巡查分離技術(shù)在輸電線路直升機(jī)巡視中的作用及其特點(diǎn)分析

劉 寧，胡 偉，楊國柱，郭曉冰，周立存

（國網(wǎng)通用航空有限公司，北京 102219）

0 引 言

輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行在居民生活中發(fā)揮著重要作用，通過巡視輸電線路及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理線路缺陷是保證居民生活用電安全可靠的重要保障，直升機(jī)巡檢作為輸電線路巡視的重要手段之一，在輸電線路運(yùn)維中發(fā)揮重要作用[1]。但以防抖望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)缺陷并通過相機(jī)拍照記錄的直升機(jī)巡視方式在作業(yè)速度和作業(yè)效果上難以滿足新時(shí)期的線路運(yùn)維需求[2]。

1 研究背景

近年來，隨著輸電線路電壓等級(jí)升高，線路桿塔越來越高，人工地面巡視因視角較差，對(duì)輸電桿塔平口及以上部位缺陷發(fā)現(xiàn)率低且巡視速度慢。無人機(jī)巡視因電池容量較小，所以飛行時(shí)間短且巡視效率低。直升機(jī)仍是輸電線路特別是特高壓線路的重要巡視手段，在保障輸電線路安全運(yùn)行發(fā)揮著重要作用[3]。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)直升機(jī)輸電線路巡視的研究主要從巡視的速度、質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)性等方面出發(fā)，同時(shí)指出以直升機(jī)為主的立體巡檢是近年來各電網(wǎng)公司的巡檢業(yè)務(wù)新模式。利用直升機(jī)為平臺(tái)，搭載可見光、紅外以及紫外等設(shè)備對(duì)線路進(jìn)行“體檢”，具有缺陷發(fā)現(xiàn)及時(shí)、工作效率高以及人工無法替代等優(yōu)點(diǎn)[4,5]。而原有以望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)缺陷、照相機(jī)記錄缺陷的方式在巡視質(zhì)量和巡視效率容易受航檢員技能水平影響，且巡視成果比較單一，影響直升機(jī)輸電線路巡視的發(fā)展[6]。

2 直升機(jī)巡查分離技術(shù)介紹

2.1 直升機(jī)巡查分離定義

直升機(jī)巡查分離技術(shù)指航檢員在直升機(jī)上利用相機(jī)和可見光/紅外吊艙等設(shè)備，對(duì)輸電線路導(dǎo)地線、金具、桿塔以及附屬設(shè)施等關(guān)鍵部位按照定點(diǎn)拍照（錄像）標(biāo)準(zhǔn)流程完成數(shù)據(jù)采集，并在線下進(jìn)行數(shù)據(jù)查缺和分析的作業(yè)模式。一般作業(yè)時(shí)，1～2名飛行員駕駛直升機(jī)，兩名航檢員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其中1人負(fù)責(zé)可見光數(shù)據(jù)采集，1人負(fù)責(zé)可見光/紅外視頻數(shù)據(jù)的采集。

2.2 直升機(jī)巡查分離作業(yè)流程

交流線路直線塔巡視拍照關(guān)鍵點(diǎn)及流程示意如圖1，直流線路直線塔巡視拍照關(guān)鍵點(diǎn)及流程示意如圖2所示。可見光航檢員按照塔頭、地線支架、絕緣子串、塔端掛點(diǎn)、線端掛點(diǎn)、引流間隔棒、引流重錘片以及附屬設(shè)施的順序分別采集對(duì)應(yīng)部位的可見光數(shù)據(jù)。可見光/紅外視頻航檢員同樣按照該順序采集對(duì)應(yīng)部位的可見光和紅外視頻數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)中紅外異常部位進(jìn)行記錄。

圖1 交流線路直線塔巡視拍照關(guān)鍵點(diǎn)及流程示意圖

圖2 直流線路直線塔巡視拍照關(guān)鍵點(diǎn)及流程示意圖

以圖1交流輸電線路直線塔為例（直升機(jī)懸停圖中右側(cè)位置），可見光采集相片包括塔頭、遠(yuǎn)側(cè)地線、遠(yuǎn)相導(dǎo)線、中相導(dǎo)線、近側(cè)地線、近相地線等部位及相關(guān)金具，共采集20～25張相片。錄像采集流程如圖中箭頭所示，吊艙操作員利用可見光/紅外錄像設(shè)備按照?qǐng)D中箭頭方向?qū)U塔進(jìn)行雙視場(chǎng)同時(shí)獲取關(guān)鍵部位錄像數(shù)據(jù)[7]。以圖2直流輸電線路直線塔為例（直升機(jī)懸停圖中右側(cè)位置），可見光采集相片包括塔頭、遠(yuǎn)側(cè)地線、遠(yuǎn)側(cè)導(dǎo)線、近側(cè)地線、近側(cè)導(dǎo)線等部位及相關(guān)金具，共采集15～20張相片。錄像采集流程如圖中箭頭所示。

2.3 數(shù)據(jù)處理

外業(yè)數(shù)據(jù)采集后，線下數(shù)據(jù)分析工作包括整理歸檔視頻數(shù)據(jù)、相片數(shù)據(jù)、可見光數(shù)據(jù)查缺（按照輸電線路運(yùn)行規(guī)范，分析采集各部位可見光相片，找出線路缺陷）以及紅外缺陷編輯（根據(jù)運(yùn)行規(guī)范要求分析紅外缺陷）。按照缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行缺陷命名、歸檔以及報(bào)送運(yùn)維單位，按照運(yùn)維單位要求按時(shí)報(bào)送巡視成果及總結(jié)報(bào)告。

3 巡查分離技術(shù)優(yōu)勢(shì)及受限因素

3.1 作業(yè)速度提升分析

選取某電壓等級(jí)應(yīng)用巡查分離技術(shù)前后作業(yè)統(tǒng)計(jì)對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。從表中可以看出，巡查分離前線上作業(yè)速度僅為16.4 km/h，之后提升至19.6 km/h，作業(yè)速度提升19.5%。

表1 巡查分離作業(yè)前后主要指標(biāo)比較

3.2 作業(yè)質(zhì)量提升分析

為對(duì)比作業(yè)質(zhì)量，定義百公里缺陷（巡視一百公里輸電線路發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)量）。百公里缺陷由28.2處提升至44.0處，增長了56.0%。同時(shí)，對(duì)巡視發(fā)現(xiàn)缺陷類別占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如圖3所示，巡查分離后金具（如缺銷子、缺螺母等）和導(dǎo)地線（如斷股、漲股等）類缺陷占比均有顯著上升，絕緣子（如自爆、污穢等）和桿塔類（如鳥巢、異物等）缺陷下降，發(fā)現(xiàn)非地面可發(fā)現(xiàn)缺陷比例上升，巡視質(zhì)量提升明顯[8]。

圖3 巡查分離前后作業(yè)模式缺陷分布情況

3.3 直升機(jī)與無人機(jī)輸電線路巡視作業(yè)優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析

相對(duì)無人機(jī)輸電線路巡查，直升機(jī)巡查具備以下優(yōu)點(diǎn)。一是機(jī)載設(shè)備性能更優(yōu)越，不受設(shè)備重量限制，設(shè)備作業(yè)能力更加突出。二是作業(yè)安全性更高，應(yīng)對(duì)突發(fā)情況處理機(jī)制更加完善。三是作業(yè)內(nèi)容更加全面，在空中觀察視野更全面，可對(duì)巡視任務(wù)之外的缺陷（如線下施工）進(jìn)行更加細(xì)致的觀察和預(yù)判，巡視內(nèi)容更加豐富。四是作業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量更高，人工操作更加靈活。

3.4 直升機(jī)在輸電線路巡查中的難點(diǎn)

巡查分離技術(shù)還存在以下難點(diǎn)有待后續(xù)解決。一是照片查缺過度以來人工查缺，缺陷自動(dòng)識(shí)別技術(shù)達(dá)不到實(shí)用化水平[9]。二是外業(yè)采集相片受作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件（如光線、能見度等）影響，作業(yè)成果標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一。同時(shí)作業(yè)時(shí)線路載荷、環(huán)境條件影響紅外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。三是作業(yè)成本偏高。根據(jù)目前國內(nèi)通航公司運(yùn)營情況，直升機(jī)作業(yè)成本相對(duì)人工巡視和無人機(jī)巡視較高。

4 巡查分離技術(shù)在輸電線路直升機(jī)巡視中發(fā)展展望

通過巡查分離技術(shù)應(yīng)用，輸電線路直升機(jī)巡視效率和質(zhì)量均提升明顯，比原有巡視模式有較大提升，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，可預(yù)期巡查分離技術(shù)在以下方面將取得發(fā)展。一是圖像智能識(shí)別技術(shù)將得到飛速發(fā)展，隨著樣本量的增加和識(shí)別算法的完善，巡查采集的可見光相片將逐步實(shí)現(xiàn)缺陷自動(dòng)識(shí)別[10]。二是作業(yè)設(shè)備更自動(dòng)化和集成化。隨著設(shè)備制造和傳感器集成技術(shù)的發(fā)展，直升機(jī)搭載的裝備將進(jìn)一步升級(jí)，實(shí)現(xiàn)采集標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢。三是作業(yè)成果管理分析管理方面。對(duì)狀態(tài)相片和巡線視頻數(shù)據(jù)的應(yīng)用更加全面，通過對(duì)不同時(shí)期數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路和金具的變化，提前預(yù)判變化趨勢(shì)，預(yù)防線路事故的發(fā)生。

5 結(jié) 論

輸電線路直升機(jī)巡視在作業(yè)效率、缺陷發(fā)現(xiàn)率方面比人工地面巡視和無人機(jī)巡視有較大優(yōu)勢(shì)。巡查分離技術(shù)是直升機(jī)巡視技術(shù)發(fā)展的重要方向，相比原有作業(yè)技術(shù)在巡視效率和巡視質(zhì)量方面提升明顯，也更方便今后缺陷智能識(shí)別、巡線裝備升級(jí)在直升機(jī)巡線中的應(yīng)用，促進(jìn)直升機(jī)巡視在線路運(yùn)維的應(yīng)用，保證線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。