探析無人機在配電線路巡檢中的應用

馬永龍 戚明 肖銘杰 楊炎龍 駱杰平

摘要： 無人機技術的發展進一步完善了配電線路的巡檢能力，本文在詳細了解無人機技術在配電線路巡檢中的應用優勢后，分析了該技術在在線路巡檢中的應用路徑與方法;之后采用案例分析法，結合某實際案例，詳細分析了無人機技術在配電線路巡檢中的應用方法。總體而言，無人機技術的出現進一步簡化了配電線路巡檢路徑，與傳統技術相比具有顯著優勢，提高了線路巡檢工作效率，值得關注。

關鍵詞： 無人機;配電線路巡檢;配電線路運維

引言

我國配電線路的巡檢工作壓力大，傳統的巡檢方式存在弊端，例如為了準確的了解每條配電線路的信息，需要巡檢人員深入觀察每條線路的狀態，工作量大且效率低，并且日常工作中容易出現差錯。無人機技術的出現與發展為配電線路巡檢提供了新的方向，與傳統巡檢方法技術相比具有更顯著的優勢，已經成為現階段配電線路巡檢的首選方法。

無人機在配電線路巡檢中的優勢

無人機的技術優點

無人機是無人駕駛飛機的簡稱，可以通過遙控設備或者內部控制程序來調整飛機的飛行，該設備不以載人為目的，常被用于農業、航拍、測繪等領域，在配電線路巡視中，無人機具有顯著的技術優勢，主要表現為：

無人機具有更理想的鏡頭效果，在飛行過程中能夠獲得目標地區的詳細圖像資料，尤其是在低空飛行期間，所能獲得的圖像更清晰，因此所能獲得的數據更龐大[1]。

無人機具有靈活起降的優勢，對周圍環境的要求很低，在狹小的空間內能夠完成起飛，并且滿足野外操作的需求。

目前快速發展的5G技術為無人機巡檢提供了新的支持，在5G技術的影響下，無人機能夠更有效的采集配電線路資料，并將數據實時傳送至客戶端，方便客戶端統一觀察線路狀態。

無人機滿足復雜條件下配電線路的巡檢要求

無人機技術解決了傳統人工線路巡檢的弊端，與傳統模式相比，無人機可以更好的滿足線路巡檢要求，主要表現為：

無人機巡檢不受地形等因素限制。通過無人機可以多角度、近距離的觀察配電線路相關部件的狀態，如絕緣子、導地線等，通過采集詳細的圖像資料，避免配電線路運行風險問題發生。與傳統技術相比，該技術沒有受到地形的限制，不僅能夠降低傳統巡檢中存在的安全隱患，也提高了工作效率。

受氣候的影響小。受惡劣天氣影響，傳統的人工巡視方法無法作業，而在無人機技術的支持下，這種問題已經得到顯著改善，在降雨、降雪等氣候環境下，無人機理論上是可以作業的，而傳統人工作業在遇到上述特殊天氣時無法作業。除此之外，高溫天氣下人工巡檢會承受熱曬等痛苦，工作效率低下，通過無人機可以替代人工巡視，工作效率更高。

方便攜帶且效率高。在傳統工作模式下，應對不同地形所需要采用的儀器設備存在差異，因此在一次的線路巡檢中工作人員需要攜帶大量的儀器設備，這為相關工作的開展帶來了很大的麻煩。但是無人機的重量輕、體積小、易于攜帶，能夠為工作人員節省大量的時間，并且所采集數據的精準度與傳統人工相同[2]。

無人機在配電線路巡檢中的應用

無人機的巡視方式

在配電線日常巡檢過程中，無人機常見的巡視方法包括紅外巡視、可見光巡視、激光雷達巡視等，其中可見光巡視是最為常見的巡視方式，通過可見光攝像頭拍攝照片甚至拍攝錄像，通過無線網絡技術直接將配電線路的運行狀態傳遞給工作人員。在這個過程中，無人機巡視的拍照順序為：根據無人機的前進方向，遵照“先整體后局部”、“從上到下”、“從左到右”的順序對線路進行全面拍攝，確保能夠獲得線路的詳細信息。

在巡視期間，無人機所觀察的主要內容是線路本體與附屬設施，工作人員也可以根據需求來觀察線路通道以及線路外部環境情況，可見無人機的巡視范圍很廣，滿足多種條件下的巡視要求[3]。

無人機的巡視類型

在日常配電線路巡視中，無人機巡視類型主要可以分為精細化巡視、日常巡視與通道巡視三種，三種巡視方式的具體資料如表1所示。

在上述三種巡視方式中，精細化巡視的要求很高，其中在圖像的拍攝以及拍攝內容及其精度上都有十分明顯的要求;拍攝的主體主要包括線路本體、附屬設置以及電力保護區等，在拍攝期間應該保證精度以及照片覆蓋度等關鍵資料質量。

無人機巡視配電線路的特征

在配電線路巡視中無人機具有顯著的特征，這是因為配電線路具有絕緣子小、金具小、靠近居民區等，雖然塔桿的高度不高，但是飛行難度要顯著高于輸電線路，因此在可見光攝像頭拍攝期間，由于配電線路的絕緣子小、金具小等，相關部件的精密度高，為了能夠獲得更加詳細圖片信息無人機必須要更加靠近對方，這對于人員的操作技能水平提出了更高的要求。

一般在拍攝期間，普遍采用推拉桿的操作方法，使無人機緩慢靠近桿塔設備，將無人機控制在距離拍攝物體約2.0–3.0m左右位置時懸停，并進行拍照。在這個操作下，推拉桿操作的關鍵就是要把握無人機停住的瞬間與推桿的桿量，這個操作需要具有一定的工作經驗才能完成，一般熟練人員能夠在根據要求在3.0m左右抓拍，甚至更加靠近被拍攝物體。若只巡視線路通道，則在下風側飛行，與帶電體應保持3m米以上的安全距離，以 7m/s～8m/平穩飛行并拍照或錄像。

無人機在查找故障中的應用

考慮到配電線路長期暴露在野外，因此不可避免的會出現各種故障，針對這種情況就需要發揮無人機的作用，通過無人機來獲得完整的視角，減少傳統人工模式下的工作量。這一操作的主要優勢就是實現多角度拍攝，在詳細獲得故障線路的圖像資料后，工作人員可以根據圖像的反饋結果來判斷線路的運行狀態，并針對故障信息針對性處理故障點，減少了人為工作的壓力[4]。

工程實例分析

案例簡介

某地區有一條配電線路，總長度2463km，其中有變配電所57座，周邊的地理環境復雜，由于該地區的環境惡劣且線路的建成時間長，因此出現材料設備老化的問題，且風災、雷擊閃絡等引發的故障時有發生，嚴重影響了當地的正常用電。目前該地區的電力維修大隊只有15名工作人員，負責全部線路的巡檢工作，其中有很大部分線路途經繁華城區、丘陵區等，導致線路巡檢工作存在人力資源不足、工作壓力大等問題，尤其是在復雜天氣狀況下工作壓力進一步增加，難以保證正常用電，因此，尋找一種更有效的配電線路巡檢方法已經成為工作人員關注的重點。

無人機巡視功能的界定

針對目前配電線路巡檢的現狀，相關人員提出了無人機巡檢的方法，所采用的無人機巡檢系統中主要包括圖像采集識別功能、GIS系統、紅外線熱成像系統與信息傳遞處理系統等;主要的工作平臺包括杭電系統、起降系統、地面保障系統等。

自然災害后的巡視

本次項目中發現，無人機不受地理條件的限制，在災害發生后可以直接到達現場，具有更高的工作效率，所以在雪災、雷暴以及風災等自然災害發生后及時啟動無人機設備直接對配電線路進行巡檢，掌握受災地區的電網運行情況，在合理安排搶修維護隊伍的基礎上，為電力搶修工作提供圖像信息資料支持，保證了工作質量，節省了大量時間。

執行常規巡檢工作

在線路的日常巡檢中，無人機能夠按照巡檢人員設定好的GPS坐標系統，以配電線路的不同塔桿為標準，在固定范圍內進行自動飛行巡檢，在巡檢過程中采集輸電線路的運行數據資料可以實時向地面傳輸，巡檢人員根據無人機所反饋的運行狀態來基本判斷電網運行情況，并且針對可能出現的故障隱患問題，通過三級管理制度來調整整改方案。

除此之外，無人機還在線路運維中發揮著重要作用，通過空中巡視的方法對線路做詳細專項檢查，每飛行1h，所巡檢的線路長度可達到20km，無論是城區線路還是丘陵周邊線路都可以巡檢，不僅提高了工作質量，也避免工作人員在巡檢中面臨安全隱患。

無人機巡檢的技術要求

為了更好的適應復雜環境下的線路巡檢要求，工作人員還需要進一步細化無人機的路線要求，通過各種科學有效的技術手段來完善無人機功能，這樣才能更好的適應未來配電線路巡檢要求，基于這一點，本文提出的應對方法為：

無人機在配電線路巡檢時會受到樹木、建筑物、其他等級電力線路、通信架空光纜等障礙的影響，這種情況會直接影響巡檢的效果，所以為了適應復雜環境下的巡檢要求，應該確保無人機不但具備GPS自主路線導航控制功能，還應該具有電力線路桿塔自動跟蹤飛行控制能力，通過連續識別、躲避障礙物，保證巡檢過程順利完成。從目前技術發展來看，目前國內無人機自動障礙規避系統能夠實現在飛行中判別障礙物，自動選擇路線繞飛，能夠適用于復雜的配電線路巡檢。

無人機巡檢安裝的可見光攝像或紅外線熱成像等設備，在功能上應該通過攝像快速對焦、圖像的高分辨率以及桿塔自動識別等能力，在無線技術支持下完成數據信息傳遞。目前受5G技術發展的影響，實時傳遞高清的圖片或視頻成為可能，除此之外還可以通過人工判讀可識別線路存在的運行缺陷。隨著圖像識別技術的不斷發展，無人機巡檢智能分析、識別電力缺陷的技術將不斷完善，圖像的傳輸效率更高，巡檢技術人員會更加快速、準確地發現故障點，及時進行處理。

應用效果評價

為了更好的判斷無人機巡檢技術在本項目中的應用價值，本文采用現場實踐的方法，將無人機設置為40m飛行高度，提取目標區域內0.1m分辨率的正射影響，并將GIS系統塔桿地理坐標投影至CGCS2000坐標系中，采用正射影像方法來調整GIS系統的經緯度，確保無人機能夠尋找到塔桿的精度位置;在正射影響下，每個塔桿都能尋找到四個最佳的拍攝角度，采用arcgis坐標計算功能獲得拍攝點的坐標經緯度以及拍攝方位角，期間在無人機飛行操作期間，飛機可以自動尋找位置并拍攝記錄。

采用技術成熟的大疆系列無人機，該無人機具有性能穩定、體積小、價格適中等優點。在現場操作中，先根據配電線路的分布特征選擇飛行軌跡途經點，選擇合適位置起飛無人機之后，使無人機可以按照預定的方向飛行并提取數據，但是需要注意的是：在無人機飛行期間應該注意控制飛機與線路的安全距離，并在起飛前觀察周圍是否有障礙物。

無人機所采集的數據以“exif”屬性儲存，可以通過arcgis工具將照片投射點投影，并與塔桿坐標相疊加，此時通過arcgis工具的空間鏈接工作，能夠將桿號賦值進照片名稱中，形成線路巡檢照片組，由專業人員對照片內容進行分析。最終研究結果證明，通過該方法能夠有效鑒別導線、絕緣子以及線夾上的缺陷，并且后期的現場調查結果證明，無人機所反饋的信息都是科學有效的，證明無人機有助于降低配電線路巡檢的工作強度，具有顯著技術優勢。

后經進一步計算后發現，一臺無人機1h的工作效率約為10–12人的工作量，面對本項目中繁重的配電線路檢修工作，可以進一步提高線路的巡檢效果，保證在單位時間內獲得更多的線路信息，具有可行性。

結束語

無人機技術的出現進一步提高了配電線路的巡視能力，因此對于工作人員而言，應該充分認識到無人機技術的優勢，通過完善無人機的應用路徑與方法，積極發揮無人機的技術優勢，這樣才能更好的適應未來線路巡檢要求，值得關注。

參考文獻

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