基于无人机航空摄影的输电线路树障巡视

李强

摘要：随着国民经济的飞速发展，无人机的应用也逐渐深入社会日常生活的方方面面，伴随而来的是无人机需求持续增长和输电线路覆盖区域的增加。对无人机而言，无人机服务的可靠性要求也越来越高。采用基于无人机航空摄影技术的树障巡视方法，既能大幅缩短巡视时间、提高巡视效率，又能减少因目测方式中主观因素对精度的影响，提高树障距离量测的精度。

关键词：无人机航空摄影;输电线路;树障巡视

引言

随着社会的发展，电力设施已成为人们生活中不可或缺的一部分。其中，电网系统是将相近的电厂、电站等联系整合起来的重要电力设施组成部分，保证各个地区发电与供电的安全可靠，调整不同地区间的电力资源供需平衡，保持国家规定的电能质量和获得最大的国民经济利益，在建设全国电力设施中一直扮演着重要角色。随着社会电力工业的迅速稳步发展，特别是世界各國相继投资建设了大容量的火电、水电以及原子能电站，导致电网的容量越来越大。但是，由于自然、人为等多种因素，输电线路安全隐患不可避免的存在，如何提早发现预防、及时检测出危害输电线路的缺陷安全隐患，成为保障各地区电力供应的一项重要基础工作。目前，输电线路隐患缺陷主要是输电线路走廊通道隐患，尤其是输电线路下树木隐患、输电线路走廊内违章施工和违章建筑，因巡视不到位或监控不及时，时常有导致线路跳闸事件发生，严重危及电力输电线路运行安全。

1无人机航空摄影的输电线路树障巡视

无人机在输电线路巡视中的应用方式较为统一，一般情况下，操控人员会将作业过程中会用到的较小的摄像机、照相机固定在无人机机体吊舱内，由副控人员全程负责，将无人机作业过程中拍摄到的影像资料全部记录下来，并在无人机返航后对影像资料进行检查与分析。飞行稳定是对无人作业技术的关键性要求，但是，根据目前发展情况，无人机在作业过程中仍会发生不定时的抖动，这就导致照相机不易对焦成功，拍摄出的影像资料分辨率较低。对于线路断线、杆塔倾倒以及绝缘子损坏等故障，较易从巡视资料中看出，但是对于线路温度异常、电缆老化等问题，仅通过无人机航拍作业仍然难以辨别。在无人机进行飞行作业过程中，常使用数据链传输功能将航拍得到的影像资料实时投射到地面监控站的系统屏幕上，负责飞行控制的主控工作人员与负责监控图像的副控工作人员互相配合，主控工作人员规划好无人机飞行路线后进行实时操作，防止无人机飞行过程中出现偏离航线、停机返仓等意外，副控工作人员实时监控无人机传回的画面，一旦观测到异常情况，立即通知主控操作人员更改无人机飞行路线，对异常地区进行重点巡查，要求两位操作人员配合密切。

2无人机航空摄影的输电线路树障巡视现状

2.1不掌握树障盲点和生长规律

对于只能人工巡视到达的悬崖、降坡点、大山沟的凸坡点等特殊地形的树障未能精准测量和识别，未列入清理计划。对部分如速生桉树、竹子等生长速度快，成材周期短的树障自然生长特性评估不准，导致部分树障管控出现真空，未充分识别和列入重点关注。

2.2树障清理协调难度大

树障存量基数过大和树木产权人要求赔偿价格过高，增大清理协调难度，清理进度缓慢，特别是林权制度改革，如需砍伐线路保护区内自然生长的灌木，农户均有限提出补偿，这是近年来树障存量只增不减的重要原因。

2.3输电线的树障隐患问题

基于提取的电力线数据，使用分段截面距离来计算和分析输电线与其下方地物之间的距离，并自动将该距离与规定的安全距离进行比较，标记输电线与地物距离在标准安全距离以内的区域;然后，在中国南方电网超高压输电公司500kv“楚穗交流”20km线路采用可视化校核技术，对获得的树障隐患分析结果进行校核，实现输电线路巡检树障隐患自动分析并对整体场景进行精度评估与分析。

3无人机航空摄影的输电线路树障巡视优化

3.1无人机影像数据处理优化

随着无人机的发展，海量、密集、高质量的无人机影像数据被应用于各种领域。对于利用无人机影像的输电线路的识别与检测，目前较多的科研机构或者实际生产公司大多偏向于检测识别处理算法的研究。尽管许多电网公司尝试将理论与实践相结合，对无人机在电力相关设施巡检方面的应用进行了多次实验，然而，由于受到实际复杂场景如复杂地形或遭遇恶劣天气等的约束，输电线路的识别检测及其树障隐患分析技术的实践并不能获得令人满意的结果。部分研究机构在输电线路相关检测方面取得了一定的进展。奥地利格拉茨技术大学的相关研究人员利用无人机获得的影像数据，结合相关图像小目标识别与提取处理算法，在实验室场景中成功对输电线路绝缘子缺陷进行了判别。对电力线进行了跟踪检测，并通过实验证明了其算法的可行性。除此之外，瑞典的查尔姆斯理工大学相关研究人员基于无人机获得的输电线路视频，通过视频解析处理算法，成功对输电线路的覆冰隐患进行了识别和判断。

3.2加强宣传，防治结合

加强对防树障工作的宣传，告知安全风险，防止在线路保护区种植高杆树木。对于拒不配合，强行在线路保护区内种植树木的行为，通过口头告知安全风险，发隐患告知书，立警示标识牌，发律师函等方式制止，并做好回执存档，为后期司法诉讼做好准备。

3.3无人机电力线走廊影像采集与处理优化

基于双目识别的逆向技术，无人机采取“U”型飞行方式，通过设置无人机的飞行高度、旁向重叠以及航向重叠等参数，从不同角度对杆塔两侧的电力线进行拍摄，使得杆塔两侧的电力线可以在不同照片中显示，获得具有立体像对多张影像数据。通过空三解算、密集匹配等技术，从具有立体像对的无人机影像中获取电力线走廊点云数据。

3.4树障清理，小树处理同行

提前处理最终生长高度可能影响线路运行的经济林，降低作业风险和减少林木补偿。谈成一处，处理一处，砍伐后与农户依法签订“不再种植”协议书，努力减少存量。砍伐小树的突出优点：不存在树线安全距离不足风险;不存在倒树伤人风险;小树价低，减少树障补偿;小树砍伐效率高，降低劳动强度，减少外部劳务费支出。

结束语

输电线路运维工作长期受制于落后的工作方法，人工运维不仅费时费力，而且效果不佳。基于无人机航空摄影的输电线路树障运维方式不仅解决了工人工作期间劳动强度大、无路可走、夏季高温、冬季寒冷的工作环境问题，也从量测精度上大大提高了线路运维的质量。本文提出了无人机在输电线路巡视中的应用新模式，首先介绍了无人机的构成以及输电线路各类无人机的特点并进行了详细的对比;之后对无人机应用于高压输电线路巡视的方式进行研究，针对无人机输电线路的关键技术与应用情况进行分析，基于无人机输电线路巡视的功能需求提出无人机输电线路巡视的优势。无人机树障巡视是未来线路运维的发展趋势，今后急需解决的是电池容量小，飞行时长受限的问题。如果能够解决上述问题，无人机航空摄影将在线路运维上得到更加广泛地运用。

参考文献：

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