無人機飛行機動靈活、操作簡單、懸停穩定性高，抵御陣風能力強，可以對線路桿塔、絕緣子串、金具等設備進行圖像信息采集，取得圖像或視頻供技術人員進行分析，也可在線路大型檢修作業前進行勘測，提前檢查設備狀況，便于檢修方案的制定。無人機需具備GPS導航控制功能、地理匹配功能、線路以及桿塔跟蹤控制功能，未來無人機線路巡視的發展方向是自動化和智能化的。無人機在開展巡查作業過程中需能夠保持穩定飛行，或能夠在安裝可視紅外攝像系統、攜帶可攝像云臺等情況下保持平穩的飛行狀態，進而保證能夠高分辨率拍攝地面桿塔航空影像。無人機需能在作業過程中快速生成線路、桿塔、絕緣子、環境等高清可視紅外影像，以便開展線路及設備準確分析。如果能夠具備線路故障識別攝像技術，將達到更加理想的巡查效果。

3目前線路巡視情況

架空線路一般分為定期巡視、特殊巡視、夜間巡視、故障巡視及監察性巡視。定期巡視指由線路運行班組巡視員進行，掌握線路的運行狀況及沿線環境情況，110-220KV線路每月至少一次。特殊巡視是在天氣惡劣（如臺風、暴雨等）、河水泛濫、火災、線路過負荷、外力影響、異常運行或其他特殊情況下，對線路的全部或部分進行檢查。夜間巡視是指在高峰負荷或陰霧天氣時進行，檢查導線、開關鏈接點發熱及絕緣子表面有無閃絡放電現象，故事發生后及時執行。負荷重或污穢較大地區，每半年不少于一次，重要線路和隨機抽查的線路每年至少一次。故障巡視指在線路發生故障后，查明線路發生故障的地點和原因，有急修班或搶修班人員負責進行。按調度或值班室通知進行故障線路巡視。斷路器跳閘后，無論重合是否成功都有安排故障巡視。監察性巡視是指有生產運行部門領導和線路專門負責人員負責進行，目的是了解線路及設備運行狀況，檢查指導巡線員工作。重要線路和發生故障比較多的線路，每年至少一次。目前的線路巡視中，線路巡視員依然是工作的主體。由于線路長、范圍廣，地形、地貌的分布不同，給巡查帶來很多難度，經公司領導溝通協商決定購置無人機對線路進行巡視，已減輕線路巡視員的工作負擔。

4基于無人機線路巡視的二次開發應用研究

4.1開發概況

基于無人機巡視的線路信息采集識別的二次開發包含移動終端操作系統研究與開發及PC后臺信息綜合管理系統研究與開發兩部分。其中，移動終端操作系統主要實現無人機巡線任務查詢、到崗簽到、巡線數據采集及回傳等功能；而PC端后臺信息綜合管理系統則主要實現對無人機的巡視軌跡進行跟蹤，對采集的信息（特別是圖像）自動識別，并對無人機GPS地理信息及圖像進行分類，同時實現與相對應的線路、桿塔及其上的設備相關聯等功能。此外，巡檢人員還可在后臺刪減圖像等信息，添加缺陷文字記錄，完成審核、消缺登記等操作。基于無人機巡視的線路信息采集識別的二次開發平臺的研究與開發概況如圖1所示。

4.2無人機的硬件設計

無人機由電機、槳葉、電池、主控MCU、電機驅動、氣壓計、電子羅盤、藍牙透傳模塊、USB轉串口芯片、鋰電池充電管理、遙桿電位器以及陶瓷天線組成。電機為有刷空心杯電機，中心軸直徑1mm。槳葉直徑為75mm槳葉，槳葉中心孔直徑為1mm，正好配中心軸直徑為1mm的720電機。電池為650mAh，3.7V，25C航模電池。主控芯片為STM32F103T8U6，包括復位電路，外部時鐘電路，啟動模式選擇電路，電源退偶電路等。電機驅動為SI2302，N溝道增強型MOS，導通電阻82mΩ。氣壓計為MS5611，10cm精度氣壓計。電子羅盤為HMC5883L。藍牙透傳模塊為HM-06，硬件焊盤上相容藍牙2.1和藍牙4.0BLE技術。USB轉串口芯片為cp2102USB轉串口芯片，用于主機與單片機之間的數據轉換及傳遞，進行參數調試。鋰電池充電管理采用了型號為LTC4054的鋰電池，原因在于其電路簡單方便研究使用。其充電電流最大可達600mA。陀螺儀使用MPU6050。MPU6050內部集成的處理單元，可以直接運算出四元數和姿態，而不再需要另外進行數學運算。MPU6050的使用大大簡化了代碼設計。其并不光作為傳感器而存在，硬件內部還包含了可以獨立完成姿態解算的運算單元。可以說，繁雜的算法將直接在MPU6050完成，大大節省了單片機的運行壓力。經過運算之后，就可以得到姿態四元數，程序繼續運行，公式處理之后就得到了無人機實時姿態。

4.3操作系統研究與開發

4.3.1移動終端操作系統研究

無人機線路巡視地面操控人員通過登錄基于智能手機或平板電腦的移動終端系統查看巡線任務，選擇巡線任務，并完成下載后根據任務詳情開始巡線作業。在無人機到達作業點時完成電子到崗簽到，以桿塔為單位根據標準作業卡項目任務完成相應巡線操作及作業卡填報，發現線路缺陷時完成系統在線風險點登記等。移動終端所采集到的信息將實時回傳至PC后臺。

4.3.2PC后臺信息綜合管理系統研究

PC后臺信息綜合管理系統可對無人機的巡視軌跡進行跟蹤，對采集的信息（特別是圖像）自動識別，并對無人機GPS地理信息及圖像進行自動分類，同時與相對應的線路、桿塔及其上的設備進行自動關聯。管理人員還可在后臺刪減圖像信息，添加缺陷文字記錄，完成審核、消缺登記等操作。同時對無人機巡視任務進行分級、分類管理。

5結束語

本文根據實際需要對基于無人機巡視的線路信息采集識別的二次開發平臺這一新的信息技術管理平臺進行了研究，解決了無人機進行線路巡線時存在的信息采集無法自動識別和分類等問題，在管理上、技術上及應用實施上都充分發揮了無人機線路巡檢的作用和優勢。本系統的開發設計將在實際應用中進行檢驗，并在向各電力公司進行的項目推廣中根據用戶需求做進一步的完善，使本系統平臺技術更加成熟，功能更加完備與人性化。

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（作者單位：國網太原供電公司）