无人机在35-500kV输电线路的发展应用及关键举措

侯建勋 梁介众 许保瑜 陈国宇

（云南电网有限责任公司昆明供电局 云南省昆明市 650000）

随着经济社会的发展，对电力能源的需求不断增加，与此同时，输电线路的分布变得越来越广，这就对输电线路巡检工作提出了更高的要求。然而，由于我国地域辽阔，不同地区的地理特征千差万别，部分输电线路处于极为复杂的地形之下，常规的巡检技术已无法满足巡检工作的基本要求，这就促进了无人机在输电线路巡检中的应用。近年来，随着无人机技术的逐步成熟，对于无人机在输电线路巡检中的应用研究已成为一个热门课题，且取得了非常多的成果，有效提高了我国输电线路的巡检质量，为电力系统的可靠运行提供了充分的保障。因此，本文就无人机在35-500kV 输电线路巡检中的应用进行了重点研究，希望为无人机线路巡检的广泛应用提供一定参考。

1 输电线路巡检现状

目前来说，输电线路巡检主要包括以下几种类型：人工巡检、机器人巡检、载人直升机巡检、无人机巡检等。由于我国地域辽阔，很多地区的地形复杂、气候恶劣，对这部分地区的线路进行巡检时，如果仍然采用传统的人工巡检，难度无疑是非常大的，而且存在极大的危险性，尤其是对于偏远山区来说，人工作业不仅持续时间长、花费成本高，且工作效率极低，因此这类巡检方法越来越无法适应新时期巡检工作的需要。机器人巡检，主要应用于高压架空线路，虽然实现了一定程度的自动化，且作业精度较高，但同样也存在着很多的缺陷，比如巡检效率低、不容易翻越障碍等，这在很大程度上阻碍了这种方法的进一步推广。载人直升机巡检，是利用直升机结合专业化的摄影设备，对输电线路进行巡检，在效率以及准确度方面能够得到充分的保证，但作业成本过高，并且需要用到大量的专业化人员以及设备，因而在短期内也是无法推广的。随着无人机技术的逐步成熟，无人机巡检得到了越来越普遍的应用，不仅灵活方便、运行效率高，成本也比较低，因此在我国的输电线路巡检工作中起到了越来越重要的作用。

顾名思义，无人机是一种不载人飞机，它可以利用无线遥控装置以及机体自带的程序系统自动操控飞行。在进行巡检时，无人机通过搭载的图像采集装置与数据传送装置，可将获取到的线路数据及时发送到地面上的控制中心。与其他巡检方式相比，无人机有着无可比拟的优势，考虑到电力线路的分布范围广、地形特征复杂，为了最大程度的减轻巡检人员的工作难度，同时降低工作过程中的危险性，无人机逐渐得到了人们的广泛认可。

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器，随着无人机行业的迅速发展，越来越多的无人机被应用到农业、林业、电力、测绘、遥测等行业，但是，现有的无人机在物流运输时通常需要采用人工将货物箱固定在无人机连接的缆绳上，然后由无人机运送至目标点投递，该种无人机运输方式不仅智能一体化较弱，增加了人工成本，而且采用人工装载货物箱，操作繁琐，运输效率低，缆绳也不具有稳定性。

图1：无人机与人工拍照的效果对比图

2 无人机在35-500kV输电线路巡检中的应用

2.1 无人机概述

随着科技的进步，无人机在技术上越来越成熟，类型越来越多样，目前可分为无人直升机、多旋翼无人机、固定翼无人机等3 类。这几种机型在当前的线路巡检中都有应用，但所负担的任务并不相同。

无人直升机，是最早得到应用的一种机型，它是由控制人员在地面进行操控，进而完成相应的巡检工作。但是，这种无人机的体型比较大，控制难度也比较高，在运行过程中很容易撞击到电力线路，进而存在较大的安全隐患，因此现在已是很少应用。

多旋翼无人机，是利用机体上安装的多个旋翼提供升力，再通过调整各个旋翼的速度来控制它的方向、位置，有着易操控、精准度高等优势，但不足之处是上升高度有限，运行时间也比较短。因此，在进行电路巡检时，这类机型主要用于小范围内的精准作业。

固定翼无人机，则是利用螺旋桨等提供动力，通过机翼、空气之间的相对运动提供升力，其运行速度快，持续时间长，但起降过程需要用到专门的跑道，且不能实现悬停。在进行电路巡检时，这类机型主要用于大范围、高航程的作业任务。

此外，随着相关技术的进步，研究人员将上述几种机型结合起来，设计出了复合翼无人机，同时具备几种机型的优势，不仅操控方便，可垂直起降，运行速度也得到了明显的提升，特别是在灾后应急抢险等任务中，具有极高的应用价值。

2.2 无人机巡检的关键问题

目前，智能化是无人机电力巡检的重要趋势，对此可从以下两个方面入手：一是，数据信息处理的智能化，以减轻大量数据的处理压力；二是，全自主的智能巡检，以减少巡检过程中对控制人员的依赖。实际上，两者并不是完全独立的，首先，对于自主导航的研究较多的应用到机器视觉技术，这同样可以应用到数据处理之中；其次，高效率的全自主巡检，能够进一步提高巡检工作的规范化、标准化，减少了因人为参与造成的误差，数据准确度更高，后续的数据处理也就更加简单方便。要想有效提高无人机巡检的智能化水平，需要解决以下关键问题：

2.2.1 数据智能处理

随着电网规模的扩大，电力巡检的工作量与日俱增，巡检过程中产生的数据量越来越庞大，如果单纯依靠人工方式去分析，不仅效率低下，还容易遗漏有价值的信息，因此，就需要进一步加强数据智能处理的研究与应用。在实际的巡检过程中，主要包括以下两类数据：激光雷达点云数据、光学影像数据。对于前者来说，主要是对数据的三维重建与分析，目前已实现了较高的智能化水平，通过应用成熟的软件工具，几乎不需要人为干预；对于后者来说，则是从获取到的影像中找出相应的关键点，在技术上与图像的目标检测类似。

2.2.2 无人机自主导航

自主导航的应用，可以有效的节约人力，提升巡检效率。目前来说，自主导航主要是利用GPS 技术来实现。在相关技术成熟之后，可以在很大程度上实现无人机的自主飞行和巡视。但这种方法也存在不足：首先，对于每条线路都要进行飞行轨迹的设置，难以适应目标随时间所发生的变化，如设备检修后某些零部件的位置发生改变，就需要对轨迹做出相应的调整；其次，对定位精度的要求较高，为此，往往采用载波相位差分技术以提升精度。此外，机器视觉的应用取得了很好的效果，逐渐成为该领域研究的首选。

2.2.3 续航问题

考虑到某些线路的分布很广，无人机需要具备比较高的续航能力，才能顺利完成巡检工作，这同时也是实现全自主智能巡检需要解决的问题之一。调查发现，当前的无人机巡检主要应用的是小型多旋翼无人机，可持续运行20 ～45min，油电混合的中大型机，也很难达到3h，必须及时的更换电池，严重影响了巡检工作的正常进行。为了解决这一问题，一方面可以通过技术上的革新，增加电池容量，同时尽可能降低设备能耗；另一方面是设置无人机机巢，并通过自主起降技术的应用，来提升电池的自动化管理水平，进而增大设备的续航能力。

3 局限性分析及相关建议

3.1 局限性分析

3.1.1 气象因素

当前来说，无人机巡检会受到天气因素的较大影响，这是因为无人机是通过GPS 来进行定位的。在遭遇雷雨、暴风等极端天气时，无人机是难以正常飞行的。而天气状况不佳，比如阴天时，GPS 信号也会受到削弱，进而影响到最终的定位质量。如果遇到大风天气，尽管可以接收定位信号，但由于当前所选用的大多数无人机难以抵御5 级以上的大风，巡检工作也将受到影响。

3.1.2 干扰源

在无人机的实际运行中，发现在通信载波塔、高速铁路等附近，会受到一定程度的干扰，信号的传送和接收都会受到不利影响，严重情况下不得不暂时停飞。干扰源的存在，往往使得无人机在附近的巡检难以正常进行。

3.1.3 图像数据的处理方式

当前的无人机巡检，主要是利用专门的摄像装置拍摄线路照片，待按计划完成巡检后，再安排人员对获取的照片进行选择，通过对比分析发现是否存在异常情况。而随着线路规模的扩大，得到的图像数据越来越庞大，传统的分析方法已满足不了需求，效率低下，且容易出现遗漏或错误。对图像数据的处理也是当前必须解决的问题之一。

3.2 相关建议

3.2.1 提升无人机的抗风能力

通过上文的分析可知，无人机巡检会受到天气因素，特别是大风天气的影响。因此，在以后的研究中，应进一步提升无人机的抗风能力。对于高山、大河等容易出现大风天气的地区，更要选用具有较强抗风能力的无人机，以保证巡检质量不受影响。

3.2.2 提升无人机的抗干扰能力

在飞行过程中，无人机会受到周边干扰源的影响，而随着国民经济的发展，很多地区会建设更多的通信塔台等设施，如果不能及时、有效的提升无人机的抗干扰能力，将会有更多的地区无法巡视。

3.2.3 提升无人机的图像数据处理能力

近年来，随着计算机技术的进步，基于物联网的智能化巡检已成为热门研究课题。如果能够借助智能化技术的应用，提升无人机的图像数据处理能力，将高效的数据分析集成到无人机体系中，将进一步提升巡检系统的整体运行效率和运行质量。

4 结语

总的来说，随着我国经济的快速发展，对电力能源的需求不断增加，与此同时，输电线路的管理难度也在不断增加，无人机巡检以其高效率得到了越来越广泛地应用。实践表明，无人机巡检不仅灵活方便、运行效率高，成本也比较低，有着极为广阔的发展前景。在当前的巡检工作中，受到各方面因素的影响，人工巡检主要针对的是较为基础性的部分。通过无人机与人工巡检的有效结合，可有效提高电力巡检的工作效率。此外，随着无人机技术的逐步成熟，无人机巡检的优势将进一步扩大，通过与计算机等技术的深度融合，可形成更加高效的智能化巡检系统，极大的减轻了巡检人员的工作压力，可准确、有效的对输电线路进行巡检，及时发现潜在的问题和隐患，从而充分保障我国电力网络的稳定运行。