基于云计算的电力线路无人机巡视验收技术

解 明

（宁夏送变电工程有限公司，宁夏 银川 750001）

0 引 言

输电线路在电力系统的运行中起着重要作用，主要由导线、线路杆塔、接地装置等构成，负责输送电流[1]。在当前电力产业高速发展的背景下，多个地区完成了输电线路新建工作。通常情况下，输电线路建设所处环境较为严峻，地势环境复杂，线路巡视验收工作难度较高[2]。现阶段，传统的电力线路巡视验收技术多采用人工巡视验收方式为主、直升机巡视验收方式为辅的模式[3]。该巡视验收技术在实际应用过程中的局限性较强，工作量较大，需要消耗大量的人力资源与物力资源，且巡视过程中易受作业环境条件的影响，存在较大的安全隐患，作业人员的生命安全得不到有力保障[4]。同时，传统的巡视验收技术作业时间较长、效率低，巡视存在视角限制问题，导致验收结果与电力线路实际运行工况存在较大偏差。而无人机能很好地解决以上问题，通过搭载高清摄像机、红外测温仪，可以在电力线路实时采集全方位的线路影像资料，不存在巡视视角限制问题，能快速确定电力线路运行工况，巡视灵活性与安全性较高[5]。

通过研究电力线路无人机巡视验收技术，结合云计算，将采集到的线路影像资料信息进行整合处理，生成高精度的电力线路巡视验收结果，以提高电力线路运行的安全性与可靠性。

1 电力线路无人机巡视验收技术研究

1.1 无人机模块设备选型与调试

无人机模块设备性能的好坏直接影响后续电力线路巡视验收的效果，因此需要对无人机各模块的设备进行选型设计。首先，无人机本体选用KK3 Pro型号的航拍无人机，对无人机本体进行设置，保证其运行性能满足电力线路实时巡视验收的需求。其次，选用WKM-02A5S型号的自动驾驶仪，其整体重量较轻，支持多向安装与二次开发，具有高性能陀螺稳定云台，技术支持能力较强[6]。再次，选用R54820RTM1型号的遥控接收机，其信号接收通道多，运行过程中整体可靠性较强[7]。最后，选择任务荷载设备，包括热红外仪与照相机。其中，热红外仪型号为QRM-264SA1，照相机型号为索尼NEX-7。

完成无人机模块设备选型后，要在电力线路巡视验收作业现场对无人机进行全方位的调试，检查各设备是否能正常工作。联机检查并调试无误后，集中装箱[8]。

1.2 基于云计算规划巡视验收路径

完成无人机模块设备选型与调试后，基于无人机性能参数，结合电力线路巡视验收任务要求，利用云计算技术规划无人机巡视验收路径。

利用云计算技术计算无人机巡视验收的总航程，公式为

式中：n表示航迹内的节点数；vi表示第i条巡视验收航迹航程。

通过式（1）可以得出无人机巡视验收航迹的总航程。在此基础上，计算无人机巡视验收最大路径的偏转角，即无人机当前巡视路径段相较于前一路径段方位角偏转的大小，公式为

式中：Lmin表示无人机当前巡视姿态改变时克服惯性作用产生的最小航迹步长；rmin表示无人机巡视验收最小转弯半径。

计算出无人机巡视验收最大路径的偏转角后，根据电力线路巡视验收期望的精度，调整巡视验收路径节点数目，利用路径节点规划巡视验收路径[9]。基于云计算的电力线路无人机巡视验收路径规划目标函数表达式为

式中：pi表示无人机巡视验收第i段的路径长度值；h表示路径规划惩罚函数。

1.3 无人机巡视验收作业

利用云计算技术完成电力线路无人机巡视验收路径的规划后，开展无人机巡视验收作业。首先，做好巡视验收准备工作。勘查并确定电力线路巡视验收现场的气象条件与交通情况，标记交叉跨越与邻近的输电线路，掌握线路运行工况[10]。其次，设置无人机起降点，相关技术人员负责采集无人机飞行线路的各项有关资料，包括电力线路走向、杆塔明细号段、回路色标以及塔型等[11]。再次，巡视开始前查询线路运行参数，标记重点巡视验收区域。最后，做好无人机起飞准备，确认气象条件满足飞行条件后，控制无人机到达电力线路作业点。单回电力线路与双回电力线路的无人机巡视验收流程存在一定差异。

1.3.1 单回电力线路巡视验收流程

单回电力线路采用单侧巡视验收方式，首先控制无人机到达巡视验收区域，采集作业位置1的地线连接部位影像资料，观察线路上导线低压端的连接部位情况；其次沿着巡视路径缓慢移动至作业位置2，以此类推，直至完成所有单回电力线路巡视验收；最后无人机沿着地线高度以均速飞行的方式飞往下一线路基杆塔。

1.3.2 双回电力线路巡视验收流程

开展双回电力线路巡视验收时，无人机到达巡视验收区域后，无人机以与待巡视验收线路之间夹角为45°的角度进入作业位置1，采集地线连接部位的影像资料。以相同夹角，依次采集其余线路的影像资料，直至巡视验收完毕。

在巡视验收过程中，无人机旋翼与电力线路之间的距离要超过20 m，避免干扰线路的正常运行。实时统计无人机巡视验收作业的时间与路径情况，并跟踪记录电力线路运行过程中各部件的运行状态变化，重点巡视验收电力线路平口以上的金具、绝缘子与跳线。

无人机巡视验收作业结束后，利用SPSS统计分析软件和云计算技术，对采集的影像资料进行统计分析，编制巡检报告。此外，将采集到的巡视验收数据移交至电力线路巡检中心，实现电力线路无人机巡视验收的目标。

2 实验分析

在将提出的巡视验收技术应用于实际电力线路工程前，需要对该技术的可行性和巡视验收效果进行验证，确认提出的巡检验收技术在应用过程中没有异常问题且能达到预期设计要求后，方可应用于实际电力工程。

2.1 实验准备

以某地区R电力线路建设工程为本次研究对象。该工程中，电力线路紧靠轨道交通，由单回路与双回路混合架设而成，电力线路概况如表1所示。

表1 R电力线路建设工程概况

根据线路工程的建设需求与工况特征，电力线路巡视验收的无人机选用电动六旋翼无人机，整体重量较轻，空间体积较小，使用性能优势显著。应用文章提出的电力线无人机巡视验收技术，根据R电力线路建设工程的巡视验收要求，开展实验测试。

2.2 实验结果

为更加直观地获取实验结果，增强实验测试的说服力，避免单一实验结果存在的偶然性，本实验采用对比分析的方法。将文章提出的基于云计算的电力线路无人机巡视验收技术设置为实验组，将文献[3]提出的基于人工智能的巡视验收技术、文献[5]提出的基于无人机的巡视验收技术分别设置为对照组1与对照组2。通过模拟3种技术的无人机巡视验收全过程，获取实验测试数据，并进行多维度对比分析。

R电力线路建设工程中共有520级塔，其中有8处线路跨越了树木。分别对这8处电力线路进行标号，即XL-01、XL-02、XL-03、XL-04、XL-05、XL-06、XL-07以及XL-08。选取电力线路无人机巡视验收测距相对误差作为此次实验的性能评价指标，利用3种技术分别对8处电力线路进行巡视验收，获取巡视验收结果，并计算电力线路无人机巡视验收测距相对误差。电力线路无人机巡视验收测距相对误差对比结果如图1所示。

图1 电力线路无人机巡视验收测距相对误差对比结果

通过图1的性能评价指标对比结果可知，3种技术在电力线路实际巡视验收作业中表现出了不同的性能。实验组的电力线路无人机巡视验收测距相对误差明显小于另外2个对照组，相对误差最大不超过0.5%。在3种巡视验收技术中，文章提出的技术表现出了显著的性能优势，验收测距相对误差较小，能获取更加准确的巡视验收结果。

3 结 论

为优化电力线路巡视验收效果，提高巡视验收作业的效率与准确性，文章引入云计算原理，提出基于云计算的电力线路无人机巡视验收技术。实验结果表明，应用文章提出的无人机巡视验收技术后，电力线路无人机巡视验收测距相对误差最大不超过0.5%，有效解决了传统电力线路巡视验收技术存在的问题与不足，促进电力线路工程建设的可持续发展，可以应用于实际电力工程。