CW-30固定翼無人機搭載LiDAR系統對輸電線路的巡檢

汪 勇，廖建東，靳函通

（1.南方電網通用航空服務有限公司，云南 昆明 650000；2.廣東電網有限責任公司機巡管理中心，廣東 廣州 510030；3.成都縱橫大鵬無人機科技有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

我國輸電線路具有錯綜復雜、規模龐大和線路維護工作量大等特點。隨著我國經濟的發展，輸電線路的輸電方式從高壓轉變為超高壓和特高壓，因此應更加重視輸電和供電的安全性和可靠性。傳統的輸電線路巡檢模式無法完成在異常氣候條件下、電網發生故障時或某些山區和跨江跨河的輸電線路的巡檢任務[1,2]。在20世紀50年代，國外Williams M、Ma L和Chen Y Q通過直升機實現了輸電線路的巡檢[3,4]。文獻[5,6]闡述了國內研究并運用直升機實現輸電線路的巡檢始于20世紀80年代，其中文獻[6]還研究了通過直升飛機對500 kV輸電線路進行巡檢的可行性。隨著無人機技術的發展，無人機搭載相關巡視設備實現輸電線路的巡檢模式應運而生。在龐大且復雜的電網輸電線路巡檢中，該模式彌補了傳統輸電線路巡檢模式的短板[7]。2011年，王振華帶領團隊開展了多旋翼無人機輸電線路巡檢系統的研究并成功得到運用，但因其續航時間較短，完成一次輸電線路巡檢任務需要多次飛行，因此沒有得到廣泛應用[8]。固定翼無人機搭載激光雷達（LiDAR）系統的巡檢模式具有巡航時間長、無人機飛行距離遠、巡檢效率高以及巡檢精度高等特點，因此得到了廣泛應用[9,10]。

本文以CW-30固定翼無人機搭載LiDAR系統為例，闡述CW-30固定翼無人機的組成和LiDAR系統的技術指標，通過試飛驗證了它在巡檢輸電線路時對線路故障和缺陷判斷的準確性。

1 概 述

1.1 CW-30固定翼無人機的組成

CW-30固定翼無人機是成都縱橫自動化技術有限公司的產品，是采用多旋翼和雙尾撐固定翼結合的后退式油動垂起固定翼無人機，外觀如圖1所示。巡檢系統主要分為4個分系統和8個子系統，如圖2所示[11]。該無人機的主要特點包括具備垂直起降功能、不需要跑道、抗風能力強、續航時間久、飛行半徑大、飛行速度可達108 km/h、載荷能力大以及機身結構比較穩定等，同時可攜帶較大設備和多種設備進行長距離和大范圍的飛行巡檢任務。

圖1 固定翼無人機外觀圖

圖2 固定翼無人機巡檢系統的組成

1.2 LiDAR系統的技術指標

LiDAR系統是機載激光雷達系統的簡稱，集成了GPS、INS和激光等多種技術，具有高分辨率、高探測性能和強抗干擾力等特點[10]。技術指標如表1、表2和表3所示。

表1 激光雷達指標參數

表2 位姿系統指標參數

表3 數據采集系統指標參數

2 試驗飛行

2020年5月底的某一天，19時34分在某市運用CW-30固定翼無人機搭載LiDAR系統對某110 kV輸電線路進行巡檢試驗，試驗航高200 m，航帶寬400 m，巡航速度100 km/h，仿地飛行平均點密度38點左右，總航程113 km，雷達掃射線路全長為52 km（全線路包含線路兩端電廠），共142個桿塔。如圖3所示，所有桿塔能清晰被掃描，桿塔點密度約為70點/m2，植被密度為30～100點/m2，并發現多處重大危險源。

圖3 掃描成圖效果

試驗結果顯示，在N10～N11桿塔之間的危險源比較重大且復雜，如表4所示。定義桿塔N10至桿塔N11為正前方向，表4中由地表與朝桿塔正前方輸電線右側的空間距離測得了地表障礙物距小號塔的水平距離、地表障礙物的類型、地表障礙物的缺陷等級、地表障礙物的安全距離以及危險源的水平距離、垂直距離和凈空距離。圖4標記了桿塔N10～N11之間的危險源詳情，其中△表示一般缺陷，▲表示重大缺陷。

圖4 N10～N11桿塔危險源詳情

在N22～N23桿塔之間的危險源也比較重大，但比較單一，如表5所示。定義桿塔N22～N23為正前方向，表5中由地表與朝桿塔正前方輸電線左側的空間距離測得了地表障礙物距小號塔的水平距離、地表障礙物的類型、地表障礙物的缺陷等級和安全距離，以及危險源的水平距離、垂直距離和凈空距離。圖5標記了桿塔N22～N23之間的危險源詳情，其中△表示一般缺陷，▲表示重大缺陷。。

3 結 論

文中闡述了CW-30固定翼無人機的組成及LiDAR系統的技術指標，通過CW-30固定翼無人機搭載LiDAR系統對某市110 kV輸電線路進行巡檢試驗。結果表明，該巡檢模式能清晰掃描輸電線路，且可以精確測量地表障礙物的距離并標記出來，有助于進行缺陷等級的判斷。

表4 N10～N11桿塔危險源分析報告

表5 N22～N23桿塔危險源分析報告

圖5 N22～N23桿塔危險源詳情