輸電線路無人機智能巡檢技術概述

賴葉茗

摘要：我國幅員遼闊，為保證全國各地的可靠供電，需建設較多的輸電線路。而線路巡檢是保證輸電線路正常運行的重要手段，對我國電力的可持續供應和經濟的安全、快速發展具有重要意義。最近十幾年，隨著國家經濟的高速發展，架設的輸電線路越來越多。在這種背景下，如果采用傳統的人工巡檢模式巡檢數量如此之多的輸電線路，將會不可避免地存在著作業強度大、巡檢周期長、部分線路檢修危險等問題。近年來，國家電網公司積極引進無人機智能巡檢技術，提升輸電線路巡檢工作的自動化程度，改進巡檢工作模式，以期實現輸電線路的精確、高效、經濟巡檢。

關鍵詞：輸電線路;無人機智能;巡檢技術

為了滿足人們的電力需求，傳輸線的數量不斷增加，分布范圍越來越廣。許多輸電線位于地形復雜且環境惡劣的區域，顯著增加了傳輸線出現問題的可能性。為了確保正常供電，必須及時維修或更換出現問題的傳輸線，因此確保輸電線路檢查工作的效率非常重要。無人機在輸電線路檢查工作中具有很大的應用優勢，檢查人員可以通過無人機檢查輸電線路的故障，顯著減少了塔架攀登高空作業，有效地減少了工作量。

1無人機巡檢技術

無人機通俗來講就是無人駕駛飛行器，他主要是結合了紅外線技術感測技術，遙感技術等等高科技性能的駕駛飛行器，對一些危險性系數比較高的地區或者情況相對復雜的地區進行遠程的觀測。并用它所攜帶的高科技性能進行一些觀測圖片分析和拍攝，然后將這些圖片傳送到駕駛操作員的手中，方便操作員根據這些遙感圖片對地方的實際情況有了更加深入和全面的了解，從而做出合適的工作方案和一些策略決策。無人機技術在當前的發展中相對來說應用的比較廣泛，尤其是在一些軍事方面，因為她本身就有很多的優勢作用。比如說可以節省人力資源和物力資源，同時能夠獲得更加高效準確的信息，也正因為這些優勢的存在，使無人機技術已經逐漸地運用到經濟領域方面。比如說是在輸電線路的運行方面，無人機在巡檢當中如果需要達到一個平穩安全的飛行狀態，就需要使紅外線遙感技術，GPS，GIS，數字地球，RS等等技術之間的相互融合，才能夠使無人機在巡檢當中發揮高效的作用，順利的完成指揮目標所要求的任務。將無人機巡檢技術應用到輸電線路當中，他不僅可以及時地判斷所存在地方的故障和問題并且做出一些自動化的處理方案，同時也可以判斷出自身所存在的問題。這樣在后期的人工維修當中就節省了很多的時間，提高了維修的效率。

2輸電線路無人機智能巡檢技術的應用

2.1圖像數據處理

無人機巡檢圖像數據主要來源于光學影像數據和激光雷達點云數據。其中，激光雷達點云數據的處理已具有較高的智能自動化處理水平，應用商業軟件再加上少量的人工干預即可。而光學影像數據，包括可見光影像、紅外影像等數據的智能化處理尚不成熟，還在處在初步研究階段。目前，可將光影像數據智能化處理是輸電線路無人機巡檢圖像處理領域的熱門研究方向。傳統的電力設備圖像數據處理方法是基于人工設計特征提取的機器學習圖像目標檢測方法。然而，該方法存在檢測對象單一的問題，且存在漏檢、錯檢的風險。在輸電線路巡檢中，有將近900多種常規缺陷，并且電力設備的型號眾多，設備之間外形差異較大，基于上述傳統圖像處理方法僅能檢測單一或少數幾種電力設備，缺乏基本的通用性和較高的可靠性，因而實際工程應用價值較低。隨著計算機性能的不斷提升和智能算法的不斷發展，有學者提出可建立大型的數據集，將深度學習算法引入輸電線路無人機巡檢圖像的數據處理中。從現有研究來看，深度學習技術在該領域中確實具有更大的優勢和發展潛力[8]。但是，目前還難以建立起比較完善的數據集，制約了深度學習技術在輸電線路無人機巡檢圖像數據智能處理中的發展。未來可通過不同單位和公司的合作方式，建立完善的電力設備缺陷數據集，將深度學習技術的優勢在無人機巡檢圖像數據智能處理中的優勢發揮出來。

2.2無人機自主巡航

無人機自主巡航是輸電線路無人機智能巡檢技術的核心組成部分。其巡航的區域主要分為塔間區域和近塔區域。目前，輸電線路無人機巡檢并不具備自主或自動巡檢能力，通常采用的方式是：人工預先設定運行的軌跡，然后基于GPS按預定軌跡飛行。該方法存在明顯的不足：（1）無法適應檢測目標或者周圍環境隨時間可能發生的變化，容易發生安全事故。例如，當樹木生長至輸電線路附近時，無人機有較大可能撞上樹木，造成無人機墜毀。（2）該方法對無人機定位的精度有著較高的要求。然而，常用的民用無人機GPS的定位誤差可高達10m。雖然利用載波相位差分技術能克服這一問題，但是該技術需要建立較多的基站，以覆蓋輸電線路所處的較為廣闊的范圍，因而將該項技術應用于輸電線路無人機自主巡航的成本太高，并不切合工程實際。目前，機器視覺技術是解決上述問題的潛在解決方式，也成為了該領域的研究熱點。此外，采用GPS和機器視覺輔助技術的組合導航系統是輸電線路無人機智能巡檢的未來發展趨勢。

2.3無人機續航

無人機續航能力不足是輸電線路無人機智能巡檢技術中存在的另一關鍵問題，已嚴重制約了輸電線路巡檢的效率。目前，無人機續航時間通常為30min左右。為解決無人機的續航問題，部分地區已開始采用了設置無人機機巢的方法。無人機機巢主要有巡檢車改裝而成的移動式機巢和固定于桿塔頂部的固定式機巢。其中，移動式機巢可在一定程度上提高無人機巡檢的續航時間，但并不適應無人機自主巡航的發展趨勢，并且人工、維護等成本較高;而固定式機巢僅需少量的人工干預，更加契合無人機自主巡檢的要求，因而具有較好的應用前景。然而，如何將固定式機巢完備地融合于輸電線路無人機智能巡檢技術中，還有諸多技術難點需要攻克。此外，對無人機進行動態充能是一種更加理想的解決方案。通常這種方式，可直接提高無人機的續航能力，但也存在著一些需要解決的關鍵技術問題。例如，供能端如何獲取能量問題、供能的穩定性如何保證問題、供能存在的其他風險如何避免問題等。利用輸電線路電磁場為無人機動態充能也是一種潛在方案，但目前還處于探索階段。

2.4無人機巡檢方法和規程

當前，輸電線路無人機巡檢作業仍處于試驗階段，相關方法和技術并不成熟，整個巡檢作業流程尚未形成統一的行業規范。根據傳統的巡檢方法和現有的巡檢經驗，可將輸電線路無人機巡檢作業按照巡檢內容主要分為線路本體、附屬設施、通道及電力保護區三大部分。在無人機巡檢作業中，涉及人員配備、作業前準備、無人機準備、巡線工作、圖像視頻傳輸、圖像處理等多個步驟。

3結語

總體而言，在輸電線路檢查工作中，無人飛行器具有很大的應用優勢，有效地代替了人力，能進行高效、準確的檢查工作，顯著降低了檢查人員的工作強度，有效減少了輸電線故障。準確、快速的調查減少了人力、物力的投入，有效地保證了輸電線路檢查工作的安全，極大地促進了電力領域的技術創新。

參考文獻：

[1]李建峰，段宇涵，王倉繼，等.無人機在輸電線路巡檢中的應用[J].電網與清潔能源，2017，33（8）：62-65+70.

[2]曾懿輝，何通，郭圣，等.基于差分定位的輸電線路多旋翼無人機智能巡檢[J].中國電力，2019，52（7）：24-30.

[3]蘭昊，米珂，程帥，等.無人機用于輸電線路巡檢的作業流程及應用[J].能源研究與信息，2019，35（4）：241-246.