无人机电力线路安全巡检系统及关键技术

李银峰

摘要：我国社会经济在高速发展，电力线路的数量也在不断增加。传统的人工电力巡检方法已经无法满足当前的电力线路运行工作需求，无人机电力巡检技术具有明显优势，能够为安全巡检工作提供技术保障。本文将展开对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的研究，以期提高电力线路巡检水平，促进提升电力线路运行质量。

关键词：无人机;电力线路安全巡检;系统;技术

1无人机技术

无人机即无人驾驶飞行器，其结合了快速光谱照相、红外感应以及故障监控功能，对一些比较复杂或者比较危险的区域进行实现监控拍照，将照片回传计算机端，方便操纵者对施工环境进行掌控，推出更加安全合理的工作方案。其具有高空、遥控、智能特点，属于高度机电一体化产品。这种技术对于管理范围比较大，受自然情况影响明显的工程来说，具有极大的优势，可以节省人力、财力和物力，降低施工企业的施工成本。目前，无人机技术已经在军事中大量使用，逐渐地扩散到经济领域，被相关企业用在了巡检工作当中，其中比较典型的就是电力线路的巡检。

2无人机电力线路安全巡检系统

2.1多传感器数据以及无人机平台系统

电力线路巡检想要获得充分有效的数据采集，主要是通过子系统完成的，涉及到的主要有飞行平台下的无人机以及传感器、数据的多重性获取、稳定平台系统以及定位定姿系统、避免出现障碍系统以及预警的自动化系统。

2.2地面测控站

对于无人机飞行过程中，飞行状态的检测应用地面测控站的子系统完成，明确飞行的范围，对数据的获取以及控制使用传感器，针对于飞行数据展开初步性的处理。无人机飞行的平台、地面控制系统、地面控制系统中的多传感器应用以及编解码的数据系统，对数据展开实时的分析等，共同构成子系统。

2.3通信链路的数据系统

针对于整个通过系统连接设备而言，通讯数据链路系统的存在价值显著，能够完成信号接收，主要涉及到地面、监控站以及机载方面。针对于无人机通信中继设备，主要是针对小型无人机载体而言，完成發射设备中的相关资料数据通讯，能够贯穿于无人机飞行平台与地面监控站之间，在电力系统环境相对复杂的状态之下，在定位定姿的无人机实时数据传输影响之下，数据链路能够完成数据的上传以及控制命令，能够对无人机工作状态展开全面的了解，使得相关测控人员在地面上即可全方位了解无人机的飞行情况。

2.4地面数据的处理系统

针对于数据的后期处理、存储以及应用，即为地面数据处理系统的工作范围，主要涉及的工作内容有数据预处理，存在于多传感器当中，处理系统呈现几何化，传感器应用红外紫外光学以及激光，并能够借助相关专家的智能性系统以及借助三维画的线路走廊可视系统等加以完成。在数据处理方法，方面使用遥感以及摄影测量的相关技术，并能够明确数据应用流程，几何处理方面更加展现高精度化。

3无人机电力线路安全巡检系统的关键技术

3.1飞行姿态控制技术

强风、降雨等气候因素可以被看作是无人机飞行姿态控制技术的主要影响因素。飞行姿态控制技术在无人机电力线路安全巡检系统中的应用，可以为无人机与线路的安全提供保障。根据一些研究者的研究结果，LQG控制器可以用于飞机俯仰翻转姿态的控制，除LQG控制器以外，PID控制器也可以应用于无人机的偏航控制。

3.2地面数据处理技术

就电力线路巡检工作而言，地面数据处理技术是利用巡检设备中的红外成像仪、紫外线成像仪及POS系统等多种传感器数据进行信息融合，生成高精准度的数据成果。

3.3正射影像采集技术

根据电力线路巡检工作的实际情况，正射影像采集技术建立在GPU模型的基础之上。这一技术的应用，有助于正射影像采集速度的提升，也可以为航测影像的快速处理提供支持。

3.4线路隐患、缺陷的探测技术

视觉探测技术在电力线路显性故障（如导线断股、异物悬挂及杆塔变形等故障）的甄别过程中发挥着重要的作用。图像的质量是图像识别精度与图像识别的准确度的主要影响因素。

在电力线路安全巡检工作开展过程中，相关人员可以借助图像探测导线外伤、绝缘子放电及污染等放电现象。在紫外线探测技术应用于电力线路巡检工作以后，太阳光及人造光源对巡检工作的干扰，是巡检人员所不可忽视的内容。

激光雷达技术与无人机电力线路巡检技术之间的融合，可以让巡检人员在扫描线路走廊的基础上，获取高精度的激光点云数据信息，进而借助高分辨率航空数码影像开展高精度三维建模。激光雷达技术在电力线路巡检过程中的应用，也可以让巡检人员在计算输电线路与树木、建筑物的距离的基础上，完成故障缺陷的准确定位。

3.5无线通讯技术

无线通信技术可以让巡检人员对巡检设备与无人机的飞行状态进行关注。无人机跟踪定位功能的开发，可以让巡检人员对无人机的位置进行实时掌控，以保证无人机工作状态的稳定性。

4无人机电力线路安全巡检系统的发展

以美国为主的发达国家依托于先进的无人机研发基础，在无人机电力设施巡检领域一直处于领先地位。纵观国内近几年的无人机发展状况，各类基于无人机类型产品的科技公司层出不穷，例如大疆、3DRobotics、派诺特、零度、极飞等，这些公司生产的无人机产品更多倾向于民用航拍，国内无人机行业在机身材料革新、位置及姿态传感技术、无人机地面站技术等方面的发展也是有目共睹的。

但是在电力行业，特别是在输电线路巡检方面，由于输电线路巡检复杂多变的巡检环境以及需要基于输电线路进行无人机任务规划、无人机禁飞区设置等多方面的特殊功能需求，截至目前国内还没有专门针对输电线路巡检所开发的系统的无人机量化产品。且国内无人机行业还处于硬件开发层面，配合无人机巡检的地面监控系统，以及后续的数据在线处理、智能识别、诊断技术等类型的软件技术开发方向的研究还是收获甚微。

目前电力巡检监控系统与无人机之间依旧是一对一的工作模式，即一台地面监控系统只能监控一架巡检无人机，监控系统和巡检无人机间的通信策略研究，将会是影响电力用无人机发展的重中之重，如何能够通过地面监控系统的智能监控，实现多无人机智能、自主和协同巡检，以便进一步提升巡检效率，也会成为巡检用无人机的重点研究方向。随着电子信息技术的发展，引入具有真正意义上的人工智能计算机视觉分析技术，使巡检系统具备人眼的识别和人脑的分析能力，利用无人机巡检系统图像的仿生视觉处理，我们可以清晰的识别输电线路的杆塔、导线、附属设备、弧垂变化等情况，对无人机巡检数据中重要的缺陷和隐患进行及时、有效的处理，以便提高无人机巡检水平，减少人为后期巡检数据处理的工作量。随着尖端技术的发展和普及，在军工领域运用较多的激光雷达技术，也将会成为未来电力专用无人机巡检技术可拓展延伸的方向。我相信，利用数字图像处理技术实现对巡检图像进行预处理功能，实现复杂自然背景下输电线路及附属设备的自动提取与识别，实现无人机巡检数据处理分析的智能化将是国内外电力用无人机发展的必然趋势。

结语：综上所述，无人机巡检因为拥有智能元素，在很大程度上改善了传统巡检的弊端，当前，无人机逐渐被推广应用于电力线路的安全巡检中，研究无人机电力巡检技术具有十分重要的意义。在未来这种高科技的巡检技术将普及开来，会拥有更广阔的发展前景。相关人员在实践中应当加强对无人机电力线路安全巡检系统的合理化应用，并能够明确其自身发展的中所具有的关键性技术，以此促进电力线路运行的安全性，为降低安全隐患提供有效保障。

参考文献：

[1]郑仟，李宁.输电线路无人机巡检智能管理系统的研究与应用[J].电子设计工程，2019，27（09）：74-77+82.

[2]王刚，孟莹梅.多旋翼无人机在输电线路巡线中的应用[J].山东工业技术，2019（09）：179-180.

[3]蒋卿，贝嘉鹏，赖叶茗.高压输电线路的无人机电力巡检技术研究[J].农村电气化，2019（01）：23-25.