无人机在特高压输电线路巡检应用中的成本经济效益

输电线路及杆塔等附属设施等长期暴露于室外，易受各种天气、机械及人为影响而产生倒塔、断股、磨损等损伤，必须及时检修。因此必须及时掌握输电线路的运行情况以及其周围环境和线路保护区的变化情况，发现、消除隐患，预防事故的发生。而无人机航摄系统以其经济、便捷、高效、高分辨率等显著特点，显示出了独特的效益优势。

输电线路分布点多、面广，如何及时获取遥感和摄影影像数据成为电网工程建设的一项重要工作。由于国家对空域的管制较紧，飞行前复杂的审批程序以及天气影响等诸多问题，采用载人飞机进行航空摄影测量一般周期较长。随着科技的不断进步与发展，以及无人机航摄系统其经济、便捷、高时效、高分辨率等显著特点，现已广泛应用于电网工程建设，并在快速成图方面显示出了独特的优势。

一、无人机概述

1.传统的人工巡线办法存在工作量大且工作环境艰苦等缺点，尤其是对山地地区和跨越较大的江河的输电线路的巡视，以及在各种自然灾害和夜晚期间巡线检查，需要花费大量的人力成本，所花时间也会很大程度的延长、困难非常大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还不能完成，无法保障巡线的及时可靠性，并且一些设备的故障还是不能准确找出。

2.无人机是一款先进的无人驾驶自行飞行器。电力无人机输电线路巡线系统集成了航空、电力，通信、地理信息系统等多个系统。它具备爬升高、距离远、速度快和自动作业的功能，可以穿越很多复杂障碍物对线路进行迅速巡线，可以对架空线的金属等各种器件进行全光谱的快速摄像和故障监测。基于电力无人机输电巡线采集数据的专业分析，可以为电网管理和维护提供数据支持。大大提高了输电维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带油的环境下迅速完成。无人机作业作业范围广大，而且不为环境所限。这样大大节省了人力和时间。综上，无人机巡线方式无疑是一种成本经济效益非常显著的巡线方式。

二、无人机在特高压输电线路巡检中的应用

1.精密巡检

考虑到电网安全和无人机定位误差的影响，精密巡检主要是采用无人机飞控程序自动控制和人工操控相结合的方式进行：无人机飞控程序控制旋翼无人机到达已知线路路径信息的目标杆塔上方15m的位置，再切换到人工控制旋翼无人机进一步靠近目标杆塔并调整云台角度，并根据具体的巡检任务获取相关影像。采用这种半自动的精细巡检方式能极大程度上提高无人机巡检效率，保障巡检线路安全，减轻了巡检人员劳动强度，从而降低人力成本。

2.通道巡视

通道巡视内容包括线路走廊安全距离范围内出现违章构建筑物、违章施工等，通道内出现污染源、防洪排水设施坍塌、道路桥梁损坏等，如果只通过无人机所采集的原始影像，难以对可能的危险源和线路路径之间的相对位置关系进行分析和判断。因此，在无人机进行通道巡视过程中除了采集原始无人机影像外，应进行相应的数据航飞设计进行航空摄影测量生成相应的正射影像成果，生成成果可用于距离、面积量测，辅助巡检人员进行通道内线路隐患信息的判别，提高巡检人员现场事故处理的响应效率，并能作为现场事故处理、隐患事故追责的有力凭证，减少不必要的民事纠纷。

3.特殊巡视及故障巡视

特殊巡视及故障巡视相较于日常巡视而言是根据线路故障和特殊巡检需求而开展的，对线路巡检的需求更具针对性和现势性，提出了更高要求。除了使用半自动化精细巡检的方式获取钉销级缺陷、通过生成的高清正射影像获取通道的环境信息的方法外，根据现场情况进行高清视频的实时图传和现场视频直播，全方位辅助管理人员进行快速应急响应和现场决策。

三、实践应用分析

考慮高清视频带宽要求高，且无人飞行平台与单人载荷能力均受限，在耐张塔组网模式下，考虑为其提供单独链路，以降低接收门限，并且耐张塔组网模式下无人飞行平台与单人不能同时使用系统。同样，指挥车链路也是单独的。指挥车观看无人飞行平台或单人采集的视频。以最远16km为基准进行计算，推测机载设备所需要能力，及载荷要求。因为设备能力有限，不考虑非视距传播情况，尽管如此，无人飞行平台升空高度有限，耐张塔天线高度有限，必然存在多径，进而导致电平衰落，为保证传输可靠性，塔上双天线接收，路径损耗按随距离3次方律增加的参考模型计算，另外再留出10dB左右的衰落余量。根据以下参数进行预测：

路径损耗：L=20*log（f）+30*log（d）+92.4（f=6GHz为耐张塔工作的频率，d=16km）=15.6+36.1+92.4=144.08dB；

接收门限电平：-88dBm（传输速率fb=30Mbps）；

衰落余量：10dB；

要求的接收电平=接收门限电平+衰落余量

=-88+10=-78dBm；

耐张塔天线增益：20dBi；

无人飞行平台天线增益：5dBi；

设机载设备发射功率为X，可得以下方程：

X+5+20-144=-78dBm

得X=40dBm（10W）

本系统主要解决的矛盾是传输带宽大与无人飞行平台载荷能力较小带来的系统实现困难。通过前述分析，可知无人飞行平台上设备、单人设备距载荷极限尚有较大空间，考虑预计的不准确性，实际实施时设备功耗可能会增加，一般不会突破本设计中预计结果的两倍，因此本系统设计基本可行。

结束语

随着社会对输电可靠性越来越高的要求，实践微波通讯的巡线内容越来越丰富，将越来越突出无线巡线的优越性。无线巡线将会是一种快速、高效、大大降低人力成本的巡线方式。（作者单位为国网山西省电力公司检修分公司）