高压输电线路的无人机电力巡检技术

陈骁航

摘要：随着经济的不断发展，社会对于电能的需求不断增加，输电线路里程不断增长，并且线路沿线地区建设不断加快，施工机械等活动频繁，输电线路防外破保护点不断增加，造成输电运检人员不足的问题日益凸显，使无人机巡检成为提升检修效率的重要手段之一。根据国网公司公布的数据，无人机巡检架空线路巡检效率是传统人工巡检效率的8倍以上，在其他特定巡检任务中，无人机巡检效率也远超传统人工巡检方式，在一定程度上缓解了巡检工作压力，但是由于小型多旋翼无人机巡检过程中仍需要人工处理大量图像数据，并且巡检人员也需要具备较高的无人机操作水平和维护技能，专业化无人机巡检人员的欠缺和智能化水平的不足严重制约无人机巡检进一步的推广应用。本研究通过对电力巡检无人机主要工作模式入手，对现阶段无人机智能巡检中所需的影像数据处理技术、自主巡航技术及续航等关键技术进行分析，探索可行的无人机智慧巡检方案，为无人机智能巡检的应用提供一些有益的参考。

关键词：输电线路;无人机;巡检;研究

1无人机技术及其核心组成

无人机是指不需要由驾驶员在机舱内操作完成驾驶的一种飞机，其主要借助遥控技术或自动驾驶技术来完成相关任务的飞行载具。与载人飞机相比，无人机的操作更为便捷、体积小、自重轻、应用成本更低。早期无人机技术主要应用于军事领域，但随着其技术快速发展，无人机在民用领域的应用越来越广泛。目前，无人机在电网企业中的应用主要是固定翼、多旋翼、无人直升機三种类型。固定翼无人机飞行速度较快，具有较远的续航里程，能够搭载可见光传感器，在输电线路路径巡视观测工作中的应用较多。多旋翼无人机的飞行模式较为灵活机动，能够随时悬停，从而完成短距离观测、摄影，但外部环境对其影响较大，续航里程相对较短。无人机核心部分组成包括无人机飞控系统、导航系统以及数据链。其中，无人机飞控系统是其核心系统，与载人飞机中的驾驶员地位相当。无人机完成启动、升空、飞行等各项操作，都需要依靠飞控系统的控制。无人机飞控系统中，包括微型计算机、传感器、伺服系统等，飞机在半空的悬停、紧急控制等，都由这些系统装置控制完成。无人机导航系统相当是飞行员的双目，在导航系统中预设好飞行路线后，无人机会根据设定好的路线飞行作业;同时，导航系统也会向地面操作人员传输无人机位置信息，从而使地面人员准确获取无人机坐标位置。无人机数据链可以分成上行数据链与下行数据链。前者完成操作人员对无人机的遥控，后者完成将向地面传输无人机数据及进行无人机遥测。无人机数据链是连接无人机与地面的有效链接，从而完成数据的相互传输、控制等任务。

2高压输电线路的无人机电力巡检技术

2.1无人机巡检的实施方案

无人机飞行机动灵活、操作简单、悬停稳定性高，抵御阵风能力强，可以通过可见光相机及各种成像技术对线路状况进行巡检，并将采集的资料信息提供给巡检人员进行分析，也可在线路大型检修作业前进行勘测，提前检查设备状况，便于检修方案的制定。可见光相机可对杆塔、绝缘子串、金具等设备的外观进行巡查;红外热成像技术是对线路局部异常发热进行检测，从而判断输电线路的具体故障点和类型;电子光学检测则是能够检测线路是否发生漏电;而激光振动检测则是检测绝缘子是否发生破裂。不同的检测技术的特点不同，应用场景也不同。基于无人机巡检的特点，在对线路的巡检过程中，分析不同巡检的任务需求、线路所处环境特点等因素，选取适当的方式开展线路巡检。

2.2自主巡航技术

自主巡航技术是实现无人机自主巡航的核心技术，常规分为人工示教和建模与定位技术2种，示教航线学习技术主要是在巡检过程中由巡检人员设定精准位置和姿态信息，无人机在存储相关信息后，无人机依照预先设定信息进行自主巡检。但是由于该技术主要由北斗和GPS定位技术进行技术支撑，而民用无人机定位精度误差在2～10m，电力巡检过程中需要面对较为复杂且不断变化的航道环境，同时根据电网巡检工作规范，无人机需要与线路保持10m以上安全距离，因此现阶段主流主要采用RTK（real-timekinematic）实时动态载波相位差分定位技术，即通过借助激光雷达扫描精度高、数据处理快速、数据采集多样等优势，获得激光点云，并以此为基础实现三维地图的构建，并结合人工智能深度学习算法实现自主巡航。

2.3智能无人机巡检应用

采用智能航空站控制具有RTK功能的无人机，搭配SDK二次开发的专业电力飞巡软件作为地面遥控站，整套系统即可成为变电站无人机智能巡检的主要飞巡工具。通过手动飞行记录飞行空间航迹、云台姿态信息，生成自主飞巡航迹，将航迹导入变电站三维实景模型，查看其相对位置，模拟飞巡路线，可适当编辑修改。此后可将航迹通过无人机集控系统导入无人机，实现一键起飞、全自主飞巡、成果影像自动回传等。智能巡检无人机具有操控灵活、可多角度调节视角等特点，可对变电站设备从不同空间角度进行巡视检查，能够弥补固定机位的不足，例如，通过智能巡检无人机能发现高空金具缺陷，如图3所示。与此同时，智能巡检无人机能够在降低运维人员巡视工作强度的基础上，有效提高高空金具类设备缺陷检出率，防止因人员疏忽、技能欠缺、巡视角度限制等情况造成的缺陷未及时发现现象。

结语

随着信息通信、远程图像传输技术的迅速发展以及无人机的红外测温、紫外探测以及激光震动等各种成像吊舱技术的发展成熟，在不久的将来无人机巡视有望全面取代人工巡视，输电线路的健康水平将再上一个台阶。

参考文献

[1]缪希仁，刘志颖，鄢齐晨.无人机输电线路智能巡检技术综述[J].福州大学学报（自然科学版），2020，48（02）：198-209.

[2]张星炜. 无人机在输电线路巡检中的应用[J]. 通信电源技术，2020，37（01）：234-235.

[3]李岩，彭玉金，时海刚.无人机在输电线路巡检中的应用[J].国网技术学院学报，2021（01）：9-11.