無人機輸電線路智能巡檢技術綜述

姜羽中

摘要：線路巡檢是保證架空線路正常運行的重要手段，隨著我國輸電線路的快速發展，線路巡檢工作面臨著作業強度大、周期長，部分線路環境惡劣等問題，傳統的人工巡視方法面臨巨大挑戰。為此，近年來電網積極引進新技術，提高線路巡檢工作自動化程度，改進巡檢工作模式。

關鍵詞：無人機;輸電線路;智能巡檢技術

巡檢是確保輸電線路正常使用的有效方法，隨著輸電線路的增長，導致線路巡檢工作面臨著非常多的問題，而以往人工巡視方法已經難以滿足要求，此時便引進了無人機技術，在一定程度上了實現了巡檢工作的自動化，解決了一定的巡檢問題。

一、電力無人機概述

根據無人機的機體結構，通常可將無人機分為無人直升機、多旋翼無人機和固定翼無人機三類。目前在電力巡檢中都有應用，但由于三種無人機的性能特點存在較大差異，其所承擔的巡檢任務也有所側重。

無人直升機與傳統直升機類似，但由操控人員在地面站進行操控，是早期電網無人機巡檢試驗方案之一。由于無人直升機體積較大，操控難度較高，存在與電力設施碰撞產生嚴重后果的潛在風險，且成本較高，目前已較少應用在電力巡檢領域。

多旋翼無人機由多個旋翼產生升力，通過改變各個旋翼的轉速控制飛行器的姿態，具有小巧靈活、垂直起降、精準懸停的優點，但機動性和飛行高度較低，負載較小，續航時間短。因此，在架空線路巡檢中，多旋翼無人機通常負責小范圍精細作業，或桿塔精細化建模等任務。

固定翼無人機依靠螺旋槳或渦輪發動機提供前進動力，由機翼與空氣的相對運動產生升力，其巡航速度快，續航時間長，但起降需要跑道，且無法懸停。在架空線路巡檢中，固定翼通常負責大范圍、有較高航程要求的任務。除此之外，還有結合固定翼與多旋翼的復合翼無人機，兼具垂直起降、精準懸停與巡航速度快的優點，在災后應急等惡劣復雜環境的應用場景中極具潛力，但在電力巡檢領域尚未有大范圍落地應用。從功能來說，無人機在電力巡檢中所扮演的角色主要為遙感承載平臺。

二、無人機輸電線路智能巡檢技術

（一）桿塔本體精細化巡視

無人機精細化巡視是通過多旋翼無人機對桿塔精細部位進行高清拍照，通過圖片巡檢發現開口銷、金具、絕緣子等部位缺陷，拍攝的內容主要包括導地線桿塔側掛點、導地線側掛點及絕緣子。實踐證明，無人機可發現桿塔部位90%以上開口銷缺陷，尤其是金具上方的開口銷缺陷可達100%，同時可精細發現復合絕緣子芯棒和瓷瓶的破損情況。

（二）激光雷達

激光雷達主要是通過發射激光束探測目標各種參數，如位置等等，其在定位以及地理測繪方面得到了普及使用。當對輸電線路進行巡檢時，通常的是用在架空線路測繪通道環境上，或是進行三維重建，是現階段檢測線路走廊環境十分有效的方法。在方法在應用過程中所采用的原理在于利用激光雷達對通道進行掃描，然后根據所探測到的數據建立相應的三維模型，再以此為基礎對危險點進行分析，再與導線、微氣象等方面進行有效結合，對于輸電線路本身所存在的缺陷進行預警。因為多旋翼無人機本身會受到航程的限制，所以激光雷達主要是用于固定翼無人機上，也有部分小型激光雷達是用于旋翼無人機，主要作用是進行簡單且精細的建模，截止到目前為止還沒有得到大規模使用。

（三）輸電線路走廊的三維建模系統

對于輸電線路的走廊位置，應該以客戶的實際巡檢需要以及電力行業相關的走廊巡檢方式作為重要依據，給出下述新的研究思路。如果在輸電線路走廊建設工作中使用無人機傾斜測繪技術，那么就可以實現走廊可視化三維模型的建立，進而能夠實時觀察和分析輸電線路周邊環境變化對線路運行的影響，主要包括以下三方面：首先是通過對輸電線路周圍樹木的觀察及時發現并測定線路與周邊樹木的實際距離，便于作出相應的處理;其次，能夠實時的檢查周圍環境對于輸電線路的影響，例如輸電線路周圍是否存在會對輸電線路運行產生不良影響的工程施工等;最后，實時觀察輸電線路周圍是否出現一些會對線路正常運行產生不良影響的新建建筑。

在輸電線路中應用走廊三維建模系統主要具有下述優點：與傳統的以照片進行判讀的工作方式相比較而言，通過便攜式單鏡頭測繪無人機的使用獲得三維線路的相關走廊數據能夠更加直觀并且高效的判讀通道的實際狀態，不僅需要的成本比較低，而且還能夠有效提高工作的效率，為客戶提供更加直觀且準確的可視化線路走廊圖。

（四）塔架故障自動判讀識別系統

針對線路中塔架部分，區別傳統人工處理方式，定制開發了塔架故障自動判讀識別系統，利用工業旋翼機進行前端塔架數據采集，通過數據識別系統對前端采集數據進行自主刪選、自主判斷，來達到對全線路桿塔缺陷自主識別，獲取缺陷報告（含線路名稱，塔桿號，缺陷名稱，巡檢時間日期等）;真正實現塔架的精細化、自主化巡檢。本系統是定制開發的“塔架缺陷自動識別系統”，利用人工智能和機器學習等技術，用計算機判讀替代了傳統的人工照片判讀，大幅降低了人工勞動。應用《塔架缺陷自動識別系統》完成的故障診斷和識別。

三、功能拓展

（一）火災監測

輸電線路沿線森林火災防治的重點在于隱患排查。然而，在廣袤的山林中，森林深處的違法用火行為很難及時查清，消防工作也無法有效開展。

無人機同時配備可見光攝像機和熱成像傳感器后，投入火災監測工作，一次作業同時采集可見光和熱成像數據，幫助作業人員及時發現火災危險源，防止火災發生。森林火災發生時，作業人員只需在遠離火場的地方投放無人機，監測高空火情，實時傳回火災現場畫面，可為評估火情對線路的影響和采取救災措施提供重要依據。

（二）人員搜救

在偏遠山區，當工人在巡線過程中受傷或失去聯系時，組織人力資源到野外搜救，無異于大海撈針。很難及時確定失蹤人員的位置，延誤傷者的救治時間。

無人機裝備有熱成像傳感器，在地面站設定人體溫度范圍。當熱成像傳感器探測到高空溫度范圍時，地面站會立即發出警告，然后啟用“熱點跟蹤”功能。結合無人機同時攜帶的可見光攝像頭，地面站會立即發出警報，可以引導救援隊準確確定迷路或受傷人員的位置，迅速找到被救人員。

（三）異物清除

輸電線路容易被風箏、塑料薄膜等異物纏住。當遇到雨、霧或大風時，輸電線路可能會意外停運，甚至引發安全事故。過去，纏繞在地線上的異物通常是用絕緣操作桿手動清除的。在緊急停電的情況下，耗時長，安全風險大。

無人機可在不停電的情況下投入運行，清除輸電線路上的異物。噴火清洗技術是指無人機配備遙控噴火裝置，將異物推入并點燃，從而快速燃燒和清除異物。但燃燒的異物可能隨風落在地面引起火災，裝載燃油的無人機失控后可能自行著火;電熱絲清洗技術是在無人機平臺上安裝電加熱絲，用高溫電線對異物進行熔切，使異物與線路設備分離，不產生明火。但電加熱絲的功率小，產生的高溫不足以切割風箏骨架等硬物，且去除效果不好。

四、結論

如今，高速增漲的輸電線路大大增加了巡檢壓力，這使得電網引進了無人機技術，提升巡檢工作的效率，但同樣也帶來了新的問題，如海量數據處理等等，所以巡檢技術智能化發展成為了解決這些問題的有效方法，也是其未來的重要的發展方向。

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