浅谈无人机在矿山巡线中的应用

梁 青，冀俊娥

（1.唐山威程科技有限公司，河北 唐山 063700；2.河钢集团矿业公司机电检修分公司，河北 唐山 063700）

矿产资源是一种不可再生的资源，如何利用现有的先进技术对其进行合理开发，顺应人与自然和谐统一的发展，成为当前的发展趋势。随着科学技术的发展，涌现各种各样的前沿技术与优质装备，给传统的矿山企业发展带来了巨大机遇。随着这些应用到矿山发展与建设当中，整个行业每天都有不同以往的发展和变化。为相应国家发展的需要，矿山行业积极应用各项技术与设备稳步向着高效化、自动化、智能化的方向前进，矿山企业不断创新和实践，使得新技术得到更好的应用[1]。

1 矿山电力系统巡线现状

矿山行业通常有着位置偏远，地形复杂，远离城市，人口稀少，交通不便等特点。为矿山供电的电力线路，通常采用就近取电的方式进行供电，无法避免受到附近地理位置因素的限制和制约，在电力线路巡检与维护过程中遇到各种意想不到的困难。目前，矿山输电线路的巡检方法主要是依赖于人工巡检，人工巡检模式存在较多的弊端，主要表殃如下。

1.1 巡检技术方式单一

人工巡检时，巡检人员只能使用望远镜与相机等设备进行观察与检查，由于寻找问题时只能进行人为的查找，在电力巡检过程中无法使用过重的诊断设备。例如：杆塔瓶口上面的部位有观测角度大与观测距离远这两个特点，人工巡检时无法进行问题的查找，只能得过且过，最后导致巡检结果产生误差，影响了巡检的质量，提高了线路产生问题的概率[2]。

1.2 维护人员无法满足线路增长需求

由于输电线路通常较长，涉及范围广，随着生产规模的不断扩大，以及矿山开采位置的移动，路线维护人员的需求会大大增加，人工成本也会越来越高，矿山企业为了控制成本，不会大量增加维护人员，因此会产生维护人员无法满足线路增长需求的情况。

1.3 数据管理分散

目前电力巡检工作中，大多数的数据采用相机拍照或者人工记录，由于人工的效率低下，人工判断容易产生数据的判断失误，将会导致数据的零散并无法及时准确地整合，无法进行多维度的利用，也不能给有关部门进行数据的提供，从而影响有关部门进行有效精准的判断[3]。因为人工巡检的方法过于传统，并没有给电力巡检工作带来良好的效率性与准确性。

1.4 人工线路进行定期巡检容易对人身造成危险

电力线路不可避免地处在一些地理复杂的位置，如山地、河流等。导致巡检路线复杂，可能出现重复现象，巡线位置环境危险，容易发生人身伤害；部位地点因人力原因无法到达，而不能更为细致地观测线路，导致工作上的失误。

1.5 因为人力的限制及人工成本的影响，人工线路巡检周期较长，无法做到时效性

因此，为了降低企业成本，提高工作效率，降低事故发生率，矿山企业引入无人机进行电力线路巡检，迫在眉睫。

2 无人机技术介绍

2.1 无人机简介

无人驾驶飞机是一种有动力、可控制、可搭载多种功能设备、能重复使用的无人驾驶航空器,简称无人机。由于其结构简单、活动灵活、可附加多种配置、滞空时间长，在众多领域获得了成功的应用。无人机融入了无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、无线通讯技术、GPS差分定位技术、遥感数据处理技术等多种技术[4]。

无人机主要由机架、飞行控制系统、数据通信系统和附加设备等四部分[5]。机架包括了螺旋桨、设备平台以及电源装置，用于安装各种设备，实现不同的功能与应用；飞行控制系统能够令无人机在控制实现各种动作，已实现操作者的目的；数据通信系统能够使无人机在飞行过程中以无线的方式实时与地面进行数据联系，并利用遥感技术对无人机进行远程控制。通过搭载功能设备，并利用二次开发包对无人机程序进行编程，可以对无人机进行特定目标的智能检测，以实现检测记录的目的。

图像处理系统：无人机通过搭载摄像模块对现场情况进行巡查，摄像平台可通过可见光摄像头、红外摄像头、测距摄像头、热感摄像头、激光雷达等多种组合实现对特定目标的巡检与观察。其中的红外摄像可针对夜间及光照度较低的情况进行巡查工作；激光雷达可用于对巡查的目标附近环境进行三维建模；测距摄像头可判断特定方向的精准距离；热感摄像头可对巡检目标进行温度巡检工作；通过图像处理技术，对检测环境中的干扰因素进行剔除，追踪巡检目标，提取与分析目标的状态，能够提高无人机巡查的效率，减少巡检过程的中干扰。

GIS智能巡检系统：GIS技术（Geographic Information System,即地理信息系统），是以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息。该技术应用于无人机系统，一方面可以实现无人机的自动导航定位与远程控制，优化了整个线路巡检的工作流程；另一方面，利用GIS技术将无人机收集来的数据进行汇总，让工作人员更加直观的了解无人机巡检的位置以及对应位置的问题与故障，通过使用计算机进行数据的挖掘分析，将分析数据转换成人工可见的直观图表，加深工作人员对电力系统问题的认知。

自主避障系统：无人机导航主要是利用北斗、GPS等技术，但北斗、GPS并不能保证百分百的准确，当其出现误差时，无人机会在进行任务的途中产生偏离航向的情况。另外由于输电线路周边会存在大量的塔杆通道、森林树木以及建筑物，这些都对于无人机飞行的连续、稳定性地巡检工作会带来负面影响。

因此，针对上述存在的问题，研发人员为了提高无人机在电力巡检中的安全性与可靠性，进行了无人机自主避障系统的研发，添加了无人机的避障系统，该系统的工作原理为：无人机在架空输电线路障碍物面前获取深度图像内容，即时计算分析障碍物大体轮廓，然后快速规划路线规避绕开障碍物继续飞行巡检，当无人机在线路巡检的过程中对障碍物进行实时动态检测，无人机会通过自身避障系统躲避障碍物，实现自我保护。故无人机的自主避障系统非常成熟。

无人机的不足之处在于其续航保障技术，现在大多小型无人机的飞行动力都来源于锂电池，当无人机的搭载设备过多、巡检过程风阻过大时，易造成无人机的耗电加剧、续航时间缩短等情况，无法满足长距离巡检的使用要求。电路线路通常较长，小型无人机的续航时间无法满足连续巡检的工作需求，因此无人机仍处于无法完全解放人力，需要通过人机配合的方式完成工作。

2.2 无人机的优势

与传统载人飞机对比，无人机体积小、成本低、使用方便、对使用环境要求低。在相关管理部门备案后，即可使用。通过搭载不同的设备，能够实现不同的功能，使用灵活，应用快捷。

3 无人机在某矿山巡线当中的应用

矿山供电电线路的巡检工作，主要包括对线路本体、电力设施以及线杆所处环境等进行定期巡视和检查，以便掌握电力线路本身及周边的情况与状态，及时排除线路运行过程中存在的问题和隐患，保障线路稳定运行，保证生产稳定进行。

在日常巡视过程中，一般采用人工巡视的方式，利用车辆等交通工具，双人或者多人互保，对线路进行检查，对于一些地形复杂的位置，受到观察距离、观察盲区和人员安全的影响，难以及时、准确的掌握线路情况。

在矿山无人机巡视中利用无人机对线路进行巡视，可以逐步对人工常规巡视进行干预，先采用人工和无人机结合的方式，在地形复杂的位置，利用无人机的机动性，在其工作半径内对线路进行巡检。矿山企业可以对无人机进行二次开发，对巡视路线进行设定，使得无人机与线路保持安全距离进行巡视记录，并将结果传输到后台，供检查人员查询。

利用无人机进行线路巡检的主要工作流程如下：

（1）建立完善工作制度。为保证无人机巡检的安全可靠，在开展无人巡检作业时要做好相应的记录与保养，包括：巡检工作票、现场勘察记录单和无人机使用记录单。工作票主要用来确定工作负责人、工作人员、巡检范围和内容、工作要求、工作措施、工作时间、无人机的定期维护记录、电池使用记录等。

（2）在巡检前，对无人机做好检查工作，检查无人机本体机械结构是否完好、电池电量状态能够满足续航要求。

（3）在巡检的过程中，双人进行互保，采用人工与无人机相结合的方式，人工遥控无人机进行巡检。当遇到障碍及恶劣天气时，及时回收无人机；无人机在巡检过程中发生事故时，及时上报，避免造成其他损失。随着科技的发展，待技术达到一定水平，可以单独依靠无人机对整体线路进行巡检。

（4）巡检结束后，及时进行数据上报与分析。对于巡检过程中发现的问题，进行分析处理。并对无人机进行检查与保养，确保无人机的再次使用

4 结论与展望

电力线路的无人机巡检工作正处于蓬勃发展的阶段，在实际应用中还有很多技术问题需要分析与处理，例如：设备的性能与续航能力之间的权衡、恶劣天气下无人机的巡检等；通过各种新技术、新方法的不断优化与融合，无人机能巡检作业将越来越成熟。随着图像识别技术发展，可以利用无人机平台对线路状态进行智能识别，通过机器学习的方法，对线路上经常出现的问题进行识别，及报警提示。通过无人机本身的测距元件让无人机与线路保持安全距离，而不是人工设定，使得无人机更加智能，应用更加广泛。