無人機巡檢技術(shù)在架空輸電線路巡檢中的實踐應(yīng)用

王煥 陳杰

摘 要：巡檢作業(yè)是保障輸電線路穩(wěn)定運行的重要基礎(chǔ)，而無人機巡檢作為信息時代新興起的巡檢技術(shù)，其不僅可以顯著提高巡檢效率和巡檢質(zhì)量，且不受環(huán)境因素的影響可多方位、多角度完成巡檢作業(yè)，因而在實際應(yīng)用中也得到了巡檢人員的廣泛認可。接下來，筆者將圍繞無人機巡檢這一技術(shù)，從基本概述、系統(tǒng)組成、作業(yè)流程、巡檢類型、安全要求等方面對其展開探究。

關(guān)鍵詞：無人機巡檢技術(shù);架空輸電線路;實踐應(yīng)用

隨著我國電網(wǎng)建設(shè)水平不斷提高，長距離、高海拔、大跨越等高建設(shè)難度的輸電線路也越來越多，這些輸電線路在提高廣大人民群眾用電質(zhì)量的同時也大幅度增加了運維巡檢人員的工作難度。為了有效地解決這一問題，緩解線路巡檢人員的工作壓力，無人機巡檢技術(shù)逐漸發(fā)揮了其應(yīng)有的作用價值，這也是筆者將要重點闡述的主要內(nèi)容。

一、無人機巡檢技術(shù)

（一）基本概述

無人機巡檢技術(shù)主要是指工作人員通過對無人機進行遠程操作，利用無人機中的傳感設(shè)備來高效、高質(zhì)地完成對電力工程中架空輸電線路的自動巡檢工作。與傳統(tǒng)的人工巡檢方式相比，該技術(shù)可以將巡檢效率提升八至十倍，且具有成本低廉、安全高效、操作簡單、機動靈活、視野良好、無須線路改造等應(yīng)用優(yōu)勢。雖然目前我國線路巡檢工作中人工巡檢和無人機巡檢各占一半，但顯而易見，隨著無人機巡檢技術(shù)的不斷優(yōu)化，想必其所占比例也會隨之增加，成為未來電網(wǎng)巡檢的重要支柱。

（二）系統(tǒng)組成

（1）無人機平臺。目前市場上比較常見的無人機設(shè)備有三種：第一種是無人直升機，與傳統(tǒng)形式的直升機結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別則為工作人員可對其進行遠程操控，與其他兩種無人機相比劣勢相對明顯，如體積偏大、操作難度系數(shù)高、造價成本高等。第二種是多旋翼無人機，由多個旋翼構(gòu)成，工作人員可通過改變旋翼速度來實現(xiàn)對其飛行姿態(tài)的控制，常應(yīng)用于架空線路中的精細巡查作業(yè)中。第三種是固定翼無人機，通常將渦輪發(fā)動機或者螺旋槳作為源動力，續(xù)航時間相對較長，常應(yīng)用于架空線路中大范圍、高航程的巡查作業(yè)中。

（2）數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。無人機平臺的主要作用是為了搭載傳感器、POS、穩(wěn)定平臺、避障系統(tǒng)等機械設(shè)備。具體如下：第一，傳感器，如紅外成像、激光掃描、光學相機、之外成像等;第二，POS，可幫助工作人員對無人機設(shè)備的具體位置進行測定，同時可對多次巡檢作業(yè)所獲取的數(shù)據(jù)信息在同一空間坐標時間線上進行歷史對比;第三，穩(wěn)定平臺，主要用于將無人機設(shè)備處于正常飛行狀態(tài)時外界的擾動因素進行隔離，提高設(shè)備飛行穩(wěn)定性，從而保障最終的成像質(zhì)量[1];第四，避障系統(tǒng)，通過雷達傳感器對飛行路線中的障礙物位置進行準確的定位探測，以規(guī)避飛行過程中潛在的風險因素。

（3）地面測控站。主要功能如下：第一，輔助工作人員對無人機的飛行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和操作控制;第二，控制傳感器對數(shù)據(jù)信息的獲取方式;第三，為無人機進行領(lǐng)航。

（4）數(shù)據(jù)通信鏈。通常包括機載的信號接收和信號發(fā)射設(shè)備、地面測控站中的信號接收和信號發(fā)射設(shè)備、通信中繼設(shè)備等。主要作用為保障無人機設(shè)備與地面測控站之間的數(shù)據(jù)通信的可靠性。

（5）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常是利用遙感數(shù)據(jù)處理或者攝影測量的方式來完成對無人機設(shè)備所采集的影響。視頻、數(shù)據(jù)、點云、坐標等信息進行高效處理，從而對輸電線路的運行情況進行準確掌握。

二、實踐應(yīng)用探究

（一）作業(yè)流程

目前無人機設(shè)備在線路巡檢工作中的作業(yè)流程趨于統(tǒng)一化，具體包括以下步驟。第一，空域申報，工作人員在開展線路巡檢工作的前一周，工作人員應(yīng)對巡檢空域的使用進行申報，申報內(nèi)容包括飛行空域、飛行計劃等，所申報的飛行區(qū)域應(yīng)與其他空域的水平間距應(yīng)超過20千米，垂直間距則應(yīng)超過2000米。第二，計劃編制，工作人員可根據(jù)安質(zhì)部門、運行單位、省調(diào)巡檢對架空線路所提出的建議以及輸電線路對無人機巡檢工作的實際要求來確定巡檢內(nèi)容，包括全線、定點、定線等路線設(shè)定。第三，巡檢準備，為了可以最大限度上確保巡檢作業(yè)能夠順利完成，工作人員應(yīng)在巡檢之前做好充分地準備工作，如無人機設(shè)備檢查。通信傳輸回路檢查、機載巡檢設(shè)備校驗、控制模塊檢驗、動力裝置啟動等等。第四，巡檢執(zhí)行，無人機技術(shù)在巡檢過程中需嚴格按照《技術(shù)導則》《技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)標準進行規(guī)范化操作[2]。第五，巡檢報告，在巡檢時工作人員還應(yīng)及時地對線路巡檢相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進行整理，為該輸電電路后續(xù)的運行維護提供數(shù)據(jù)參考。

（二）巡檢類型

（1）正常巡檢。通常是指工作人員根據(jù)架空輸電線路在運行過程中的實際序曲對其進行周期制的巡檢作業(yè)，并對其開展紅外成像或者可見光等巡檢項目，具體巡檢內(nèi)容如表1所示。

（2）故障巡檢。故障巡檢通常是當輸電線路發(fā)生故障問題時，無人機設(shè)備可在故障區(qū)域進行全方位的故障巡檢，及時地將故障區(qū)域內(nèi)的故障情況以及故障范圍向工作人員進行反饋，將輸電線路局部故障問題所造成的損失和危害降至最低。當工作人員接收到由無人機拍攝的線路圖像時，需對其進故障類型進行進一步明確[3]。傳統(tǒng)圖像處理方式大多以人眼判斷為主，不僅效率低，工作量大，且很難準確地處理一些相對復雜的線路故障情況。針對這種情況，工作人員可積極引進先進的技術(shù)，如路桿塔檢測模型，其可以通過圖像獲取、聚類分析、特征匹配等方式自動判斷出桿塔中潛在的故障問題。

（3）鳥害巡檢。由于輸電線路通常被設(shè)置在丘陵、高山等地區(qū)，且通常以高塔架設(shè)為主，符合鳥林筑巢要求，因而常常會受到鳥類的影響導致輸電線路頻繁出現(xiàn)故障且無法正常運行。為了可以有效地解決鳥害問題，工作人員可根據(jù)年鳥類物種的遷徙特性及筑巢習慣，利用無人機設(shè)備在筑巢前期對其進行驅(qū)趕，對筑巢后期實施監(jiān)控巡檢，幫助工作人員更好地了解線路中不同區(qū)間的鳥害情況，并對其實施針對性地驅(qū)趕措施，以保障該區(qū)域段內(nèi)輸電線路的安全運行。

（4）外破巡檢。為了避免輸電線路因車輛吊裝、工程建設(shè)、市政修路、挖方取土等施工作業(yè)而受到破壞，導致輸電線路無法進行正常運行，工作人員應(yīng)定期利用無人機設(shè)備對輸電線路的沿線區(qū)域進行外破巡檢，為預防外破隱患提供影響參考，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)對施工企業(yè)進行及時溝通。

（5）山火巡檢。隨著退耕還林理念在國內(nèi)各地的不斷滲透，輸電下路沿線的植被也隨之增多，從生態(tài)環(huán)保的角度來看植被數(shù)量增多是利國利民的好事，但同時也在一定程度上增加了輸電線路的防火壓力。尤其對于一些容易發(fā)生山火的季節(jié)和地區(qū)，工作人員應(yīng)合理地利用無人機設(shè)備對對山區(qū)、森林等區(qū)段內(nèi)的輸電線路進行全方位的房山會巡檢，顯著降低山火對輸電線路造成損害的概率[4]。

（6）災后巡檢。當輸電線路所屬區(qū)段發(fā)生山土滑坡、水災、泥石流、地震等不可控的自然災害后，為了保障巡查人員的人身安全，工作人員可利用無人機設(shè)備第一時間進入受災區(qū)域來完成相應(yīng)的巡檢工作，并對去內(nèi)的線路情況進行有效收集，為工作人員后續(xù)的災后線路重建工作提供參考依據(jù)。

（7）樹竹巡檢。春季和夏季是樹竹最適宜的生長期，處于該時間段內(nèi)的樹竹生長速度快，因此極易導致輸電線路發(fā)生跳閘問題。對此工作人員可借助無人機設(shè)備并機載雷達探測或激光測距等巡檢設(shè)備對特定區(qū)域內(nèi)的樹竹隱患問題進行排查，從而掌握輸電線路的實際運行環(huán)境情況，為后續(xù)的樹竹掃障工作提供參考。

（8）紅外巡檢。通常來說，每年的夏季是我國用電的高峰期，輸電線路在運行過程中常常會出現(xiàn)設(shè)備異常發(fā)熱及其相關(guān)故障問題。對此工作人員可利用無人機設(shè)備機載紅外測溫來緩解人工紅外測溫工作的壓力，同時還可對地勢惡劣地區(qū)的輸電線路運行情況進行快速診斷，在提高巡檢效率的同時其巡檢質(zhì)量也得到了保障。

（三）安全要求

安全要求設(shè)定的目的在于提高輸電線路巡檢作業(yè)的可靠性，具體要點如下。第一，盡可能地選擇在良好天氣中進行無人機巡檢作業(yè)，若必須在惡劣天氣開展時，工作人員應(yīng)結(jié)合巡查線路及天氣情況制定相應(yīng)的緊急預案，在相關(guān)部門批準后再執(zhí)行巡檢任務(wù)。第二，盡可能地選擇安全空域進行巡檢，盡量避免受炸石、火焰、無線電、爆破、煙霧等因素影響較大的空域。第三，在安全距離內(nèi)進行無人機巡檢，如表2所示。

三、結(jié)語

我們不可否認的是，無人機巡檢已然成為輸電線路項目中巡檢作業(yè)未來的發(fā)展趨勢。雖然現(xiàn)階段人工巡檢已然占據(jù)一席之地，但筆者相信隨著無人機巡檢技術(shù)的不斷優(yōu)化和提升，其一定能夠逐漸代替人工巡檢為輸電線路的安全運行做出更大的貢獻，為我國電力領(lǐng)域的長期發(fā)展添加助力，這也是每一位從事輸電線路巡檢作業(yè)工作人員的美好希冀。

參考文獻：

[1]邵瑰瑋，劉壯，付晶，談家英，等.架空輸電線路無人機巡檢技術(shù)研究進展[J].高電壓技術(shù)，2020，46（01）：14-22.

[2]陳劍剛，姚璞，楊俊武，等.無人機在架空輸電線路巡檢中的應(yīng)用研究[J].湖南電力，2019，39（05）：74-77.

[3]吳立遠，畢建剛，常文治，等.配網(wǎng)架空輸電線路無人機綜合巡檢技術(shù)[J].中國電力，2018，51（01）：97-101+138.

[4]陳利明，劉偉東，李源源，等.無人機系統(tǒng)在架空輸電線路巡檢業(yè)務(wù)中的應(yīng)用[J].測繪通報，2017（s1）：169-172.