无人机输电线路巡线技术及其应用

樊昆 胡培杰

摘要：随着架空输电线路的增多，架空输电线路的运行维护环境变得更加复杂，对架空输电线路运行维修的要求也在不断提升。从电力企业日常运行维护管理发展情况来看，传统人工巡检方式会遭受比较多的限制，加上无人机输电线路巡检效率低下，在日常巡检的时候无法保障电网的安全运行。为了能够弥补传统人工巡检的问题，本文提出无人机输电线路巡检技术应用的思想主张，并从自主巡检、作业安全检测、缺陷识别等技术层面具体应用问题进行探究。

关键词：电力输电线路;输电线路巡檢方法;无人机技术

引言

现阶段，我国社会经济正在快速发展，人们的物质生活水平越来越高，国家社会以及人们对电力的需求也越来越高，因此我国电网正在不断扩大建设规模，而输电线路只有正常安全稳定运行才能够满足国家社会和人们对电力的多元化需求，然而这样会在很大程度上增加输电线路的巡线工作压力。在输电线路巡线工作中应用无人机技术，充分发挥无人机技术的作用，降低输电线路巡线技术的工作压力，还能够帮助工作人员完成危险系数比较高的检查环节。

1无人机巡检功能

无人机巡检系统包含无人机、信息采集设备、通信设备、地面工作站四个部分组成，这四个部分具有各自的功能。无人机能够通过人工遥控设备来对飞行线路、停留的位置进行控制，之后通过自身信息采集设备来将收集到的信息进行整合，而后借助通信设备来将信息传递给工作站。无人机会在工作人员的操作下来完成一系列信息的采集整理，之后按照各个指令要求完成工作。无人机能够对输电线路中的绝缘子、引流线、导线、杆塔开展检查，通过发热击穿或者接触点发热的方式来对输电线路中是否悬挂异物、是否存在断股或者脱落的情况进行检查。

2无人机输电线路巡线技术及其应用

2.1自动巡检技术

以前的无人机巡检都要借助定位系统传输过来的C/A码，通过航拍电文来对飞机飞行路线进行调整。最近几年，随着航拍技术的快速发展，研发出了让无人机根据空间坐标信息确定位置并拍照的技术，也就是输电通道空间模型，这样无人机就可以更准确地判断障碍物和输电线路的距离，误差可以控制在1米范围内，从而可以及时避开障碍物，操作人员的工作难度得到了有效降低，巡检效率也变得越来越高。另外，还有新研发的RTK技术将会被应用到无人机巡检中，该技术需要借助基准站接收卫星信号，基准站一般会建设在特定位置，然后将接收到的信号实时传送给无人机操作者，此外无人机操作者还可以接收卫星信号，操作者将两种信号进行联合解算就可以将外破误差控制在30-50厘米之内。

2.2影像智能识别技术

使用无人机巡察时，往往都会使用在设施密集、以尺度立体结构为主的线路中，该部分区域普遍存在设施相互遮挡、背景干扰强、缺陷难以区分等巡察难点。这意味着，无人机的人工智能系统需要进行的处理算法会具备深度神经网络架构更复杂、技术路线分支更多等难题。鉴于该部分工序缺陷识别和标注难度较大，所以技术人员在改进相应技术前，必须要为无人机积累大量样本积累训练和验证数据。其主要内容为检测图像。这是因为，所检测出图像质量在缺陷智能识别方面尤为关键，因此需应在重点推广定位和拍摄技术的同时，对应地使样本在数量与质量上更具丰富性，从而增加样本积累基数，以更好地实现集中标注、提高缺陷发现率、降低误报率。

2.3诊断性检查输电线路

在应用无人机技术对输电线路实际的工作情况进行巡检的过程中，应该对输电线路正常安全稳定运行进行科学合理的预测，还要根据季节性变化以及周边环境的改变对输电线路进行有效的巡检工作。如果在巡检过程中发现问题，应立即巡检各大故障点，并把故障点的具体位置查找出来。根据故障点的实际情况，分析和查找故障点所发生问题的具体原因，还要全面了解故障点设施被破坏程度的实际情况，应用有效措施对故障点进行及时地维修或者替换故障设备，从而在最短时间内让线路恢复正常稳定的运行。

2.4巡检资料的整理和提交

巡检作业一共耗费4h，和传统意义上的人工巡检作业相比，本次巡检作业效率比较高，在巡检的过程中共采集线路影像0.8TB。面对大量的杆塔和影像数据资料，为了能够提升数据的整理效率，在传统人工缺陷识别的基础上创造性地使用基于图像分析的自动化照片识别技术，通过多种手段综合识别。经过本次巡检一共发现缺陷246处，基本上都是一般性的金具缺陷，如缆线断股、缆线松股等。同时，一些塔体还存在鸟窝、塔基损坏现象。标注缺陷之后安排专门的人员审核巡检结果，对塔位的编号、缺陷的类型进行反复检查，检查之后将资料整合到影像库中，并就缺陷信息打造出巡检报表，制作出缺陷清单。

2.5优化无人机多传感自动任务检测技术

现在应用到输电线路巡检中的无人机大部分都不能进行自动多帧图片拍摄，而且传感器比较简单，为了让传感器可以同时进行数据集成和校验就要提升无人机数据获取能力，为此需要应用时间同步技术和位置姿态系统，这样传感器就可以准确、快速地获取时间和空间坐标，无人机获取数据的效率和准确性也能得到提升。与此同时，还要应用高精度POS系统，该系统可以让无人机吊舱位姿基准变得更加精确，惯性稳定平台也能因此得到准确的引导。此外，还要对吊舱自动跟踪技术进行提升。无人机对输电线路进行自动巡检时，吊舱荷载系统需要不断地进行移动，从而给相机、摄像机确定目标增加了难度，为此可以应用吊舱自动跟踪技术，采用双闭环控制策略对该技术进行提升，以便可以更准确地收集和传送信息。

2.6合理的航线规划

无论是手控飞行还是自动飞行都应合理规划飞行航线，避免因飞行不合理导致撞线。规划航线时，飞行高度应高于最高塔的高度，飞行方向应面对下一个目标塔位，沿着导地线斜上方前进，并与相应的线路保持绝对远的距离。当线路走廊密集时，无人机下降开展精细化作业，应尽量贴近巡视的设备飞行，同时保持相对合理的安全距离，此操作可避免无人机后退而撞上邻侧线路。无人机失控返航高度设置应高于最高物体或者杆塔的高度，避免失控返航撞塔。

2.7采集和传输数据

在应用无人机技术对输电线路进行巡线时，可以充分发挥红外热像技术的作用，把信号传输到地面的检测屏幕上，让工作人员实时对无人机穿过的地方进行观察，还可以及时对传输回来的图片和影像进行分析和处理，并根据分析和处理结果确定输电线路中发生故障点的具体位置，方便巡线工作人员对故障点进行维修，提高巡线人员的工作效率和质量，提升工作精准度，节约大量的时间，降低人力和物力成本。

结语

在巡视输电线路的过程中，使用无人机可以取得最佳的效果，将工作人员的工作失误降到最低，显著提升巡视人员的工作质量和工作效率，发现输电线路的潜在隐患，使输电线路的安全满足运行标准。随着应用的广泛化，机巡的作业效率及安全变得尤为重要。上文所述的内容为长期现场巡视作业工作经验所得，形成规范的管理模式，一定程度上可提升机巡的运维水平。

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