基于无人机技术的电力线路安全巡检系统

钟明亮

【摘  要】随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，我国对于实际的城市建设和社会建设也提出更高的要求。而在此环境之下，我国社会对于用电量却越发提高，对于用电要求也随之提高。基于此，当前构建更为高效、稳定的电力线路成为城市建设和社会建设的重要环节和关键工程。我国根据社会用电需求，建立了大量的输电线路，推动着输电效率和质量的稳步提高。但在此过程中，用电需求虽然得到解决，但是实际的输电线路运维却成为当前的主要问题。因此，当前各个单位和部门都投入大量的资金、人力、物力于实际的电力线路运维及检修工作之中，来推动检修工作的现代化发展。

【关键词】无人机;电力线路;安全巡检系统

引言

架空电力线路在电网系统中发挥着重要的作用。架空电力线路覆盖范围较广，线路途径的区域的地形環境较为复杂。在自然环境与架空电力线路自身因素的共同影响下，导地线断股、腐蚀及绝缘子破损等故障会引发严重的电力事故。为保证电网系统的正常运行，电力部门往往需要耗费大量的人力物力资源开展巡线工作。以人工巡线为主的巡线方式存在着劳动强度大与巡检效率低下的弊端。无人机技术在电力线路巡检工作中的应用，可以让电力线路安全巡检工作摆脱环境因素的限制，也可以在提升巡检效率的基础上，提升线路巡检工作的安全性。

1无人机在电力系统中输电线路的巡视的重要性

电力系统通过采用无人机来巡视输电线路，可产生显著意义。第一，电力部门无需投入较高的巡检成本，在巡检过程中，只需动用小部分人力、物力，巡检期间需应用各种重机械，还需对一些部件零件进行巡检。然而，人工巡检所涉及的范围比较广，必须用到较长的高空架线，因此人工巡检将产生较高的费用。工程企业为了获取更大的盈利空间，尽可能将消耗降到最低，以此提高巡检效率。无人机的一小时可达到30公里的巡线路程，飞行架次超过4个时，等于三十位巡线员完成当日工作，地理环境不会对其造成影响。相较于人为巡检，无人机有效缩短了工作时间。无人机所取得的巡查结果可经得起验证，且其比较客观，出现任何问题，相关部门会按照相关标准，认真排查输电线路出现的问题。此外，无人机可对线路通道周围的树木以及建筑进行定期排查，看其是否出现违章现象，以此保证输电通道足够安全。可以说，无人机巡视的应用，使得巡视效率变得更高，且输电线路也拥有更好的质量，可防止恶劣环境对线路巡视工作造成影响。无人机巡视更加全面，能够从多个角度对线路进行巡视。由此可见，必须深入研究电力系统，寻找有利于巡视输电线路的更好方法，首当其冲的便是无人机巡视。它可以准确排查出线路故障，若出现雷击故障，无人机可在高空设置相应的查找点，由此便可知道放电位置，这大大降低了安全风险，而人工巡视只能利用望远镜进行排查。经历了长时间的巡视，人们难免在心理上有所排斥，这大大降低了巡视质量。无人机巡视则避免了这一问题的出现，它可以实现巡视效率的提高，同时还能提升当前的巡视质量，使劳动强度被大大降低。

2无人机技术的电力线路安全巡检关键技术

2.1电力线路故障的探测

电力线路故障问题探测技术是进行电力线路安全巡检系统的主要技术，对于巡检系统的合理运行有着重要的帮助作用。该技术主要应用在三个方面，（1）物理检测方面。物理检测方面是探测技术的基础功能，主要是给无人机搭载相应的高清摄像机以及照相机，将相关的线路排查过程进行录制和拍照，以此传输给后台的工作人员和数据汇总人员，让该人员根据图片情况以及视频情况对电力线路进行故障判断。（2）红外线和紫外线检测技术，该技术充分应用红、紫外线自身的技术优势和特点，红外线能够检测到线路周边的异常发热状况，以此来确定线路的发热点，达到故障检修的效果。紫外线能够检测到线路设备放电后产生的紫外光讯号，并能够通过相应设备进行成像，让相关工作人员进行故障排查和判断。（3）激光雷达探测技术，该技术自身具有极为强大的技术优势，能够抗干扰，并且检测和计量数据都十分精确，能够对线路周围的地形和设施进行极为精确的检测和数据收集，对于电力线路自身的位置和周边建筑物、与树木之间的净空距离、位置也能够有一个很好的定位，以此方便电力线路的检修运维和建设工作。

2.2无人机的飞行模式

无人机技术运用在电力线路的巡视作业当中，这项技术在运用的时候需要重点分析无人机的飞行模式，必须保证飞行模式的合理运用，并且符合线路巡视工作的开展要求，然后才能够开展相应的线路巡视工作，进而真正地提高线路的巡视效果。无人机的飞行模式在实际运用的过程中可以分成几种模式：（1）使用固定翼的无人机模式，这种模式比较适合用来进行大范围的巡线工作;（2）使用地面中继无人机的模式，这种模式比较适合用来在相应的区域内开展小范围的巡线工作;（3）空中无人机的模式，这种模式通常运用在高空范围内的线路巡检工作;（4）空中的中继模式，这种模式可以有效地记录巡线过程中的而数据和信息。

2.3数据通信链路系统

该子系统是整个系统通信连接的关键设备，包括机载和地面测控站的信号接收/发射设备以及无人机通信中继设备（包括小型无人机载体）等。该子系统主要负责保障地面测控站与无人机飞行平台之间的数据通讯，特别是在地形复杂的山区等通讯条件恶劣的环境下保障无人机与地面之间的可靠通讯。数据链路应首先保证无人机定位定姿数据的实时下传和控制命令的上传，以便完成对无人机工作状态进行跟踪和控制。数据链路的传输速率根据实际需求进行定制，一般在4Mbps～8Mbps的速率下，即可实现视频数据的实时下传，使地面测控人员直观了解飞行现场情况。

2.4无人机电力巡视中躲避障碍物

因为无人机设备在电力线路巡视过程中起到了显著的作用，但是无人机设备运用到电力线路巡视过程中还是要面对较多的环境要素，其中存在着较多的艰难险阻，要清理无人机设备巡线过程中的障碍物，那么巡线人员要根据无人机巡线技术的运用特点，把无人机障碍巡线工作中躲避手段整合成一套系统，然后有效地运用到电力线路的巡视过程中，这样就可以帮助无人机设备更好地躲避障碍物。另外红外线感光系统在整个系统中起到了重要作用，如果检测到障碍物的光源有所变化，此时系统就会发出信号，从而强迫无人机改变之前的路线。

2.5多传感器高精度时间同步

多传感器集成联合应用，需要将同一时刻各传感器获得的测量数据关联起来，特别是在利用 CCD影像进行立体测图时，必须知道CCD曝光采集时刻摄站点的位置及姿态。关联应用的关键是建立一种统一的时间坐标，实现传感器的高精度时间同步。GPS接收机最普遍的功能是输出定位数据（含UTC时间）和1PPS脉冲，脉冲边沿和输出定位数据时刻对应，据此可以设计授时型 GPS和时间同步控制器，实现各传感器数据的同步记录。方法如下：①将 GPS输出的时间信号和PPS信号引入至时间同步控制器，对时间同步控制器进行对时。② 同步控制器先给激光扫描仪授时，扫描仪在接收到PPS信号后，将秒计数清零，从而获得精确至微秒的时间。③ 同步控制器同时触发各相机曝光，并将曝光时刻发送至计算机记录下来。通过这种方法可将POS、CCD相机、激光扫描仪数据的时间都为统一到 GPS时间，达到多数据源时间基准统一的目的。

結语

将无人机应用到线路巡视当中，不仅使巡视成本得到显著降低，而且缩短了大量的工作时间，使得巡视效率明显提高，同时也保障了巡视人员的生命安全。由此可见，无人机将成为线路巡视今后的主流趋势，新技术在不断向前发展，电力系统必须依靠无人机这项核心技术，它对电网运行及监控，包括电网维护都有很大影响，可以说无人机是电网监控实现变革的关键所在。本文主要阐述了无人机巡检的相关特征及主要用途，希望能够为广大同行人士提供一点参考价值。

参考文献：

[1]彭向阳，刘正军，麦晓明，罗智斌，王柯，谢小伟.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J].遥感信息，2015，30（01）：51-57.

[2]厉秉强，王骞，王滨海，张海龙，韩磊.利用无人直升机巡检输电线路[J].山东电力技术，2010（01）：1-4.

[3]陈景尚.对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J].科技创新与应用，2019（02）：158-159.

[4]沈光陞，赵新波.直升机电力巡线技术[J].电力建设，2008（10）：35-37.

[5]李力.无人机输电线路巡线技术及其应用研究[D].湖南：长沙理工大学，2012.

（作者单位：新疆送变电有限公司）