無人機(jī)電力線路安全巡檢的關(guān)鍵技術(shù)研究

薛科

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司銀川供電公司賀蘭縣供電公司，寧夏 銀川 750001）

我國由于地域遼闊，電力線路在不同的區(qū)域中布設(shè)方式也存在一定差異，甚至許多輸電線路長期暴露在自然環(huán)境下，受到自然環(huán)境影響出現(xiàn)絕緣體破裂等問題，導(dǎo)致電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)諸多故障問題，甚至導(dǎo)致各地區(qū)出現(xiàn)斷電的情況。為了確保電力線路輸電以及供電的安全性與及時(shí)性，電力企業(yè)需要對(duì)電力線路進(jìn)行不定期巡檢工作，避免線路出現(xiàn)質(zhì)量問題，但由于電路線路布設(shè)范圍相對(duì)較廣，部分地區(qū)的環(huán)境相對(duì)較為惡劣，為了能夠提高電力線路巡檢效率，通過對(duì)無人機(jī)設(shè)備的有效運(yùn)用，能夠減少電力線路巡檢工作難度，進(jìn)而提高電力線路巡檢的工作效率。

1 無人機(jī)巡檢技術(shù)

無人機(jī)巡檢主要是將現(xiàn)代化信息技術(shù)搭載在無人機(jī)設(shè)備當(dāng)中，其中包含遙感技術(shù)、可見光紅外熱像技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)等，促使無人機(jī)能夠在電力線路巡檢中得到有效運(yùn)用。無人機(jī)巡檢技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要是由無人機(jī)系統(tǒng)，任務(wù)搭載系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)構(gòu)成。其中無人機(jī)系統(tǒng)中包含遙感設(shè)備、地面站以及通信系統(tǒng)，可以對(duì)無人機(jī)進(jìn)行遙控，以此完成巡檢工作任務(wù)。而任務(wù)搭載系統(tǒng)中主要包含數(shù)據(jù)信息采集、管理以及檢測等，由云平臺(tái)、地面控制裝置以及光電吊艙等結(jié)構(gòu)組成。綜合保障系統(tǒng)則是包含了供電站以及基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施以及動(dòng)力設(shè)備等，相對(duì)傳統(tǒng)巡檢技術(shù)而言，無人機(jī)巡檢技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過程中不需要任何輔助裝置，可以隨時(shí)完成降落器以及起飛，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍巡檢。無人機(jī)飛行航路能夠得到有效控制，可以結(jié)合電力巡檢需求做好無人機(jī)飛行調(diào)整作業(yè)。對(duì)電力線路實(shí)現(xiàn)全方面巡檢。在巡檢的過程中，無人機(jī)可以對(duì)電力線路數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳輸?shù)娇刂浦芯€，從而對(duì)電力線路所存在的問題進(jìn)行具體分析，及時(shí)掌握電力線路問題的具體位置，從而采取合適的措施解決問題。除此以外，無人機(jī)巡檢技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，具有一定的智能性，可以根據(jù)實(shí)際巡檢要求控制好無人機(jī)的飛行高度以飛行方向，可以在野外完成對(duì)電力線路的巡檢工作。由于無人機(jī)中搭載了紅外熱像儀以及高清攝像頭等設(shè)備。在實(shí)際巡檢工作開展的過程中，能夠?qū)﹄娏€路的運(yùn)行溫度進(jìn)行全面檢測，在出現(xiàn)溫度異常的情況下，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)信息及時(shí)分析，并將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)胶诵摹Ｔ诟咔鍞z像頭使用的過程中，則可以對(duì)電力線路進(jìn)行全面拍攝，同時(shí)對(duì)圖像以及視頻進(jìn)行全面分析與管理。

2 無人機(jī)電力線路安全巡檢的關(guān)鍵技術(shù)具體研究

2.1 飛行姿態(tài)控制技術(shù)

無人機(jī)巡檢工作開展的過程中，經(jīng)常會(huì)受到自然環(huán)境因素影響，對(duì)無人機(jī)的飛行狀態(tài)以及巡檢狀態(tài)造成影響。因此，需要對(duì)無人機(jī)飛翔姿態(tài)進(jìn)行有效控制，加強(qiáng)對(duì)LQG 控制器進(jìn)行有效運(yùn)用，能夠?qū)o人機(jī)的俯仰翻轉(zhuǎn)姿態(tài)進(jìn)行有效控制，同時(shí)在無人機(jī)中安裝PID 控制器，能夠?qū)o人機(jī)的偏行問題進(jìn)行有效解決，即便無人機(jī)在受到自然環(huán)境影響出現(xiàn)懸停或偏航的情況下，無人機(jī)蓄念系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成對(duì)電力系統(tǒng)的巡檢工作。

2.2 多傳感器高精度時(shí)間同步

多傳感器在無人機(jī)中進(jìn)行使用的過程中，可以對(duì)統(tǒng)一時(shí)間所測量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面?zhèn)魉停覍?shí)現(xiàn)了CCD 影像功能，對(duì)電力線路巡檢達(dá)成立體測圖工作。在無人機(jī)多傳感器的作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)巡檢坐標(biāo)，在GPS的作用下可以對(duì)無人機(jī)進(jìn)行定位管理，并對(duì)無人機(jī)傳感器數(shù)據(jù)信息進(jìn)行同步記錄。在具體應(yīng)用的過程中，則是通過對(duì)GPS 輸出的時(shí)間信號(hào)，將PPS 信號(hào)引入控制器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的同步管理，隨后掃描儀通過對(duì)PPS 信號(hào)進(jìn)行接收后，可以對(duì)手護(hù)具信息進(jìn)行清零管理，獲取準(zhǔn)確的時(shí)間數(shù)據(jù)信息。在該方式的有效運(yùn)用下，激光掃描儀則能夠?qū)PS 以及CCD 相機(jī)所獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而大多數(shù)據(jù)源基準(zhǔn)統(tǒng)一管理的目標(biāo)。

2.3 線路缺陷、隱患探測技術(shù)

2.3.1 視覺探測

視覺探測則是在無人機(jī)中通過對(duì)高清相機(jī)以及攝像機(jī)的作用下，能夠?qū)﹄娏€路進(jìn)行航拍，將所獲取的圖片以及視頻及時(shí)傳輸?shù)降孛婊荆傻孛婊就瓿蓪?duì)圖片以及視頻信息的儲(chǔ)存與管理，對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，及時(shí)了解電力線路是否存在故障問題。在視覺探測的左右下，能夠?qū)﹄娏€路的破損情況以及桿塔變形等故障進(jìn)行全面拍攝，確保拍攝圖片以及視頻的清晰度，以此可以提高探測識(shí)別的準(zhǔn)確度以及精確度。

2.3.2 紅外和紫外探測技術(shù)

紅外熱成像儀在無人機(jī)進(jìn)行使用的過程中，則是可以對(duì)電力線路表面的溫度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行攝取，結(jié)合攝取的數(shù)據(jù)信息可以自動(dòng)聲場紅外光譜圖像，根據(jù)圖像可以對(duì)電力電路溫度異常點(diǎn)進(jìn)行全面了解，掌握電力線路、表面絕緣部位以及接頭等部位運(yùn)行質(zhì)量。此外，在紫外成像儀的使用過程中，則可以對(duì)電力線路因放電所產(chǎn)生的紫外線訊號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息接收，并通過對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析自動(dòng)生成圖像，在屏幕中顯示圖像，工程人員根據(jù)圖像識(shí)別即可了解電路線路放電的具體位置以及放電強(qiáng)度。在紫外成像的作用下，可以及時(shí)了解到電力線路是否存在導(dǎo)線外傷、絕緣子放電以及線路受到污染等問題。但該方式在實(shí)際運(yùn)用的過程中，則需要避免受到太陽光干擾等問題。

2.3.3 激光雷達(dá)探測技術(shù)

由于激光雷達(dá)探測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，具備單色性和相干性等特點(diǎn)，加上在無人機(jī)使用中可以對(duì)航飛方向進(jìn)行有效控制，同時(shí)利用激光等夠?qū)﹄娏€路的具體以及長度等度量完成精準(zhǔn)檢測工作。在測距工作中，在紅光雷達(dá)探測技術(shù)使用的過程中，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)波相位式測以及距和脈沖式測距，其中脈沖式測距則是利用激光脈沖的發(fā)射時(shí)間以及接收時(shí)間，根據(jù)激光脈沖發(fā)射的速度，做出具體計(jì)算或者最終的距離。為此，在無人機(jī)中對(duì)激光雷達(dá)探測技術(shù)的有效運(yùn)用，可以在電力線路巡檢中獲得激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，隨后結(jié)合高分辨率航空數(shù)碼影響，對(duì)線路地形進(jìn)行高精度管理。除此以外，通過激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)旊娋€路進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，了解電力線路與周圍建筑結(jié)構(gòu)之間的距離。在無人機(jī)電力巡檢工作全面開展過程中，可以對(duì)無人機(jī)平臺(tái)的實(shí)際使用任務(wù)進(jìn)行全面關(guān)注，對(duì)GPS 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性問題進(jìn)行及時(shí)解決。

2.4 無線通訊技術(shù)

無線通信技術(shù)主要在無人機(jī)使用中，對(duì)無人機(jī)進(jìn)行遙測與遙控管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的精準(zhǔn)定位以及數(shù)據(jù)信息傳輸。在遙控中能夠及時(shí)了解無人機(jī)的航飛狀態(tài)，掌握無人機(jī)內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。遙測則是對(duì)無人機(jī)航飛數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行檢測，對(duì)無人機(jī)內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測量。跟蹤定位則是對(duì)無人機(jī)的位置信息進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)傳感信息的傳輸與管理。無線通訊系統(tǒng)主要包含三種不同的技術(shù)模板，其中以機(jī)載模塊、中繼模塊和地面站模塊為主，可以通過天線完成數(shù)據(jù)信息的接收與管理，在通訊模塊中，則可以采取定制以及研發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)通訊功能，地面站模塊則是針對(duì)無人機(jī)的實(shí)際管理形式，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接收與管控。

2.5 地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)

為了全面發(fā)揮出無人機(jī)巡檢技術(shù)的作用與優(yōu)勢，在地面數(shù)據(jù)處理過程中，可以通過攝影測量以及遙感數(shù)據(jù)信息處理等模式，對(duì)激光、相機(jī)以及紅外成像儀等多個(gè)不同的傳感器進(jìn)行使用，可以自動(dòng)獲取電力線路的影像、坐標(biāo)以及數(shù)據(jù)信息等，可以完成對(duì)電力線路多種數(shù)據(jù)信息的高精度處理。除此以外，在電力線以及電塔等建筑結(jié)構(gòu)，則可以通過對(duì)無人機(jī)多傳感器的有效運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力線路的巡檢智能管理，通過專家系統(tǒng)以及人工智能等技術(shù)，對(duì)輸電線路所存在的安全隱患進(jìn)行管理與判斷，及時(shí)掌握電力線路的具體事故位置，并對(duì)電路線路及時(shí)做好診斷與故障解決工作。在無人機(jī)飛行控制技術(shù)中，則針對(duì)無人機(jī)飛行路線地理位置、傳感器等參數(shù)，將其儲(chǔ)存到無人機(jī)平臺(tái)中，有系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)信息進(jìn)行讀取與保存，確保無人機(jī)在實(shí)際航飛的過程中能夠得到有效控制，并且多傳感器可以對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取。在多傳感器控制技術(shù)的作用下，可以將紅外成像儀、激光POS 系統(tǒng)所生成的圖像、視頻以及坐標(biāo)序列等進(jìn)行有效管理，并對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存管理。

在多傳感器數(shù)據(jù)幾何處理技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要對(duì)平臺(tái)所儲(chǔ)存的多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面掃描管理，在測量以及遙感數(shù)據(jù)處理流程中，對(duì)多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息完成高精度管理與控制。除此以外，在多傳感器電力線路安全巡檢過程中，可以通過對(duì)各項(xiàng)空間傳感器數(shù)據(jù)信息的有效運(yùn)用，結(jié)合電力線以及電塔等結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面管控，同時(shí)，對(duì)專家系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)的有效運(yùn)用以及處理，對(duì)輸電線路所存在的安全隱患以及所存在的異常情況進(jìn)行及時(shí)確認(rèn)，在第一間內(nèi)完成對(duì)電力系統(tǒng)的故障排查，生成相應(yīng)的排查報(bào)告，并對(duì)報(bào)告數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效儲(chǔ)存管理。

2.6 多條帶點(diǎn)云數(shù)據(jù)高精度配準(zhǔn)與拼接

在無人機(jī)巡檢關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的過程中，可以通過對(duì)數(shù)空間相似變換模型進(jìn)行運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)多條帶間系統(tǒng)偏差擬合功能。在無人機(jī)電力線路巡檢工作開展的過程中，可以結(jié)合巡檢的具體以及巡檢重疊區(qū)域進(jìn)行模型建設(shè)，結(jié)合不同共軛點(diǎn)對(duì)應(yīng)情況，對(duì)相鄰條帶間正形變換參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，結(jié)合電力線路實(shí)際情況，設(shè)定合理閾值參數(shù)，以此獲得相應(yīng)的平差配準(zhǔn)參數(shù)。

2.7 海量點(diǎn)云全自動(dòng)DSM、DEM 生成技術(shù)

機(jī)載激光點(diǎn)云濾波分類在無人機(jī)中進(jìn)行使用，主要是將激光雷達(dá)掃描儀進(jìn)行有效運(yùn)用，并將激光雷達(dá)掃描的不同點(diǎn)進(jìn)行分離處理，或者將其多不同的安云數(shù)據(jù)中進(jìn)行分離處理。高精度地分離地面點(diǎn)與非地面點(diǎn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的采集，為生成DEM 提供中重要幫助。目前，濾波算法主要包含以下幾方面：（1）形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的濾波算法。（2）以坡度參數(shù)作為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)的濾波算法。（3）迭代最小二乘線性內(nèi)插濾波算法等。在無人機(jī)電力線路巡檢工作開展的過程中，無人機(jī)在航飛過程中，所采取的激光點(diǎn)在云數(shù)據(jù)技術(shù)的作用下，對(duì)激光點(diǎn)的粗差進(jìn)行處理后，對(duì)條帶配準(zhǔn)拼接以及條帶消冗等過程進(jìn)行管控，即可生成高質(zhì)量的DSM，以此為電力線路建模工作提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

2.8 基于GPU 模型與百核級(jí)集群技術(shù)的正射影像采集

在無人機(jī)中CPU 以串行方式，對(duì)影像信息進(jìn)行投影變換的過程中，可以對(duì)電力線路數(shù)據(jù)信息完成采用工作，該方式目前在航空影像方面的使用響度較多。由于在無人機(jī)傳感器的作用下，在巡檢時(shí)能夠獲取海量的電力線※路數(shù)據(jù)信息，為了對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效處理，則可以在CPU 串式影像正射的作用下，采取多機(jī)器CPU 完成數(shù)據(jù)信息處理工作并對(duì)系統(tǒng)處理的正射影像速度進(jìn)行有效控制。不過，由于受到多機(jī)I/O 的影響，在實(shí)際使用的過程中其效率相對(duì)較低，而且正射影像生產(chǎn)成本也會(huì)得到提高。在遙感技術(shù)的作用下，通過將CPU 正射糾正過程中影像投影變換具體情況，及時(shí)將其映射到GPU 支持的圖形繪制流水線上表面，即可在GPU 并行處理功能的作用下，完成高貸款數(shù)據(jù)傳輸工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感影像的正射糾正。在該方式的作用下，正射糾正速度會(huì)得到有效提升，及時(shí)對(duì)無人機(jī)遙感巡檢中所存在拍攝的影像進(jìn)行及時(shí)處理。

3 結(jié)語

綜上所述，我國無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)在社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛運(yùn)用，目前在電力線路巡檢中，使用無人機(jī)時(shí)融入了現(xiàn)代化儀器設(shè)備，可以有效提高電力線路的巡檢效率，減少了工作人員的巡檢難度以及巡檢監(jiān)督。其中包含飛行姿態(tài)控制技術(shù)、多傳感器高精度時(shí)間同步、線路缺陷、隱患探測技術(shù)、無線通訊技術(shù)、地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)、多條帶點(diǎn)云數(shù)據(jù)高精度配準(zhǔn)與拼接，海量點(diǎn)云全自動(dòng)DSM、DEM 生成技術(shù)以及基于GPU 模型與百核級(jí)集群技術(shù)的正射影像采集等多項(xiàng)技術(shù)，提高了電力線路的運(yùn)行穩(wěn)定以及運(yùn)行安全，為電力領(lǐng)域的健康發(fā)展提供重要幫助。