无人机在输电线路自动化巡检中的研究应用

周勇

摘要：近年来，随着科学技术的发展和进步，“5G”时代的来临，国家经济也在不断的发展，对电量的需求在不断的增加，输电的线路由于其特殊性，很多都暴露在空气中，对输电线路的检查也是一项非常重要的任务，在输电线路检查的过程中，暴露出来的问题也越来越多，基于此，本文重点阐述了输电线路的发展现状，以及无人机在输电线路自动化巡检过程中的应用，供相关人员参考。

关键词：无人机;输电线路;自动化巡检

目前我国在无人机行业的研究投入逐渐增大，无人机也逐渐渗透进入很多行业被应用，但是就目前的研究现状而言，无人机的研究还存在一定的问题，对无人机的研究还缺少熟练的操作，目前无人机还是主要依赖飞手来进行操作，按照飞手设定的飞行轨迹进行飞行，与飞手的技能熟练度和操作能力也有一定的关系，为了更好的解决这个问题，更多的人投入到无人机的研究之中，本文主要阐述，无人机在输电线路中，通过对图像的收集、预处理、视觉处理等完成对输电线路的判定，从而检测出输电线路存在何种的缺陷，并阐述了相关信号塔的应用，自动化巡检的完成，可以大大的提升巡检的效率，提升巡检的准确率，降低成本。

一、输电线路巡检技术发展现状

目前，国内己经意识到人工巡检的缺点，无人机巡线也逐渐成为一个新的研究热点，智能高效的线路巡检方法开始投入使用。2002年华北电网开始开展直升机电力巡线项目;2005年10月湖北开始尝试用红外线扫描技术进行线路巡检;2008年4月山西省超高压输变电分公司对省内35条500KV输电线进行了直升机巡检工作[1];2014年，国家电网为将无人机巡线成为体系，使无人机巡线成为常态化，选取十个省份作为基础试点，以山东莱芜为基地，建立无人机培训中心;易瓦特南京电力在地形恶劣的地方，采用固定翼做动态巡查，用10分钟巡检盘江线共计38级杆塔;百色供电局为保证施工现场安全和空中作业人员安全，使用了3架四旋翼无人机高空作业区域进行安全排查和监督;河南省漯河市舞阳县对最长的10KV马岗线进行空中巡检。

二、无人机在输电线路自动化巡检中的应用

在进行输电线路巡检时，无人机的应用大致可以分为两个阶段，第一个阶段为图像视频收集、整理、归纳的阶段，第二个阶段则是由相关图像分析仪器，完成对无人机收集到的视频图像进行分析，从而判断输电线路中存在的问题，以及故障的类型，自动生成相应的报告，工检修人员参考，并准确的对故障进行维修。

由于输电线路的特殊性，很多直接暴露在野外和空气中，对输电线路造成的伤害也是不可忽视的，很多不便于人工进行检修的地方，都可以使用无人机进行检修，查看故障类型，通常，输电线路靠人工进行检修需要很大的财力、物力，很有可能在检修过程中造成不必要的伤亡和资源浪费，因此，无人机的应用，大大提升了输电线路检修的效率，和增加了输电线路检修的安全性，节约了成本，减少的资源的浪费，无人机的图像识别技术以及分析技术，在输电线巡检中起到重要的作用[2]。

（一）图像收集

随着长距离、大跨度、高海拔的架空高压电网建设，使得传统线路巡检方法难以满足发展的需要。利用无人机对架空输电线路进行巡检作业，具有效率高、成本低、效果好等优点。然而现有无人机巡检系统功能单一，不能同时采集针对鸟害、破损巡检可见光图像采集和针对设备异常发热的红外热图像，采集后的图像不能实时传输给工控机进行破损、故障分析，大大限制了无人机对架空输电线路巡检的应用范围。无人机在图像收集过程中，图像采集系统通过可见光摄像头和红外摄像头实现对可见光图像和红外热图像的同时采集;图像采集系统对采集的可见光图像和红外图像进行数据压缩;图像采集系统通过12C模块将压缩后的图像传输给图像处理系统;图像处理系统通过12C接收图像采集系统采集的可见光和红外图像;图像处理系统对采集的可见光和红外图像进行配准和图像融合;图像处理系统通过Zigbee将融合后的图像传输给工控机;工控机通过Zigbee通讯模块接收图像处理系统融合后的图像;工控机对融合图像进行故障分析和辨识[3]。

1.图像采集

在进行图像采集的时候，对于无人机摄像头的选取非常重要，影响无人机拍摄到图像的质量，更加影响后续对图像的整理和分析，在选取摄像头的时候，一定要选取拍摄广角较大的摄像头，偶尔通过人工调节光线以及曝光量，来避免光线的影响对图片质量的影响，一般来说，摄像头的分辨率是与图片的质量成正比的，分辨率越高，图像质量越好，越清晰;摄像机的镜头广角较大，视野就更好，拍摄的范围也就更宽，但是也存在一定的缺陷，容易造成图像的扭曲，不便于儀器的辩认。

2.机载视觉处理

视觉处理是图像收集的一个重要环节，对视觉处理系统进行控制，可以实时有效的将图像信息传递到中央控制系统和视频图像处理器，完成图像的收集，在当前无人机图像手机视觉处理中，视觉系统的处理方式一共有两种，一种是通过无人机的摄像头拍摄视频以及图像，再通过地面传输到飞行控制系统，完成视觉转换，另一种是通过辅助处理器I/O口进行图像收集和处理，将结果通过I/O口传递给飞行控制系统，完成视觉的转换[4]

（二）航拍图像的预处理

在进行航拍图像预处理的时候，一共分为三个步骤，首先是进行彩色图像的灰度化，这个过程中主要是通过将才彩色图像进行灰度处理，降低图像处理器的分析时间，提升图像处理器的运行效率;其次是，图像色彩增强，在图像灰度化处理之后，在进行图像增强，即减少图像中的噪声的影响，增加图像的可对比度;最后是对图像进行去噪处理，一般的噪声处理方式是利用高斯滤波去噪方式，这种办法是利用加权平均数来进行去噪的，准确性和去噪效果较好。

（三）故障检测

1.绝缘子掉串检测

绝缘子在图像中的影响是一个周期重复的影响，一帮具有连续性，在检测过程中，如果发现不同于其他影像的不规则分布，那么就说明这段影像处于的位置，配电线路发生了绝缘子掉串的现象。

2.绝缘子表面异常检测

绝缘子异常缺陷主要是因为绝缘子的表面出现放电现象，因此，在图像识别信息序列中，与正常的信号序列存在些微的区别，且显示的颜色深浅度与正常的也存在一定的区别。异常检测的方法有多种，字典学习在异常检测中也有应用，采用一种种较为快速且有效的异常检测方法iForesf，這是一种无监督的方法，基于样本自身特性构测出可能的离群点，为了进一步增强性能，在iForest之后还采用了多层感知机滤除干扰样本，达到绝缘子表面异常检测的目的。

（四）无人机在信号塔中的应用

信号是所有无线设备以及通信设备必备的一个组成，“5G”同通信时代的来临，信号的稳定性以及接收传递的速度，是人们重点关注的问题，在无人机领域，四旋翼无人机飞行器，可以通过搭载信号塔转换器，应用于抗震救灾中，将信号传递到信号较差的地区，增强地区信号。

有无人机搭载的信号塔转换器，可以在无信号区，自动连接并通过无人机上的地理定位系统进行实时信息的传递，在抗震救灾地区应用的更加频繁，能够实时的反应抗争救灾的情况，无人机收到信号后，通过解码翻译的功能，将信号进行破译，再通过信号增大功率，将信号进行增强，覆盖范围进行扩大，无人机在这个过程中起到了信号中转枢纽的作用，并且无人机是和地面上的信号基站直接对接，信号的传输和转换增强不受地域的限制，地形对信号的影响也能达到微乎其微。

三、总结

为加强配电设施的维护，需要每隔一段时间进行巡检。但是在巡检过程中如果采用传统的人工巡检方式，则不仅需要耗费较多的人力、物力，而且也加大了配电管理部门的经济负担和工作量。基于无人机技术的飞速发展与图像处理技术的日渐成熟，结合无人机体积小、无人化、运动灵活等优点以及图像处理的智能化，采用该技术大大降低了巡检工作人员的工作量，而且减少了配电管理部门对巡检工作的费用开支，能够更好的确保配电设施巡检的效率与准确度。无人机的出现可以与信号塔完美结合，发挥信号最大的优势，提供更多的便利。

参考文献：

[1]田力.输电线路杆塔无人机自动精细巡检系统研究[J].电力与能源，2019，40（02）：130-134.

[2]麦俊佳，郭圣，徐振磊，曾懿辉.输电线路多旋翼无人机自动驾驶智能巡检系统[J].计算机系统应用，2019，280”）：105-110.

[3]方远征，刘洪伟，刘霄，胡春生，王伟.无人机自动避障技术在输电线路巡检中的应用[J].山东电力技术，2019，46（02）：10-13.

[4]钱金菊，彭向阳，麦晓明，易琳，饶章权.架空输电线路巡检机器人自动上下线装置[J].广东电力，2017，30（05）：101-107.