大型無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)及其在 500kV線路的應(yīng)用

彭向陽，錢金菊，王柯，麥曉明，易琳，饒章權(quán)

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

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大型無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)及其在 500kV線路的應(yīng)用

彭向陽，錢金菊，王柯，麥曉明，易琳，饒章權(quán)

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

摘要：電網(wǎng)輸電線路規(guī)模的擴大增加了巡檢工作量，而人工定期巡檢方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代智能電網(wǎng)安全高效巡檢運維需要，為此探討了無人直升機巡檢及相關(guān)技術(shù)在輸電線路巡檢中的作用，并研發(fā)了一套基于大型無人直升機平臺的多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)。介紹了該巡檢系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)，并對巡檢系統(tǒng)5個組成部分的設(shè)計和研制進行闡述，同時將該巡檢系統(tǒng)應(yīng)用于中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司首次開展的500kV線路巡檢試驗。巡檢結(jié)果表明，該巡檢系統(tǒng)能有效發(fā)現(xiàn)線路缺陷隱患，具有明顯的巡檢優(yōu)勢和特色。

關(guān)鍵詞：無人直升機；多傳感器集成；全自動巡檢；中繼通信；數(shù)據(jù)處理；智能診斷；500kV巡檢

近年中國架空輸電線路規(guī)模日益擴大，110kV及以上高壓線路總里程已達到1.2×106km，并且絕大部分線路偏遠，諸多線路跨越大江大河、崇山峻嶺，甚至原始森林和無人區(qū)，隨著線路走廊森林植被保護加強和氣候環(huán)境變化加劇，巡線任務(wù)越來越繁重，巡線工作環(huán)境越來越惡劣，尤其近兩年人工成本大幅度增加和工人對工作環(huán)境要求的提高，更加重了巡線難題。人工巡線方法不僅勞動強度大，耗時多，效率低下，而且部分線路段因地形因素，無法進行人工巡檢。中國電網(wǎng)向智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展，更迫切需要先進實用的技術(shù)來替代目前的人工巡線。

隨著技術(shù)發(fā)展，利用無人機搭載傳感器進行巡線得到廣泛應(yīng)用[1-2]。無人機技術(shù)是將現(xiàn)代航空平臺、計算機、通信、測控、遙感等技術(shù)有機結(jié)合，通過自動化飛行控制和傳感器檢測技術(shù)對輸電線路導(dǎo)地線、金具、絕緣子、鐵塔等設(shè)備運行狀態(tài)以及通道環(huán)境進行通道巡檢或精細檢測。無人機巡檢成本低，具有明顯的技術(shù)、經(jīng)濟優(yōu)勢和電力巡檢特色，能夠較大程度上解決復(fù)雜地理條件下人工巡檢的安全性、勞動強度大等問題，具有重要的研究價值和應(yīng)用前景[3-5]。但目前國內(nèi)外無人機電力巡檢技術(shù)存在如下問題[6-7]：

a) 受無人機載荷能力限制，目前用于電力巡檢的吊艙以搭載數(shù)碼相機或紅外熱像儀為主，很少同時搭載三維激光掃描儀、紫外攝像儀。因此，無法在單次巡檢中對線路走廊整體、絕緣子、導(dǎo)線等進行全方位巡檢和診斷，對多次巡檢數(shù)據(jù)做統(tǒng)一處理和聯(lián)合診斷也比較困難。

b) 吊艙功能自動化、智能化程度不高，目前主要依靠人工遙控，勞動強度較大，且在通訊鏈路數(shù)據(jù)質(zhì)量不佳、圖像丟失或圖像延時較大等情況下，無法進行有效作業(yè)，可靠性不高。

c) 數(shù)據(jù)處理自動化、智能化不高，主要依賴人工判讀，后期作業(yè)工作量大、周期較長。

d) 國內(nèi)外大型無人直升機電力巡檢絕大部分研究還處于探索階段，尚未在電網(wǎng)開展規(guī)?；矙z應(yīng)用，還沒有經(jīng)受電網(wǎng)實際帶電運行線路大規(guī)模巡檢作業(yè)的考驗。

為解決上述問題，中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司(以下簡稱“南方電網(wǎng)”)已在無人機巡線中開展研究工作，本文在對電力線路全自動巡檢的功能需求分析基礎(chǔ)上，研發(fā)了大型無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)，介紹了巡檢系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)組成，對大型無人機飛行平臺、多傳感器任務(wù)系統(tǒng)、超視距通信鏈路系統(tǒng)、測控運輸保障系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理和智能診斷專家系統(tǒng)等5個分系統(tǒng)進行具體設(shè)計和研制，并在南方電網(wǎng)首次開展了500kV輸電線路多傳感器全自動巡檢應(yīng)用，驗證了巡檢系統(tǒng)功能性能，巡檢應(yīng)用取得良好效果。

1大型無人直升機全自動巡檢系統(tǒng)功能

在無人直升機巡檢工作中，為實現(xiàn)一次飛行中發(fā)現(xiàn)盡可能多的隱患與缺陷，提高巡檢質(zhì)量與工作效率，降低飛行風(fēng)險，所設(shè)計的電力線路多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)需滿足如下功能：

彭向陽，等：大型無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)及其在 500 kV線路的應(yīng)用a) 無人直升機平臺具有超低空飛行和懸停作業(yè)能力；具備自主飛行模式、自動駕駛模式、手控飛行模式等多種飛行模式，并可實現(xiàn)多種模式的自由切換。

b) 無人直升機平臺具有相關(guān)的巡檢技術(shù)，包括安全巡檢飛控系統(tǒng)、遙測遙控系統(tǒng)及無線數(shù)字圖傳系統(tǒng)，可沿電力線低空貼近飛行；具備自主避障功能，無人直升機預(yù)警與避障系統(tǒng)應(yīng)能及時設(shè)計合理避讓路線，實現(xiàn)避障動作。

c) 無人直升機空中通訊中繼系統(tǒng)需充分考慮電力線路特殊要求，應(yīng)支持空中中繼模式，實現(xiàn)超視距傳輸。

d) 測控站遙測系統(tǒng)具備以下功能：能通過下行遙測數(shù)據(jù)對飛機系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測；能實時顯示遙測系統(tǒng)接收到的飛機各種信息；可實現(xiàn)航線(點)的實時規(guī)劃，并進行在線上傳更改；能自動保存飛行數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的安全性，為飛行后數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)；實時遙測無人直升機飛行狀態(tài)、機載設(shè)備工作狀態(tài)；實時傳輸載荷信息，對圖像進行采集、處理、記錄及顯示等。

e) 無人直升機多傳感器系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)可同步獲取視頻、光學(xué)數(shù)碼相片、三維激光點云、紅外視頻、紫外視頻數(shù)據(jù)，并具有較高幾何定位能力，可滿足電力巡線狀態(tài)診斷業(yè)務(wù)需求。

f) 后期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能對獲取的光學(xué)影像進行幾何定位，實現(xiàn)正射影像采集；可通過激光點云數(shù)據(jù)自動識別電力線、電塔點云數(shù)據(jù)，并對電力線點云進行曲線擬合；可進行線路下障礙物自動識別，測定安全距離,對危險地物預(yù)警；基于紅外視頻數(shù)據(jù)探測輸電線路電流致熱型、電壓致熱型缺陷；可基于紫外視頻數(shù)據(jù)實現(xiàn)導(dǎo)線外傷探測、絕緣子污穢檢查、絕緣子放電檢測、絕緣缺陷檢測、無線電干擾源檢測等功能。

2大型無人直升機巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成

為實現(xiàn)多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)功能需求，突破目前大型無人直升機電力巡檢技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)，研發(fā)實現(xiàn)大型無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成分為大型無人直升機平臺、多傳感器巡檢任務(wù)系統(tǒng)、超視距通信鏈路系統(tǒng)、地面測控運輸保障系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及智能診斷專家系統(tǒng)等5大部分。無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)主要組成如圖1所示。

3大型無人直升機全自動巡檢系統(tǒng)研制

3.1大型無人直升機巡檢平臺

大型無人直升機平臺是電力線路巡檢數(shù)據(jù)采集獲取的主要平臺，包括導(dǎo)航系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、智能避障系統(tǒng)等設(shè)備。主要設(shè)備的組成與功能如下：

無人直升機飛行平臺主要負責(zé)搭載傳感器系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺、智能避障系統(tǒng)以及其他必要的機載設(shè)備。本研究采用國內(nèi)相對成熟穩(wěn)定的Z-5無人直升機系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有自主起降、定點懸停、三維程控、自動航線飛行等功能，飛行平臺的主要參數(shù)見表1。

表1Z-5無人直升機主要參數(shù)

Z-5無人直升機導(dǎo)航系統(tǒng)為單GPS，當(dāng)GPS信息失效或者屏蔽時，導(dǎo)航系統(tǒng)將失去導(dǎo)航功能，并且定位精度不高，不能滿足電力巡檢飛行定位精度和冗余性需求。因此，研究改進原有導(dǎo)航系統(tǒng)，設(shè)計三系統(tǒng)雙板卡衛(wèi)星接收機，利用雙GPS模式解決GPS冗余功能，采用差分GPS[8]提高定位精度，解決原有導(dǎo)航系統(tǒng)兩套GPS累積誤差問題，滿足吊艙自動跟蹤的定位精度需求。無人直升機巡檢飛行中頻繁變化速度易引起主軸變形使其同軸度降低，導(dǎo)致直升機振動水平加大；頻繁操縱動作會產(chǎn)生較大的磨損，影響飛機的飛行狀態(tài)。因此本文從靜止軸系統(tǒng)和抗磨損變距系統(tǒng)兩方面來優(yōu)化改進原有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通過在直升機旋翼軸外面增加靜止軸與選用耐磨材料作為滑塊，以提高主軸的過載能力與變距系統(tǒng)滑塊的耐磨性，降低振動環(huán)境，延長直升機使用壽命。

Z-5無人直升機飛控系統(tǒng)并非專門針對電力巡檢應(yīng)用進行設(shè)計。在實際巡檢中，無人直升機長時間處于低速飛行狀態(tài)，可能導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)過快老化，飛行效率偏低，難以適應(yīng)巡檢需要，根據(jù)巡檢功能需求，對原有飛行控制系統(tǒng)進行優(yōu)化：

a) 優(yōu)化遠航進程，在爬升模態(tài)轉(zhuǎn)遠航模態(tài)，柔化總距變化過程，防止總距劇烈變化；

b) 優(yōu)化程控進程，將大速度與巡線程控模式整合至程控進程中，形成快速掃描模式，提高巡檢效率；并可設(shè)置歸航點的高度屬性，方便現(xiàn)場選點和起降操作；

c) 優(yōu)化失控保護進程，升級失控高效歸航模態(tài)，可設(shè)置失控高效歸航時地形規(guī)避信息，提供失控高效歸航、任務(wù)優(yōu)先飛行和失控航線歸航3種方式供用戶選擇。

智能避障系統(tǒng)[9]通過毫米波雷達傳感器，使無人直升機具備自動探測前進通道上高壓線路、鐵塔、高架天線、樹林、山脈和丘陵等障礙物功能，并向無人直升機控制系統(tǒng)進行預(yù)警以規(guī)避飛行風(fēng)險。

3.2多傳感器任務(wù)系統(tǒng)

無人直升機多傳感器任務(wù)系統(tǒng)主要包括穩(wěn)定平臺、POS、多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)[7]。

a) 穩(wěn)定平臺安裝于無人直升機機架下方，其主要作用是隔離載體擾動，使光軸在慣性空間保持穩(wěn)定，有效保護傳感器，同時穩(wěn)定平臺能保持自身姿態(tài)，給傳感器數(shù)據(jù)采集提供安全穩(wěn)定的環(huán)境。

b)POS由高精度慣性測量單元(inertialmeasurementunit，IMU)系統(tǒng)和導(dǎo)航計算機系統(tǒng)(POScomputersystem，PCS)組成，為遙感載荷提供高精度位置姿態(tài)基準(zhǔn)，同時為慣性穩(wěn)定平臺提供精確的指向。高精度POS采用IMU和PCS的分體式結(jié)構(gòu)，在保證位置姿態(tài)信息獲取精度時，最大程度減輕吊艙的重量和體積[10]。POS不但可以實時輸出高精度的位置姿態(tài)信息，用于實時成像作業(yè)，而且通過后處理可以獲得遠高于傳統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的位置姿態(tài)精度，應(yīng)用于高精度測繪。

c) 多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)可同步獲取視頻、光學(xué)數(shù)碼相片、三維激光點云、紅外視頻、紫外視頻數(shù)據(jù)，并具有較高的幾何定位能力，可滿足電力巡線故障診斷的業(yè)務(wù)需求。該子系統(tǒng)能對獲取的光學(xué)影像進行幾何定位，實現(xiàn)正射影像采集，為輔助點進行電力線故障信息提取和定位提供高分辨率的基礎(chǔ)影像資料；能利用高精度全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystem，GNSS)或慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，生成高幾何定位精度的三維激光掃描儀點云，實現(xiàn)電力線走廊三維激光掃描儀點云高精度自動分類和濾波，快速生成數(shù)字表面模型(digitalsurfacemodel,DSM)和數(shù)字高程模型(digitalelevationmodel，DEM)，支撐后期的電力線弧垂信息提取、交叉跨越障礙物檢測及電力線路走廊三維可視化；能實現(xiàn)基于姿態(tài)測量系統(tǒng)用紅外視頻數(shù)據(jù)計算每幀影像姿態(tài)參數(shù)問題；能實現(xiàn)基于姿態(tài)測量系統(tǒng)用紫外視頻數(shù)據(jù)計算每幀影像姿態(tài)參數(shù)問題；可通過激光點云數(shù)據(jù)自動識別電力線、電塔點云數(shù)據(jù)，并對電力線點云進行曲線擬合[11]，測定電力線與地面障礙物之間的安全距離，并對危險地物進行預(yù)警。

3.3超視距通信鏈路系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)通信連接的關(guān)鍵設(shè)備，主要負責(zé)地面站與無人直升機飛行平臺之間的數(shù)據(jù)通信，包括機載、無人直升機中繼和地面站3部分，每部分組成如圖2所示。

通信鏈路系統(tǒng)[12]可實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的實時下傳，并對無人直升機工作狀態(tài)進行跟蹤。為克服地形阻擋、多徑效應(yīng)等干擾因素對無人直升機通信鏈路的限制，對原有通信鏈路進行設(shè)計優(yōu)化，采用無線通信組網(wǎng)方式和編碼正交頻分復(fù)用(codedorthogonalfrequencydivisionmultiplexing，COFDM)數(shù)字通信技術(shù)，增加中繼通信設(shè)備，以實現(xiàn)測控數(shù)據(jù)及機載圖像的超視距、遠距離傳輸，為無人直升機電力線路巡檢長距離、超視距飛行提供穩(wěn)定信號通道支持。

3.4地面測控運輸保障系統(tǒng)

地面測控運輸保障系統(tǒng)主要進行無人直升機、中繼無人直升機及載荷工作狀態(tài)的遠程監(jiān)控、控制命令的發(fā)送、傳感器獲取數(shù)據(jù)的預(yù)處理[13]。

該子系統(tǒng)包括移動測控站(測控方艙)和運輸保障系統(tǒng)(儲運方艙)兩大部分。

a) 移動測控站主要功能包括：通過上行遙控數(shù)據(jù)對無人直升機進行實時干預(yù)；通過下行遙測數(shù)據(jù)對無人直升機系統(tǒng)進行監(jiān)測，實時顯示各種飛行狀態(tài)信息，自動保存飛行數(shù)據(jù)；實時規(guī)劃航線(點)和在線上傳更改；操控界面可在參數(shù)顯示、數(shù)據(jù)回放、地圖編輯等工作模式間靈活切換；對機載穩(wěn)定平臺、傳感器的狀態(tài)和巡檢任務(wù)執(zhí)行情況進行實時監(jiān)控，可在任意時刻人工介入自控流程，對穩(wěn)定平臺和傳感器進行人工操作；對通信鏈路質(zhì)量進行實時監(jiān)控，為巡檢任務(wù)安全開展提供依據(jù)；實時監(jiān)控?zé)o人直升機三維航跡，確認無人直升機與線行環(huán)境位置關(guān)系。

b) 運輸保障系統(tǒng)除提供大型無人直升機在運輸和短時間存儲中必要的固定和環(huán)境隔離外，還同步提供對吊艙穩(wěn)定平臺可靠固定和緩沖、多種飛行所需油料的安全儲運、現(xiàn)場工器具等的可靠收納，極大方便了大型無人直升機巡檢系統(tǒng)的管理，防止長距離野外運輸對大型無人直升機系統(tǒng)造成損壞。

3.5數(shù)據(jù)處理及智能診斷專家系統(tǒng)

該子系統(tǒng)包括巡檢數(shù)據(jù)幾何處理系統(tǒng)、智能診斷專家系統(tǒng)以及線路走廊三維可視化系統(tǒng)等。

a) 數(shù)據(jù)幾何處理系統(tǒng)采用攝影測量、遙感數(shù)據(jù)處理方法和技術(shù)流程，自主研發(fā)激光、相機、紅外成像儀、紫外成像儀、POS等多種傳感器獲取的影像、點云、視頻、坐標(biāo)、姿態(tài)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的高精度幾何處理，為電力線路故障智能診斷系統(tǒng)提供診斷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

b) 智能診斷專家系統(tǒng)[14-16]可實現(xiàn)多時相無人直升機多傳感器獲取的高精度三維激光點云、高分辨率航空影像、紅外視頻及影像、紫外視頻及影像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理，提供人工排查與智能檢測算法輔助排查的電力設(shè)備診斷人機交互接口，全自動或輔助巡線人員完成電力線路缺陷與隱患的識別及判斷，實現(xiàn)線路設(shè)備異常點在多源數(shù)據(jù)下的表征識別提取等具體巡檢業(yè)務(wù)功能。該系統(tǒng)由Lidar數(shù)據(jù)診斷分系統(tǒng)、可見光數(shù)據(jù)診斷分系統(tǒng)、紅外數(shù)據(jù)診斷分系統(tǒng)和紫外數(shù)據(jù)診斷分系統(tǒng)組成。

c) 線路走廊三維可視化系統(tǒng)[17-18]利用獲取的光學(xué)影像和高密度激光點云，可快速重建電力線路走廊三維模型，并進行三維可視化瀏覽，反饋輸電線走廊的真實場景，如圖3所示。

可視化系統(tǒng)在線路走廊環(huán)境地形的可視化方面采用了基于多細節(jié)層次(levelsofdetail，LOD)顯示方法，在不同視點位置通過不同細節(jié)層次表達；使用OpenGL或者DirectX可視化技術(shù)，對不同場景和視點進行漫游，并能夠?qū)崟r更新和顯示；自動構(gòu)網(wǎng)生成并顯示數(shù)字高程模型(digitalelevationmodel，DEM)，并結(jié)合地形紋理貼圖生成附有紋理的DEM圖，從而實現(xiàn)線路走廊三維場景可視化以及海量數(shù)據(jù)快速瀏覽、漫游、顯示、測量等。

4南方電網(wǎng)500 kV線路巡檢應(yīng)用

在系統(tǒng)集成調(diào)試和精度測試基礎(chǔ)上，首次將大型無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)應(yīng)用于南方電網(wǎng)500kV輸電線路，開展實際線路巡檢，對輸電線路走廊環(huán)境、安全距離、異常發(fā)熱、異常放電與金具銹蝕等可見光缺陷進行診斷。

4.1巡檢概況

巡檢線路包括廣州500kV蓄增甲線和惠州500kV平禎甲乙線。500kV蓄增甲線全線橫跨廣州增城中部及南部，沿線均多為丘陵，山地與水田。本次巡檢飛行任務(wù)起點為139號桿塔，終點為154號桿塔，巡檢區(qū)段長6.1km，全區(qū)段為單回路架設(shè)，線路通道巡檢和精細巡檢飛行計劃航跡如圖4所示。

500kV平禎甲乙線沿惠陽區(qū)濱海臺地架設(shè)，80%桿塔處于山區(qū)地形。本次巡檢飛行任務(wù)起點為41號桿塔，終點為57號桿塔，巡檢區(qū)段長6.48km，通道巡檢與精細巡檢飛行計劃如圖5所示。

4.2巡檢結(jié)果

4.2.1500kV蓄增甲線

通過通道掃描巡視飛行，對蓄增甲線巡檢區(qū)段內(nèi)線路下相導(dǎo)線對地、建筑物、樹木及重要交叉跨越距離進行測量，共發(fā)現(xiàn)6處導(dǎo)線對地物距離小于10m的情況(如圖6所示)，其中5處為線下樹木，1處為交叉跨越線路，根據(jù)DL/T741—2010《架空輸電線路運行規(guī)程》，500kV線路對樹障距離應(yīng)不小于7m，對下方被跨越的110kV線路導(dǎo)線距離不應(yīng)小于6m，本次巡檢發(fā)現(xiàn)的6處距離較小的情況尚不構(gòu)成缺陷，但考慮到樹木生長以及夏季高峰負荷下導(dǎo)線弧垂變化，這些安全距離較小區(qū)域需要運維部門持續(xù)關(guān)注，必要時進行處理。

通過精細巡檢飛行，對巡檢區(qū)段內(nèi)線路及桿塔設(shè)備進行紫外放電檢查、紅外發(fā)熱檢查以及可見光缺陷檢查。未在線路設(shè)備上觀察到明顯放電、發(fā)熱現(xiàn)象和疑似缺陷情況。

4.2.2500kV平禎甲乙線

通過通道掃描巡視飛行，對巡檢區(qū)段內(nèi)線路下相導(dǎo)線對地、建筑物、樹木及重要交叉跨越的距離進行測量。測量結(jié)果顯示，在500kV平禎甲乙線未發(fā)現(xiàn)安全距離不足缺陷。

通過精細巡檢飛行，巡檢區(qū)段內(nèi)共發(fā)現(xiàn)4處輕微絕緣子放電現(xiàn)象(見表2)，3項輕微發(fā)熱疑似缺陷(見表3)，5處可見光缺陷和異常(見表4和如圖7所示)。4處紫外放電光斑視頻具有一定重復(fù)性，且光斑隨桿塔位置變動而變化，推斷相關(guān)位置存在放電現(xiàn)象。另外，第4項缺陷通過與紅外熱像對比分析，推測缺陷系絕緣子污穢放電所致，建議人工復(fù)查確認。放電現(xiàn)象發(fā)生部位均在絕緣子串高壓端附近，巡檢前線路所在區(qū)域有輕微降雨現(xiàn)象，可能在絕緣子高壓端誘發(fā)放電現(xiàn)象。

表2平禎甲乙線路紫外放電檢查情況

注：缺陷等級均為其他缺陷。

表3平禎甲乙線路43號桿塔發(fā)熱檢查情況

注：缺陷等級均為其他缺陷；小號側(cè)指線路桿塔號減小的一側(cè)，大號側(cè)是桿塔號增加的一側(cè)，如桿塔號為11、12、13的連續(xù)三基桿塔，站在12號耐張桿塔，11號塔側(cè)的一串絕緣子為小號側(cè)絕緣子，13號則為大號側(cè)。

無人直升機巡檢診斷結(jié)果經(jīng)由供電局人工復(fù)查以及與歷史缺陷數(shù)據(jù)對比，基本得到了驗證。無人直升機在空中巡檢的部分缺陷是人工地面巡檢不能很好觀察判定的，顯示了無人直升機巡檢的優(yōu)越性。

5結(jié)束語

針對高壓輸電線路日常安全維護和應(yīng)急處置等業(yè)務(wù)需求，研制了大型無人直升機電力線路多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)，包括大型無人直升機飛行平臺、多傳感器任務(wù)系統(tǒng)、超視距通信鏈路系統(tǒng)、測控運輸保障系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理和智能診斷專家系統(tǒng)等5個分系統(tǒng)，集成了光學(xué)、紅外、紫外、激光掃描、位姿測量等5種傳感器，在南方電網(wǎng)首次開展了500kV輸電線路巡檢應(yīng)用，驗證了巡檢系統(tǒng)功能性能，取得良好效果。

大型無人直升機多傳感器全自動巡檢系統(tǒng)有效解決了無人直升機復(fù)雜地形條件下長距離線路超低空超視距安全自動飛行、巡檢目標(biāo)自動跟蹤和精細檢測、多源數(shù)據(jù)自動采集、海量巡檢數(shù)據(jù)高效處理和智能診斷等關(guān)鍵技術(shù)難題，實現(xiàn)了對線路運行狀態(tài)多維度望聞問切和多光譜診斷，實現(xiàn)了巡檢過程自動化和可視化，克服了人工巡檢盲區(qū)、局限性以及工作效率低、勞動強度大等問題，將極大促進中國電網(wǎng)無人直升機電力巡檢技術(shù)發(fā)展。

參考文獻：

[1] 張文峰，彭向陽，鐘清，等. 基于遙感的電力線路安全巡檢技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J]. 廣東電力，2014，27 (2): 1-6.

ZHANGWenfeng，PENGXiangyang，ZHONGQing，etal.BasedonRemoteSensingTechnologyPowerLineSafetyInspection:StatusandProspects[J].GuangdongElectricPower，2014，27 (2): 1-6.

[2] 彭向陽，劉正軍，麥曉明，等. 無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 遙感信息，2015 (1)：51-57.

PENGXiangyang,LIUZhengjun,MAIXiaoming,etal.ATransmissionLineInspectionSystemBasedonRemoteSensing:theSystemandItsKeyTechnologies[J].RemoteSensingInformation, 2015 (1)：51-57.

[3] 林韓，林朝輝，湯明文，等. 電力輸電線路無人直升機巡視的應(yīng)用[J]. 華東電力，2011(10)：1657-1660.

LINHan，LINChaohui，TANGMingwen，etal.ApplicationofUnmannedHelicopterPatroltoPowerTransmissionLine[J].EastChinaElectricPower，2011(10)：1657-1660.

[4] 王柯，麥曉明，許志海，等. 無人機在湛江電網(wǎng)臺風(fēng)應(yīng)急巡檢中的應(yīng)用[J]. 廣東電力，2015，28(9)：107-112，118.

WANGKe，MAIXiaoming，XUZhihai，etal.TheApplicationofUAVsinTransmissionLineEmergencyInspectionsaftertheTyphoonKalmaegiinZhanjiangPowerGrid[J].GuangdongElectricPower，2015，28(9)：107-112，118.

[5] 厲秉強，王騫，王濱海，等. 利用無人直升機巡檢輸電線路[J]. 山東電力技術(shù)，2010(1)：1-4.

LIBingqiang，WANGQian，WANGBinhai，etal.ApplyingUnmannedAutonomousHelicoptertoTransmissionLineInspection[J].ShangdongElectricPower，2010(1)：1-4.

[6] 李力. 無人機輸電線路巡線技術(shù)及其應(yīng)用研究[D]. 長沙：長沙理工大學(xué)，2012.

[7] 彭向陽，陳馳，饒章權(quán)，等. 基于無人機多傳感器數(shù)據(jù)采集的電力線路安全巡檢及智能診斷[J]. 高電壓技術(shù)，2015，42(1)：159-166.

PENGXiangyang,CHENChi,RAOZhangquan,etal.SafetyInspectionandIntelligentDiagnosisofTransmissionLineBasedonUnmannedHelicopterofSensorDataAcquisition[J].HighVoltageEngineering，2015，42(1)：159-166.

[8] 陳天恩，長井正彥，柴崎亮介，等. 帶有差分GPS的多傳感器無人直升機航測遙感系統(tǒng)[J]. 測繪科學(xué)，2012，37(1)：158-160，184.

CHENTianen,NAGAIMasahiko,SHIBASAKIRyosuke,etal.AnUnmannedHelicopterBasedMappingSystemwithDifferentialGPSandMulti-Sensor[J].ScienceofSurveyingandMapping，2012，37(1)：158-160，184.

[9] 徐華東. 無人機電力巡線智能避障方法研究[D]. 南京：南京航空航天大學(xué)，2014.

[10] 麥曉明，朱莊生，彭向陽，等. 多傳感器無人機電力線路巡檢POS系統(tǒng)[J]. 中國慣性技術(shù)學(xué)報，2015(1)：20-23，28.

MAIXiaoming,ZHUZhuangsheng,PENGXiangyang,etal.PositionandOrientationSystemforOverheadPower-lineInspectionUsingMulti-sensorIntegratedUnmannedAerialVehicles[J].JournalofChineseInertialTechnology，2015(1)：20-23，28.

[11] 陳馳，麥曉明，宋爽，等. 機載激光點云數(shù)據(jù)中電力線自動提取方法[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版)，2015(12)：1600-1605.

CHENChi,MAIXiaoming,SONGShuang,etal.AutomaticPowerLinesExtractionMethodfromAirborneLiDARPointCloud[J].GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversity，2015(12)：1600-1605.

[12] 麥曉明，王銳，陳海涵，等.輸電線路無人機巡檢數(shù)據(jù)鏈路通信系統(tǒng)設(shè)計[J]. 廣東電力，2014，27(4)：76-81.

MAIXiaoming，WANGRui，CHENHaihan，etal.DesignofUAVTransmissionLineInspectionDataLinkCommunicationsSystem[J].GuangdongElectricPower，2014，27(4)：76-81.

[13] 謝小偉，彭向陽，劉正軍，等. 無人直升機電力線路巡檢自動航跡布設(shè)及優(yōu)化[J]. 測繪科學(xué)，2015(8)：87-91.

XIEXiaowei，PENGXiangyang，LIUZhengjun，etal.UnmannedHelicopterRoutePlanningandOptimizationforPowerLineInspection[J].ScienceofSurveyingandMapping，2015(8)：87-91.

[14] 張文峰，彭向陽，陳銳民，等. 基于無人機紅外視頻的輸電線路發(fā)熱缺陷智能診斷技術(shù)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2014 (5)：1334-1338.

ZHANGWenfeng，PENGXiangyang，CHENRuimin，etal.IntelligentDiagnosticTechniquesofAbnormalHeatDefectinTransmissionLinesBasedonUnmannedHelicopterInfraredVideo[J].PowerSystemTechnology，2014 (5)：1334-1338.

[15] 彭向陽，鐘清，饒章權(quán)，等.基于無人機紫外檢測的輸電線路電暈放電缺陷智能診斷技術(shù)[J]. 高電壓技術(shù)，2014，40(8)：2292-2298.

PENGXiangyang，ZHONGQing，RAOZhangquan，etal.IntelligentDiagnosticTechniquesofTransmissionLinesCoronaDischargeDefectBasedonUltravioletDetectionfromUnmannedAerialVehicle[J].HighVoltageEngineering，2014，40(8)：2292-2298.

[16] 彭向陽，陳馳，徐曉剛，等. 基于無人機激光掃描的輸電通道安全距離診斷技術(shù)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2014(11)：3254-3259.

PENGXiangyang，CHENChi，XUXiaogang，etal.TransmissionLinesCorridorSafetyDistanceDiagnosisBasedonPointCloudandUnmannedAerialVehicleLoadedAirborneLaserScanning[J].PowerSystemTechnology，2014(11)：3254-3259.

[17] 麥曉明，陳馳，彭向陽，等. 輸電線路走廊三維可視化技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計[J]. 中國電力，2015(2)：98-103.

MAIXiaoming，CHENChi，PENGXiangyang，etal. 3DVisualizationTechniqueofTransmissionLineCorridors:SystemDesignandImplementation[J].ElectricPower，2015(2)：98-103.

[18] 陳馳，王珂，徐文學(xué)，等. 海量車載激光掃描點云數(shù)據(jù)的快速可視化方法[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版)，2015(9)：1163-1168.

CHENChi，WANGKe，XUWenxue，etal.Real-timeVisualizingofMassiveVehicle-borneLaserScanningPointClouds[J].GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversity，2015(9)：1163-1168.

彭向陽(1971)，男，湖北黃岡人。教授級高級工程師，工學(xué)碩士，主要從事輸電線路及高電壓技術(shù)研究。

錢金菊(1990)，女，安徽黃山人。助理工程師，工學(xué)碩士，主要研究方向為輸電線路故障診斷及智能巡檢技術(shù)。

王柯(1984)，男，四川西昌人。工程師，工學(xué)博士，主要研究方向為輸電線路故障診斷及智能巡檢技術(shù)。

(編輯王朋)

Multi-sensorFull-automaticInspectionSystemforLargeUnmannedHelicopterandItsApplicationin500kVLines

PENGXiangyang,QIANJinju,WANGKe,MAIXiaoming,YILin,RAOZhangquan

(ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Abstract：Expansionofscaleofpowergridtransmissionlinescausesincreaseofinspectionworkloadwhileartificialregularinspectionisunabletomeetdemandforsafeandhighefficientinspectionandmaintenanceformodernsmartgrid.Therefore,thispaperdiscusseseffectofunmannedhelicopterinspectionanditsrelevanttechnologiesininspectiononpowertransmissionlinesanddevelopsasetofmulti-sensorfull-automaticinspectionsystembasedonlargeunmannedhelicopterplatform.Itintroducesfunctionsandstructuresofthissystemandstatesdesignsanddevelopmentoffiveconstituentpartsoftheinspectionsystem.Thesystemisusedinthefirst-everinspectionexperimenton500kVlinesinCSGandtheresultindicatesthatthisinspectionsystemisabletoeffectivelydiscoverhiddendangersinlinesandhasobviousadvantagesandfeaturesininspection.Keywords：unmannedhelicopter;multi-sensorintegration;full-automaticinspection;relaycommunication;dataprocessing;intelligentdiagnosis;inspectionon500kVlines

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.04.002

收稿日期：2016-01-11

基金項目：中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司重點科技項目(K-GD2013-030)

中圖分類號：TM755

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1007-290X(2016)04-0008-08

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