無人機巡檢技術在輸電線路運維中的應用研究

宋青龍 馮超

國網黑龍江省電力有限公司大慶供電公司輸電運檢中心 黑龍江大慶 163458

隨著我國大量各電壓等級輸電線路的建設及投運，線路距離不斷增長的現狀與運檢人員不足之間的矛盾日益突出，對輸電線路的現行運行維護方式帶來了巨大挑戰。傳統的人工巡視主要是依靠巡視人員目測觀察，依托各種檢測工具（如望遠鏡、紅外測溫儀）沿輸電線路行走，用肉眼或望遠鏡對轄區內的輸電線路進行觀測。這種工作方式存在巡檢效率低、精度不高、可靠性差等問題。

1 無人機技術與電力巡檢

2016 年到2020 年中國的基礎性電力網絡建設取得了突飛猛進的成果，至今年年底我國輸電線路的總長度可達一百六十萬公里以上，據有關專家估計在今后的一段時間內這個數據仍然會持續性增長。在這種情況下電力網絡線路的巡視和檢查工作必然愈發繁瑣，傳統的巡檢方式在今天已稍有不足，而利用無人機進行電力巡檢可謂是勢在必行。就目前來看，我國部分省份已經開始了無人機巡檢體系的建設，從硬件設備到配套制度都在不斷完善，以無人機作為巡查主力的新模式正在逐漸成型[1]。

由于發展時間短等原因，我國的無人機電力巡檢團隊仍然面臨人員不足、設備短缺的問題，整體應用效果比較有限，難以真正為輸電線路巡檢提供支撐性服務。進入二十一世紀以后，知識經濟開始嶄露頭角、信息化技術革命越來越受到人們的關注，一場智能化、集成化的技術變更已然到來，而無人機技術正是其中最具代表性的一種新技術，它的出現讓許多行業的生產方式發生了巨大的改變。無人機技術與電力巡檢的結合，能夠從根本上推動電網輸電線路巡檢工作從人工巡檢到智能巡檢的過渡和發展，而信息化技術的加入與融合，更是讓無人機巡檢如虎添翼，這對于電力巡檢工作而言，必將是一場無可忽視的重構式變革。

2 常見的無人機輸電線路基礎巡線技術

2.1 多角度多光譜成像

AMTIS（機載多角度多光譜成像系統）的硬件功能可以有效得到自可見光至熱紅外共3 個波段的9 個角度相應圖像，其屬于當今唯一能夠得到多角度熱紅外圖像的主要設施。經由拼接和采集圖像，對線路走廊三維地形、線路和物體距離圖、線下橫縱剖面圖以及正射影像圖等進行查看，從而定位地理，對走廊實際狀況加以監視，并且精準定位危險點以及各距離的量測。

2.2 激光雷達技術

當前，在電力系統中輸電線路通道巡檢過程中所使用的無人機，通過激光雷達系統的巡線采集和電力沿線的激光點云處理，能夠真實的反應出輸電線路的沿線地表形態和地形地貌，技術人員通過無人機激光雷達技術所回傳的參數數據，進行相關地表環境建模到實際情況的立體呈現，使其能夠了解輸電線路設備設施的運行情況和結構信息，并準確的發現輸電線路設備運行狀態的異常情況和安全隱患，及時的采取相應的處理措施，避免輸電線路受到走廊中障礙物的影響發生故障跳閘等危險。而且目前電力系統當中輸電線路通道巡檢所應用的無人機激光雷達技術能夠實現防止泄漏資產的有效管理，并與智能電網進行技術鏈接，實現電力系統輸電線路運行穩定性和安全性的雙提升。這一技術最早的研究是在上個世紀90 年代中后期，其主要的原理在于利用GPS 定位與激光測距技術的搭配使用，可以實現快速、精確的對地面物體進行高精度三維坐標的測量和獲取，其具有更加精準的測量水平，同時對于地物坐標的獲取也更加快速，很多測繪行業都選擇使用機載激光雷達掃描技術進行地面地形地貌的掃描和勘測。在電力系統的輸電線路巡檢工作中，利用機載激光雷達掃描技術對輸電線路沿線的地形和空間環境進行數據的參數采集并回傳后，使其形成三維的空間立體結構，其主要的應用原理在于激光雷達技術能夠針對地形當中的附著物進行全方位的物體反射強度信息的獲取，并從激光點云數據中去除掉地物回波點，提取數字高程模型，進而形成三維立體模型，讓技術人員能夠通過這些參數數據所建立的三維立體模型，掌握輸電線路通道的實際環境情況和空間的關系，借此來判斷輸電線路的實際運行狀態[2]。

2.3 電子光學

因為在架空輸電線路的瓷質絕緣子串當中，所有的絕緣子電壓并沒有均勻分布，其中與導線距離最接近的絕緣子擁有最高電壓。在一串絕緣子當中，在出現零值絕緣子的時候，電壓其將會沿著絕緣子表面對應重新進行分布，而此時與導線距離最近的絕緣子相應電壓會提升，從而使表面局部放電整體強度有所增加。此時結合其放電生成的光輻射自身強度，便能夠得到絕緣子串自身的絕緣性能。

3 無人機在輸電線路巡線方面的主要應用途徑

優化無人機巡檢路徑。目前無人機巡視主要采用高性能鋰電池作為動力來源，由于鋰電池容量有限且受限于無人機載荷，導致多旋翼無人機續航時間較短，必須合理規劃巡檢路線，避免無效飛行。為提高無人機巡檢的效率和安全性，必須制定出科學合理的拍攝飛行路徑和拍攝方法，在滿足安全飛行的條件下可以遍歷所有巡檢點且飛行路程最短的路徑。結合大量實踐檢驗、科學驗證與分析，將無人機桿塔巡檢路徑規劃等效為不回到起點的TSP 問題來，選用窮舉法來進行路徑規劃，結合實際情況將所有可行的路徑都計算出來，然后比較得出最優路徑。

4 結語

無人機技術與電力巡檢工作的結合，從根本上提升了電力系統信息化管理的質量。在今后的發展中，我們必須要對電力作業信息化管理流程進行調整，使之更具有合理性、科學性，在無人機進行電力巡檢的過程中必須要全程遵守作業流程的有關要求，避免不必要的問題[3]。