配网线路集群无人机智能巡视技术研究与应用

罗炜　张海涛　张笑玲　薛丽娇　卜成浪　黄嘉盛

摘  要：随着社会的发展和工业产能的提升，当今社会对电力资源的需求越来越大，电力供应的可靠性要求也越来越高。电力在我国经济发展中发挥着至关重要的作用。然而，在电力供应当中也表现出了一些突出的问题，例如电源中传输线的安全性。传输线的总距离相对较长，并且许多配电线路处于恶劣环境中。这大大增加了传输线问题的可能性，并且人工巡线的难度成倍增加。基于这一点，文章在介绍了无人机的基本含义，以及配网线路巡检工作现状的基础上，阐述了微型无人机全自主巡检技术的理论基础，指出了应用无人机电力巡检技术的重要性。最后对多旋翼无人机全自主巡检方案进行设计，并对无人机在配网线路巡检中的应用进行探讨。

关键词：无人机;配网线路;巡检

中图分类号：TM755         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）07-0146-02

Abstract： With the development of society and the improvement of industrial production capacity， the demand for power resources is increasing， and the reliability of power supply is becoming higher and higher. Electric power plays a vital role in the economic development of our country. However， there are also some prominent problems in the power supply， such as the security of the transmission line in the power supply. The total distance of transmission lines is relatively long， and many distribution lines are in a harsh environment. This greatly increases the possibility of transmission line problems， and the difficulty of manual line patrol increases exponentially. Based on this point， on the basis of introducing the basic meaning of UAV and the present situation of distribution line inspection， this paper expounds the theoretical basis of micro-UAV fully autonomous inspection technology， and points out the importance of applying UAV power inspection technology. Finally， the autonomous inspection scheme of multi-rotor UAV is designed， and the application of UAV in distribution network inspection is discussed.

Keywords： unmanned aerial vehicle （UAV）; distribution network line; patrol inspection

1 无人机的基本含义

无人机是基于飞控技术，搭载专用的任务载荷，执行自动飞行任务和其它相关工作的无人驾驶航空器。相較于载人飞机，其最主要特点是没有飞行员随机飞行，飞机上也没有生命保障系统设备，成本低、风险小、操控相对简单，是配电线路巡检检测的非常有效工具。现常见的无人机飞行平台有：多旋翼无人机、单旋翼无人直升机、固定翼无人机和组合翼无人机等新型布局的各种无人机。

2 配电线路巡检工作现状

由于配电线路的安全稳定运行对整体电力供应系统的安全性起着至关重要的作用，更是社会稳定、百姓日常生活的基础。所以，需要不断对配电线路运行维护，做好配电线路的巡检工作，及时发现配电线路的线路本体及附属设施出现的故障或安全隐患和线路保护区内各种检测装置、标志牌、航空警示器材、防雾防冰器材缺损、变化等情况。为了预防配电线路发生故障，为配电线路的检修与运维提供参考依据，需要定期对其进行巡检。有很多配电线路分布在地形比较复杂的野外，线路及设备会遭受雷雪风暴等自然原因的破坏，以及违章施工、违章植树等人为原因的破坏，出现故障或隐患，要求配电线路维护人员需定期进行巡检工作，需要实现全方位、多角度的巡视，及时准确的发现线路故障点。繁重复杂、安全性差、效率低是传统人工巡检无法避开的缺点。近年来，随着无人机技术的飞速发展，已广泛应用于航空摄影测量、太阳能电厂巡检、考古勘探、地质勘探、高速公路巡视、电网线路巡检、森林火情监测、城市高层建筑消防等领域。

3 无人机的全自动巡检的理论基础

无人机智能巡检技术可以为电力系统提供方便、快捷的巡检方案，该系统方案包括高度集成的一体化无人机控制地面站系统、无人机飞行平台、任务载荷和数据链电台。各子系统间相互协调、互相配合完成立体化智能电力巡检工作。无人机全自主巡检技术以搭载高性能飞控和高像素航拍相机的无人机为核心，辅以高可靠性的数据链系统，以及具有完整信息处理能力的地面站系统组成。在巡检作业时，一般采用先使用固定翼巡检无人机或大型油动单旋翼无人直升机对线路进行通道巡检，在用微型多旋翼巡检无人机通过遥控图像对输电线路、地线、绝缘子的具体情况进行精细化巡检。在发生异常的情况下，可以使用巡检团队携带的微型多旋翼无人机到发现异常情况的位置进行彻底的精细化巡检工作，巡检作业人员可以通过地面站显示的回传图像判断该处是否有故障。

由于无人机有许多优点，人工电力巡检作业存在着许多困难和局限性，近年来，随着微型无人机技术的发展，一些地方电力企业进行了微型无人机在电力线路巡检作业中的尝试，初步并取得了不错的成效。根据相关调查结果，将微型无人机航空摄影技术应用于输电线路巡检，可以提高输电线路的运用维度水平，提高输电线路可靠性，同时也能有效地降低相关设备的运维工作强度，省去了大量人力巡检的人员开支，提高了电网线路运维部门的自动化水平，大大降低了企业的运行和维护成本。

4 微型多旋翼无人机自动化巡检方案的设计

在以往的无人机巡检过程中，需要无人机操控手控制无人机在近距离拍摄高精度的杆塔和线条图像。由于地面操作者的视角不同，对人控制的精确定位有非常大的误差，不仅降低了工作效率，而且因为定位不准确，还可能会影响航拍照片的诊断效果，迫切需要开展无人机的自动化巡检工作。

无人机的自动化巡检作业，首先要合理规划飞行路线。飞行路径由一系列航拍点和飞行轨迹组成，无人机巡检作业航线规划的实质是航拍点的设计和航迹的规划。在巡检无人机作业过程中，飞行文件以一个固定的频率记录GPS定位系统、动力系统、任务载荷以及详细的飞参信息。无人机完成巡线作业后，不仅可以根据POS数据绘制出巡线的准确轨迹，而且可以将高精度空摄的时间信息与飞控POS数据相结合，在航拍过程中，决定各航拍位置的坐标信息和照相机的云台角度焦距等信息。使用专用的工业级多旋翼无人机，在专用的无人机地面站上将航迹沿线的拍照点和转弯点设为航点，并在航点信息里编辑航点的坐标信息和云台角度等信息。

首先由飞行经验丰富的无人机操纵手进行手动飞行拍摄，找到最佳的航拍位置和云台角度。之后，从飞控的日志文件中分析无人机航拍的航迹、航拍点的坐标信息、云台角度、航拍相机的焦距等信息。然后，通过这些信息规划好无人机全自动飞行的航路和航拍点的云台角度、航拍相机的焦距。之后的巡检作业，只需要把规划好的无人机的航路上传无人机飞控，就可以实现电网线路的无人机全自主巡检。

5 无人机在配网线路巡检中的应用

5.1 无人机技术中的应用

无人机航拍技术在配电线路巡检作业中的应用取得了非常好的效果，利用微型多旋翼无人机进行航拍巡检可以实现全方位、多角度的巡检。在配电线路巡检作业中可以快速发现故障点，可以大大减少电力巡线人员高空作业量和带电作业量。这既减轻了电力巡检人员的工作强度，又大大降低了电力巡检工作中的危险性。在极端的自然条件下（大风、大雪、大雨等恶劣天气），攀爬配电线路杆塔容易发生跌落等意外事故。而且，如果巡回员坐在杆上进行检查，还很容易发生电击等安全事故。用无人机代替人工巡检配电线路，不仅大大降低了巡检作业的危险性，而且有效地提高了巡检工作效率，在有效保障了巡检工作人员生命安全的同时，直接提高了电力系统运行的可靠性。

5.2 无人机技术的应用前景

微型无人机配电线路自动化巡检技术具有广泛的应用前景，其中微型无人机在架空线路的精细化巡检作业，通过查看航拍照片可以方便快捷地找到配电线路中的缺陷和变化情况，能够有效减少巡检人员攀爬铁塔的工作量。同时，巡检作业人员可以在地面站上操作无人机以进行高空检查，通过从航拍的高分辨率图片，电网巡检人员可以准确确定配电线路的运行状态。微型无人机配电线路自动化巡检技术不仅具有成本低，安全性高的特点，而且在其它方面也具有广阔的应用前景。当配电线路位于地形复杂的环境中时，人工很难完成检查并手动诊断故障。使用微型多旋翼无人机代替人工檢查可以行之有效地完成配电线路的巡检工作。

6 结束语

配电线路持续安全运行对于整个电力系统的安全运行极为重要，因此，做好配电线路的巡检工作是配电线路运维工作的重中之重。随着微型无人机飞控控制和定位技术的进步，微型多旋翼无人机在配电线路巡检方面显示出了巨大的优势，它不仅可以大大减轻电力巡检人员的工作强度，保障电力巡检作业人员的人身安全，而且可以以非常低的成本快速有效地执行巡检任务。因此，在配电线路巡检工作中，非常有必要推广微型无人机全自主巡检技术。

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