架空輸電線路無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用

王廷平

摘要：伴隨著時代快速進(jìn)步與電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，使得輸電線路的建設(shè)也越來越復(fù)雜，這大大增加了后期對于架空輸電線路的巡檢難度。而將無人機(jī)應(yīng)用于架空輸電線路的巡檢工作中，使得日常巡檢工作更加方便、簡單，大大降低了工作難度。本文著眼于架空輸電線路巡檢的現(xiàn)狀，探討了無人機(jī)在架空輸電線路巡檢中的應(yīng)用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路;無人機(jī);電力行業(yè)

1無人機(jī)在架空輸電線路上運用的背景

近年來，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展迅速，社會各界對于電能的需求越來越大，對于電能可靠性的要求越來越高，這些都推動了電網(wǎng)規(guī)模的不斷壯大，然而架空輸電線路運維人員的數(shù)量卻保持在相對穩(wěn)定的水平，在這種情況下，運用無人機(jī)配合線路的運維、檢修、施工作業(yè)，具有重要的意義。近年來，無人機(jī)技術(shù)的更新?lián)Q代進(jìn)展迅速，使得無人機(jī)在架空輸電線路上的運用，能夠發(fā)揮越來越大的作用。為了更好地開展架空輸電線路的運維、檢修及施工作業(yè)，同時緊跟時代發(fā)展的步伐，更加高效率、高質(zhì)量地開展線路運檢工作，線路運檢人員學(xué)習(xí)并運用無人機(jī)配合日常巡檢工作，將成為今后的大勢所趨。

2無人機(jī)巡視輸電線路的特征

在輸電線路巡視中無人機(jī)具備非常明顯的特征，這是因為輸電線路其中的絕緣子和金具較小并且與居民區(qū)靠近等，盡管塔桿自身的高度較低，可是飛行難度要求超出輸電線路，所以在可見光攝像頭進(jìn)行拍攝過程中，因為輸電線路自身的絕緣子和金具相對較小等，有關(guān)部件具備的精密度則要高出一些，為了可以得到較為詳盡的圖片信息無人機(jī)一定要靠近目標(biāo)，這對于人員自身的操作技能給出了更為嚴(yán)格的提出了更高的要求。通常在進(jìn)行拍攝過程中，一般使用的是推拉桿的一種操作形式，讓無人機(jī)慢慢的與桿塔設(shè)備靠近，并且把無人機(jī)控制在距離拍攝物體大概2.0到3.0m左右的位置時進(jìn)行懸停，同時對其進(jìn)行拍照。基于這種操作模式下，推拉桿操作的核心就是需要掌握無人機(jī)停住的瞬間以及推桿自身桿量，這樣的一個操作要求具備一定的工作經(jīng)驗才可以進(jìn)行，通常熟練人員可以按照相關(guān)要求在3.0m左右進(jìn)行抓拍，甚至可以與被拍攝物體靠近。假如至對線路通道進(jìn)行巡視，則需要在下風(fēng)側(cè)進(jìn)行飛行，和帶電體之間需要保持在3m米之上的一個安全距離，使用7m/s-8m/s平穩(wěn)飛行同時完成拍照以及錄像。

3無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢關(guān)鍵技術(shù)

3.1無人值守技術(shù)

3.1.1機(jī)巢

機(jī)巢和長航時無人機(jī)一起構(gòu)成無人值守平臺，機(jī)巢是一款為無人機(jī)巡檢作業(yè)定向研發(fā)的一體化設(shè)備，可以遠(yuǎn)程控制和傳輸數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控?zé)o人機(jī)的狀態(tài)以及任務(wù)前的準(zhǔn)備情況，配合無人機(jī)完成無人值守任務(wù)，并為無人機(jī)提供完整的后勤保障，是無人值守系統(tǒng)中不可缺少的一部分。

3.1.2長航時無人機(jī)

長航時無人機(jī)是一款為機(jī)巢定向研發(fā)的高端無人機(jī)，配合機(jī)巢實現(xiàn)無人值守作業(yè)，具有以下顯著優(yōu)勢：（1）長航時無人機(jī)采用了全新的飛控和動力方案，擁有超長的續(xù)航能力。在正常工作條件下，新型智能電池能夠在30min之內(nèi)完成充電，作業(yè)時間長達(dá)58min，單向航程超過30km。（2）內(nèi)置飛管計算機(jī)，由4顆ARMCortex-A9處理器組成，主頻高達(dá)1.2GHz，同時還搭載2GBDDR3運行內(nèi)存和16GBEMMC存儲空間，具備強(qiáng)大的運算能力。還內(nèi)置4G模塊，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和通信。（3）搭載RTK定位系統(tǒng)，可以提供厘米級精度的定位，同時雙天線的配置為飛控準(zhǔn)確定向，可提供強(qiáng)大的抗電磁干擾能力，在高壓線、金屬建筑等強(qiáng)磁干擾的環(huán)境下保障可靠的飛行。（4）搭載高清可見光云臺相機(jī)，最大可達(dá)2010萬像素。

3.2人工智能圖像識別技術(shù)

圖像識別模塊內(nèi)置于中央控制系統(tǒng)中，對傳回的巡檢照片進(jìn)行智能處理分析。圖像識別采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，具有強(qiáng)大的自學(xué)能力、容錯能力，通過大量樣本訓(xùn)練進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)在圖像中自動提取目標(biāo)。目前已建立70萬張巡檢圖像樣本庫進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，可高效識別施工外破、漂浮物、速生樹種、鳥窩等缺陷隱患。

3.3故障巡檢技術(shù)

無人機(jī)為架空輸電線路的故障巡視提供了新的選擇，（1）桿塔濕滑、積雪覆冰天氣的故障巡查工作。人工登桿塔進(jìn)行故障巡查的安全風(fēng)險大，勞動強(qiáng)度高，在這種情況下，采用無人機(jī)配合巡查，能夠克服天氣和架空輸電線路的不利因素，達(dá)到很好的效果。（2）屬于故障放電點位于導(dǎo)線檔距中央，比如吊車等大型施工車輛對于架空輸電線路造成的故障，或者故障放電點位于其他不容易人工拍照的位置。在這種情況下，運用無人機(jī)進(jìn)行近距離查看，拍照取證，將大大縮減巡查的時間，為判定故障點的位置和具體原因提供有力的圖片保障。（3）山林、河溝蔓延區(qū)域的線路故障巡查工作。受地理環(huán)境的限制，故障巡查的進(jìn)度嚴(yán)重延緩，此時運用無人機(jī)配合開展線路故障查找，也將取得事半功倍的效果。

4無人機(jī)巡檢對策研究

4.1加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)

加強(qiáng)無人機(jī)在架空輸電線路巡檢中的技術(shù)研發(fā)，將更多的能夠有利于巡檢工作的技術(shù)搭載到無人機(jī)中，從而真正解決無人機(jī)在架空輸電線路中的各種技術(shù)問題，提高輸電線路的安全穩(wěn)定性。

4.2建立一個標(biāo)準(zhǔn)化的無人機(jī)巡檢工作體系

逐步探索符合實際情況的無人機(jī)巡檢班組模式，完成無人機(jī)班組建設(shè)及人員配置，初步建立相關(guān)的班組管理、制度標(biāo)準(zhǔn)、績效考核等配套體系，實現(xiàn)由傳統(tǒng)線路運維班組向新型協(xié)同巡檢班組的轉(zhuǎn)型;完善無人機(jī)培訓(xùn)體系，組織青年員工參加國網(wǎng)公司山東電科院多旋翼無人機(jī)取證培訓(xùn)班，取得AOPA頒發(fā)的輕型多旋翼飛行器駕駛員合格證。

5發(fā)展趨勢及研究方向

從架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)研究現(xiàn)狀來看，發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下3個方面：

5.1協(xié)同立體化巡檢

為優(yōu)化直升機(jī)、無人機(jī)和人工巡檢的配置方式，提高架空輸電線路運行維護(hù)水平，需進(jìn)一步加強(qiáng)直升機(jī)、無人機(jī)和人工巡檢的有效協(xié)同，完善協(xié)同巡檢效益評估和決策模型，全面考慮地形地貌特征、天氣氣象特征、線路本體特征、地理氣象環(huán)境及輸電通道性質(zhì)等各種數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。在制定無人機(jī)巡檢作業(yè)計劃時，充分考慮直升機(jī)和人工巡檢作業(yè)周期，形成有效的協(xié)同互補(bǔ)，進(jìn)一步發(fā)揮無人機(jī)巡檢效益。

5.2高海拔、無人區(qū)等特殊復(fù)雜地區(qū)無人機(jī)作業(yè)

高海拔地區(qū)和無人區(qū)氣象條件惡劣，風(fēng)速較大且風(fēng)向多變，對無人機(jī)巡檢的要求更高。因此，需進(jìn)一步研究適用于高海拔、無人區(qū)等特殊復(fù)雜地區(qū)的機(jī)型、技術(shù)條件和作業(yè)模式，并適時開展巡檢現(xiàn)場測試，促進(jìn)特殊地理環(huán)境條件下無人機(jī)巡檢技術(shù)實用化。

5.3作業(yè)綜合保障

隨著無人機(jī)巡檢技術(shù)的逐漸普及應(yīng)用，在無人機(jī)作業(yè)綜合保障技術(shù)方面，需開展相關(guān)研究工作。在無人機(jī)作業(yè)空域方面，需進(jìn)一步研究更加高效和便捷的常態(tài)化申報機(jī)制，簡化空域使用流程，保證作業(yè)安全有序開展。在維護(hù)保養(yǎng)方面，針對無人機(jī)巡檢作業(yè)全周期流程，制定維護(hù)保養(yǎng)手冊，開展無人機(jī)關(guān)鍵組部件的常規(guī)保養(yǎng)和維修研究工作。

結(jié)語

將無人機(jī)應(yīng)用于架空輸電線路的巡檢工作中能夠大大解放勞動力，提高巡檢工作效率的同時降低了工作難度，使得輸電線路的巡檢工作更加便捷、安全。但是這一應(yīng)用尚且處于不斷發(fā)展和改進(jìn)的階段，所以要加強(qiáng)新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，建立完整無人機(jī)巡檢工作體系，提高電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，真正實現(xiàn)高科技服務(wù)于社會的最終目的。

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