淺析固定翼無人機(jī)在輸電線路巡視中的應(yīng)用

劉大偉

摘 要：隨著當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，整體社會的電力需求量日漸增大，高壓輸電線路數(shù)量也不斷增多，傳統(tǒng)的人工巡視方法已經(jīng)逐步被新型固定翼無人機(jī)巡視所取代。這主要是由于采用新型固定翼無人機(jī)巡視輸電線路，不但有助于提高巡視效率與質(zhì)量，同時還可促進(jìn)輸電線路管理與控制的安全性得以全面提升。本文簡要介紹了固定翼無人機(jī)巡視的功能定位，并就其在輸電線路巡視中的具體應(yīng)用展開了具體分析。

關(guān)鍵詞：固定翼無人機(jī)；輸電線路巡視；功能；應(yīng)用

中圖分類號：TM723 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

近些年來，受到我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展影響，使得電力工業(yè)所面臨的困難挑戰(zhàn)越來越大。為實現(xiàn)更加安全、穩(wěn)定的電力供應(yīng)，針對輸電線路所開展的日常維護(hù)工作其重要性愈發(fā)凸顯。通過人工進(jìn)行巡檢的方式，在面對日漸增大的工作量以及艱難的巡視環(huán)境時顯得越來越力不從心，尤其是在一些地質(zhì)險要山區(qū)當(dāng)中開展線路巡視困難重重，部分巡檢項目單純憑借常規(guī)方法幾乎是無法完成的。而隨著近年來無人機(jī)技術(shù)愈發(fā)趨向于成熟化，其正以高速的靈活、便利、高效性被廣泛應(yīng)用于輸電線路巡視工作中，據(jù)此，本文將就固定翼無人機(jī)在輸電線路巡視中的應(yīng)用展開探究。

一、固定翼無人機(jī)巡視功能定位

固定翼無人機(jī)本身便具有滯空時間長、飛行速度快且半徑大的優(yōu)勢特點，其主要可被應(yīng)用于以下幾方面的線路巡視工作中：

（1）基礎(chǔ)建設(shè)線路位置選取可取代人工實地勘察，有助于促進(jìn)線路選址效率的全面提升。

（2）在開展災(zāi)后應(yīng)急評估時，能夠給予搶險救災(zāi)工作提供詳實的現(xiàn)場信息，促使在做出決策部署安排時能夠更加符合于實際情況。

（3）輸電桿塔、線路機(jī)械發(fā)生故障問題，針對局部放電及熱缺陷等情況予以監(jiān)測。

（4）輸電線路走廊實施全面核查，可及時發(fā)現(xiàn)線路走廊當(dāng)中所存在的違規(guī)建筑與大型樹木。

確定了對于固定翼無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的功能定位后，能夠使之與有人直升機(jī)巡視達(dá)到功能互補，從而更好的實現(xiàn)對多種現(xiàn)場功能的充分滿足，這同時也體現(xiàn)了輸電領(lǐng)域的智能化發(fā)展。

二、固定翼無人機(jī)在輸電線路巡視中的具體應(yīng)用

（一）飛控系統(tǒng)

（1）應(yīng)用飛控系統(tǒng)可實現(xiàn)對飛行速度、高度及航線的設(shè)定，并且可控制無人機(jī)實現(xiàn)自動化起飛、盤旋，并依據(jù)航線來實現(xiàn)降落，在飛行階段還可對飛行任務(wù)隨時做出調(diào)整，并自主控制相機(jī)進(jìn)行拍攝并且對照片拍攝地點信息也可進(jìn)行記錄。飛控系統(tǒng)的構(gòu)成主要就包括了衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、飛行控制模塊、電源模塊、速度控制模塊、通信模塊、地面站軟件系統(tǒng)等，通過將這些系統(tǒng)組合并予以應(yīng)用來實現(xiàn)無人機(jī)自動駕駛。

（2）地面遙控系統(tǒng)主要是基于PC設(shè)備、監(jiān)控臺、引導(dǎo)設(shè)備、外部接口設(shè)備的支持之下，來實現(xiàn)針對無人機(jī)目標(biāo)的追蹤與遙控指令的執(zhí)行。遙控指令與數(shù)據(jù)產(chǎn)生在具體執(zhí)行控制前大都需提前制定，遙控計劃在無人機(jī)上經(jīng)由地面站上空，前往與之所對應(yīng)的監(jiān)控站，在無人機(jī)進(jìn)到地面站所覆蓋區(qū)域之時，便須向內(nèi)地向人員發(fā)出控制指令并予以執(zhí)行，使其能夠完成各項動作并實現(xiàn)對既定任務(wù)的達(dá)成，并最終達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。這一系統(tǒng)的構(gòu)成主要就包括了指令編碼器、載波調(diào)制器、監(jiān)控臺、發(fā)射天線、副載波調(diào)制器以及地面檢測接收設(shè)備等。

（3）具備有電子地圖功能的地面站軟件能夠?qū)崿F(xiàn)在無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的過程中，臨時改變?nèi)蝿?wù)目標(biāo)及航線，能夠及時做出半自助式遙控，同時實現(xiàn)對飛行數(shù)據(jù)與離線回放的精準(zhǔn)記錄。其中就包括了自動駕駛儀供電電壓監(jiān)測，電動飛機(jī)動力電壓監(jiān)測及電流監(jiān)測、衛(wèi)星定位精度監(jiān)測、自動駕駛溫度控制檢測等。需先進(jìn)行巡視地圖的制作，并將之加載到地面站軟件當(dāng)中，而后僅需在屏幕當(dāng)中拖拽一個矩形，將衛(wèi)星導(dǎo)航點輸入其中便可自主生成無人機(jī)飛行航線。地面站能夠?qū)o人機(jī)的飛行速度、姿態(tài)、高度、所在坐標(biāo)等信息予以詳細(xì)的顯示，以便于技術(shù)人員能夠及時掌握其飛行狀況。同時還可借助于地面站來對其實施具體操控，如自動返航、盤旋、一鍵開傘等。

（二）圖像收集與處理

無人機(jī)可搭載單相機(jī)，并可在低空條件下取得高分辨率影像、在陰天云下取得光學(xué)影像，能夠在高位環(huán)境下進(jìn)行飛行探測，可實現(xiàn)長距離飛行。對無人機(jī)增添空速管，有助于實現(xiàn)對飛行速度的精確控制，以促使無人機(jī)可在航行階段實現(xiàn)中等距離圖像攝影，以促使所拍攝圖像的重疊率超過40%。并且應(yīng)用飛控系統(tǒng)還能夠給予圖片新增POS信息，把所搜集到的圖片實施加工處理便可發(fā)現(xiàn)線路中所存在著的外破隱患。應(yīng)用計算機(jī)軟件系統(tǒng)來實施圖片拼接處理便可獲得完整的線路圖像，更易于管理。

三、技術(shù)應(yīng)用效益評估

首先，通過在輸電線路巡視中應(yīng)用固定翼無人機(jī)技術(shù)能夠大大降低安全事故的發(fā)生幾率，保障巡視安全。在傳統(tǒng)的人工線路巡視工作中，需要應(yīng)用到大量的巡線人員深入到各種復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境當(dāng)中去開展線路巡視及故障排查工作。在此過程當(dāng)中極易造成嚴(yán)重的意外事故發(fā)生。而應(yīng)用無人機(jī)巡視方法則可大幅度減少人工登桿的次數(shù)，降低意外事故的發(fā)生率。

其次，固定翼無人機(jī)被應(yīng)用于輸電線路巡視工作中，亦可實現(xiàn)對巡線效率的大幅度提升，節(jié)省時間成本。假定某線路出現(xiàn)跳閘重合閘不成功現(xiàn)象，該線路共有基桿塔120個，而排查范圍則需依據(jù)故障錄波位置，需在錄波前后各排查25基桿塔，共50基桿塔，線路檔距為350m，需巡視線路長度15kn，相應(yīng)的正常巡視路徑則基本為線路長度的4倍，即60km。依據(jù)當(dāng)前輸電運行及維護(hù)班組的人員配備，一般巡視人員大都不超過6人，分組排查每組不少于兩人，則至多可分成3組，而在山區(qū)等復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中人工巡視速度一般不超過5km/h，若采用無人機(jī)巡視其速度則可超過80km/h，飛行前準(zhǔn)備及飛行后圖像處理各需30min。

（1）人工巡視時間成本=路徑÷組數(shù)÷速度=60km÷3組÷5 km/h=4h。

（2）無人機(jī)巡視時間成本=巡視線路長度×往返÷速度+飛行前準(zhǔn)備+飛行后圖像處理=15 km×2次÷80 km/h+0.5h+0.5h≈1.4h

（3）節(jié)約的巡視時間成本=人工巡視時間成本-無人機(jī)巡視時間成本=4h-1.4h=2.6h。

結(jié)語

總而言之，伴隨著當(dāng)前科技的快速發(fā)展與進(jìn)步，無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)也越來越成熟，并且已經(jīng)被應(yīng)用到人類生活的多個領(lǐng)域當(dāng)中。應(yīng)用無人機(jī)在電力系統(tǒng)當(dāng)中開展高壓線路巡視，不但會大大降低傳統(tǒng)人工巡視所面臨的風(fēng)險，同時也可大幅度提升巡線效率，降低運維成本。鑒于此，應(yīng)用無人機(jī)開展輸電線路巡視工作，具有極高的經(jīng)濟(jì)性與安全性，相信其將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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