高壓輸電線路的無人機電力巡檢技術

陳驍航

摘要：隨著經濟的不斷發展，社會對于電能的需求不斷增加，輸電線路里程不斷增長，并且線路沿線地區建設不斷加快，施工機械等活動頻繁，輸電線路防外破保護點不斷增加，造成輸電運檢人員不足的問題日益凸顯，使無人機巡檢成為提升檢修效率的重要手段之一。根據國網公司公布的數據，無人機巡檢架空線路巡檢效率是傳統人工巡檢效率的8倍以上，在其他特定巡檢任務中，無人機巡檢效率也遠超傳統人工巡檢方式，在一定程度上緩解了巡檢工作壓力，但是由于小型多旋翼無人機巡檢過程中仍需要人工處理大量圖像數據，并且巡檢人員也需要具備較高的無人機操作水平和維護技能，專業化無人機巡檢人員的欠缺和智能化水平的不足嚴重制約無人機巡檢進一步的推廣應用。本研究通過對電力巡檢無人機主要工作模式入手，對現階段無人機智能巡檢中所需的影像數據處理技術、自主巡航技術及續航等關鍵技術進行分析，探索可行的無人機智慧巡檢方案，為無人機智能巡檢的應用提供一些有益的參考。

關鍵詞：輸電線路;無人機;巡檢;研究

1無人機技術及其核心組成

無人機是指不需要由駕駛員在機艙內操作完成駕駛的一種飛機，其主要借助遙控技術或自動駕駛技術來完成相關任務的飛行載具。與載人飛機相比，無人機的操作更為便捷、體積小、自重輕、應用成本更低。早期無人機技術主要應用于軍事領域，但隨著其技術快速發展，無人機在民用領域的應用越來越廣泛。目前，無人機在電網企業中的應用主要是固定翼、多旋翼、無人直升機三種類型。固定翼無人機飛行速度較快，具有較遠的續航里程，能夠搭載可見光傳感器，在輸電線路路徑巡視觀測工作中的應用較多。多旋翼無人機的飛行模式較為靈活機動，能夠隨時懸停，從而完成短距離觀測、攝影，但外部環境對其影響較大，續航里程相對較短。無人機核心部分組成包括無人機飛控系統、導航系統以及數據鏈。其中，無人機飛控系統是其核心系統，與載人飛機中的駕駛員地位相當。無人機完成啟動、升空、飛行等各項操作，都需要依靠飛控系統的控制。無人機飛控系統中，包括微型計算機、傳感器、伺服系統等，飛機在半空的懸停、緊急控制等，都由這些系統裝置控制完成。無人機導航系統相當是飛行員的雙目，在導航系統中預設好飛行路線后，無人機會根據設定好的路線飛行作業;同時，導航系統也會向地面操作人員傳輸無人機位置信息，從而使地面人員準確獲取無人機坐標位置。無人機數據鏈可以分成上行數據鏈與下行數據鏈。前者完成操作人員對無人機的遙控，后者完成將向地面傳輸無人機數據及進行無人機遙測。無人機數據鏈是連接無人機與地面的有效鏈接，從而完成數據的相互傳輸、控制等任務。

2高壓輸電線路的無人機電力巡檢技術

2.1無人機巡檢的實施方案

無人機飛行機動靈活、操作簡單、懸停穩定性高，抵御陣風能力強，可以通過可見光相機及各種成像技術對線路狀況進行巡檢，并將采集的資料信息提供給巡檢人員進行分析，也可在線路大型檢修作業前進行勘測，提前檢查設備狀況，便于檢修方案的制定。可見光相機可對桿塔、絕緣子串、金具等設備的外觀進行巡查;紅外熱成像技術是對線路局部異常發熱進行檢測，從而判斷輸電線路的具體故障點和類型;電子光學檢測則是能夠檢測線路是否發生漏電;而激光振動檢測則是檢測絕緣子是否發生破裂。不同的檢測技術的特點不同，應用場景也不同。基于無人機巡檢的特點，在對線路的巡檢過程中，分析不同巡檢的任務需求、線路所處環境特點等因素，選取適當的方式開展線路巡檢。

2.2自主巡航技術

自主巡航技術是實現無人機自主巡航的核心技術，常規分為人工示教和建模與定位技術2種，示教航線學習技術主要是在巡檢過程中由巡檢人員設定精準位置和姿態信息，無人機在存儲相關信息后，無人機依照預先設定信息進行自主巡檢。但是由于該技術主要由北斗和GPS定位技術進行技術支撐，而民用無人機定位精度誤差在2～10m，電力巡檢過程中需要面對較為復雜且不斷變化的航道環境，同時根據電網巡檢工作規范，無人機需要與線路保持10m以上安全距離，因此現階段主流主要采用RTK（real-timekinematic）實時動態載波相位差分定位技術，即通過借助激光雷達掃描精度高、數據處理快速、數據采集多樣等優勢，獲得激光點云，并以此為基礎實現三維地圖的構建，并結合人工智能深度學習算法實現自主巡航。

2.3智能無人機巡檢應用

采用智能航空站控制具有RTK功能的無人機，搭配SDK二次開發的專業電力飛巡軟件作為地面遙控站，整套系統即可成為變電站無人機智能巡檢的主要飛巡工具。通過手動飛行記錄飛行空間航跡、云臺姿態信息，生成自主飛巡航跡，將航跡導入變電站三維實景模型，查看其相對位置，模擬飛巡路線，可適當編輯修改。此后可將航跡通過無人機集控系統導入無人機，實現一鍵起飛、全自主飛巡、成果影像自動回傳等。智能巡檢無人機具有操控靈活、可多角度調節視角等特點，可對變電站設備從不同空間角度進行巡視檢查，能夠彌補固定機位的不足，例如，通過智能巡檢無人機能發現高空金具缺陷，如圖3所示。與此同時，智能巡檢無人機能夠在降低運維人員巡視工作強度的基礎上，有效提高高空金具類設備缺陷檢出率，防止因人員疏忽、技能欠缺、巡視角度限制等情況造成的缺陷未及時發現現象。

結語

隨著信息通信、遠程圖像傳輸技術的迅速發展以及無人機的紅外測溫、紫外探測以及激光震動等各種成像吊艙技術的發展成熟，在不久的將來無人機巡視有望全面取代人工巡視，輸電線路的健康水平將再上一個臺階。

參考文獻

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