輸電線路采用多旋翼無人機精細化巡檢方法探討

馮凱

國網(wǎng)保定供電公司，河北 保定 071000

近年來，隨著無人機技術的發(fā)展，國內(nèi)外對于無人機在電力巡檢的應用研究，趨于成熟。目前主要采用固定翼無人機進行線路勘查以及通道巡視，采用多旋翼無人機對線路桿塔進行精細化巡檢。大型無人機還可以攜帶線軸進行電力放線、起吊塔材等工作[1]。

目前主流的多旋翼無人機精細化巡檢，仍需要人工參與，即有工作人員操作無人機飛到輸電桿塔的適當位置，對線路部件進行拍照或攝像，待無人機返回后，將照片或者視頻資料取出，對其中的缺陷進行人工判定。這樣的巡檢方法存在幾個問題：

一是照片或者視頻資料大多是巡檢結束后，從無人機上攜帶的存儲卡中取出進行人工缺陷判定的。如果飛行過程中有拍攝死角，會產(chǎn)生巡檢的盲點。二是照片本身無法進行位置命名，在后期判定中，為了得到缺陷的具體位置，對于桿塔精細化巡檢的路徑需要有統(tǒng)一的要求。三是實際巡檢過程中，涉及視距外飛行，有一定的操作難度。

本文優(yōu)化了幾種不同塔型的巡檢路徑，并對精細化巡檢方法進行探討，解決存在的巡檢問題。

1 精細化巡檢的巡檢方法

對于一般單回路直線塔與單回路耐張塔，按照一定的順序，對桿塔金具進行逐級的巡檢。首先在桿塔一側起飛，拍攝基礎和桿號牌，用于分析照片時候可以區(qū)分桿塔號。升起無人機到橫擔部位，拍攝金具和連接部位，同一部位一般拍攝兩張角度略有區(qū)別的照片，避免相機抖動導致照片模糊及由于螺栓、銷釘穿向不一致導致的拍攝死角[2]。飛到桿塔頂端，拍攝通道和地線線夾金具等。從桿塔頂端跨越導地線，可以避免導地線對地或交叉跨越物距離不足導致放電事故，也能保證無人機出現(xiàn)故障后一鍵返航不會碰觸導地線從而造成事故。然后從另一側橫擔處拍攝金具和連接部位。所有金具部位都拍攝完畢后，降落到地面或飛向下一桿塔，一基桿塔拍攝結束。

1.1 對同塔并架雙回路直線塔，采用倒U型巡檢方法

（1）在合適位置無人機起飛，先飛到面向大號側方向的左側對桿塔的塔號牌和基礎各拍照2張。

（2）緩慢上升到桿塔左側下相絕緣子導線掛點處，水平距離桿塔5米左右，對導線掛點處金具拍照2張。垂直移動無人機，到下相絕緣子橫擔掛點處，對橫擔掛點處金具拍照2張。垂直移動無人機，逐次拍攝中相及上相。

（3）垂直上升高度，到左架空地線掛點處，對掛點處金具拍照2張。從桿塔上空飛躍至另一側，下降至右架空地線位置，調整相機角度及變焦倍數(shù)對地線支架，地線掛點金具進行拍照2張。

（4）逐漸下降高度到桿塔右側上相絕緣子橫擔掛點處，水平距離桿塔5米左右，對橫擔掛點處金具拍照2張。垂直下降無人機，到上相絕緣子導線掛點處，對導線掛點處金具拍照2張。垂直下降無人機，逐次拍攝中相及下相。最后對右側桿塔的桿號牌和基礎進行拍照。完成同塔并架雙回路直線塔的拍攝[3]。

采用該巡視路徑進行桿塔巡視，無人機只需短暫停留，即可快速拍攝照片。從起飛到降落，路徑平滑，形似倒U型，故稱為倒U型巡檢方法。

1.2 對同塔并架雙回路耐張塔，采用雙S型巡檢方法

（1）在合適位置無人機起飛，先飛到面向大號側方向的左側對桿塔的塔號牌和基礎各拍照2張。

（2）緩慢上升到桿塔左側下相小號側絕緣子導線掛點處，水平距離桿塔5米左右，對導線線夾處拍照2張。水平移動無人機，到下相小號側絕緣子橫擔掛點處，對橫擔掛點處金具拍照2張。小幅度移動無人機，到下相大號側絕緣子橫擔掛點處，對橫擔掛點處金具拍照2張。繼續(xù)移動無人機，到下相大號側絕緣子導線掛點處，對導線掛點處金具拍照2張。

（3）垂直上升高度，到中相大號側絕緣子導線掛點處，對導線掛點處金具拍照2張。水平移動無人機，到中相大號側絕緣子橫擔掛點處，對橫擔掛點處金具拍照2張。小幅度移動無人機，到中相小號側絕緣子橫擔掛點處，對橫擔掛點處金具拍照2張。繼續(xù)移動無人機，到中相小號側絕緣子導線掛點處，對導線掛點處金具拍照2張。

（4）繼續(xù)垂直上升高度至上相小號側絕緣子導線掛點處，對導線掛點處金具拍照2張。水平移動無人機，到上相小號側絕緣子橫擔掛點處，對橫擔掛點處金具拍照2張。小幅度移動無人機，到上相大號側絕緣子橫擔掛點處，對橫擔掛點處金具拍照2張。繼續(xù)移動無人機，到上相大號側絕緣子導線掛點處，對導線掛點處金具拍照2張。

（5）繼續(xù)上升高度至左架空地線掛點處，對掛點處金具拍照2張。

（6）從桿塔上空飛躍至另一側，下降至右架空地線位置，調整相機角度及變焦倍數(shù)對地線支架，地線掛點金具進行拍照2張。

（7）逐漸下降高度，依次對桿塔右側的上相、中相、下相進行拍照。最后對右側桿塔的桿號牌和基礎進行拍照。完成同塔并架雙回路耐張塔的拍攝。

該巡視路徑的原則是不走重復路線，最大限度的利用無人機的續(xù)航能力，通過尋找一條連續(xù)的曲線，完成雙回路耐張塔的精細化巡檢。因同塔并架雙回路耐張塔拍攝路徑形似正反兩個S，故稱之為雙S型巡檢方式。在每一處掛點處拍照時，一般拍攝的2張照片前后有小距離的位移，防止有遮擋現(xiàn)象導致拍攝出現(xiàn)死角[4]。

所有無人機拍攝都必須按照既定的路線進行飛行，這是為了保證后期照片處理時發(fā)現(xiàn)缺陷后能夠準確判定缺陷的位置，避免出現(xiàn)照片可以發(fā)現(xiàn)缺陷卻記不清缺陷位置的狀況。

2 視距外飛行的巡檢方法

應用無人機進行輸電線路巡檢時，如果電力桿塔在山頂或者河流對岸，有樹木等障礙物遮擋的情況下，需要應用視距外飛行的巡檢方法，即只通過操作人員手中的視頻接收系統(tǒng)來判斷無人機的飛行軌跡以及桿塔各部位的位置，進行拍攝巡檢。

目前的多旋翼無人機多使用的是三軸云臺，照相機在上下、左右、前后三個維度可以自由組合旋轉，在視距內(nèi)飛行的時候，可以肉眼看到無人機的照相機的姿態(tài)，一般采用無人機對頭飛行，即無人機的機頭一直對著操作者前方，通過控制照相機的拍攝方向來獲得需要的照片。對于視距外飛行，我們通過飛行經(jīng)驗得出一種視距外飛行的可行方法——即照相機的左右方向不動，前方一直對應無人機的機頭方向，通過操作無人機的機頭方向使照相機的鏡頭對準所需要拍攝的部位。這樣操作可以保證從視頻顯示器中看到的景象即照相機鏡頭中的鏡像，同時也始終是無人機機頭對應的方向。

這是由于對于無人機的操作人員來說，一般無人機對頭飛行的操作比較熟悉也比較符合人體的習慣。視距外飛行始終保持照相機鏡頭與無人機機頭方向一致，給人一種身臨其境的感覺。另外視距外飛行需要始終清楚無人機的飛行方向，避免無人機飛行時誤撞樹木或者低壓線路導致事故。

視距外飛行適合于無人機在惡劣天氣情況下的故障巡視，高山大嶺、湍急河流等惡劣地形下的巡視等，以及對于視距內(nèi)飛行無法滿足的情況下，可慎重考慮視距外飛行。

3 巡檢圖片的后期處理

無人機巡檢以后的照片需要經(jīng)過人工判定確認缺陷。由于實際現(xiàn)場的氣象條件或者光學條件的不同（順光或者逆光拍攝），會導致原始的無人機巡檢照片可能無法辨別清晰的銷釘、螺栓等細微部件的缺陷，這個時候需要對巡檢照片進行必要的后期處理。

3.1 照片放大裁剪

照片放大是基本的處理方式之一。將照片在電腦上進行放大以后，可以發(fā)現(xiàn)大部分的細微缺陷，進行放大裁剪以后的缺陷照片能夠為檢修工作提供第一手的詳細資料。對于銷釘類缺陷，只有放大裁剪以后的照片才能夠清楚地看到缺陷的位置和具體的缺陷性質。

3.2 曝光

若是實際工作現(xiàn)場天氣晴朗，光線充足，并且無人機拍攝時選擇順光的角度，則拍攝的照片基本不需要處理。但是在秋冬天氣或者陰雨、霧霾天氣情況下，拍攝的照片顏色灰暗，銷釘?shù)炔考y以辨認，可以在電腦上用圖像處理軟件進行曝光處理，這樣可以得到較為清晰的照片。

3.3 輔助分析

同一處設備部件，在不同角度的照片中顯示的位置不同，可以根據(jù)不同位置的照片進行輔助分析。例如，對于單回路直線塔來說，拍攝左相絕緣子導線懸垂線夾連接處的螺栓，由于螺栓穿向的問題，從外側拍攝可能無法得到螺栓螺母及銷釘?shù)恼掌?，可以在拍攝右相絕緣子導線懸垂線夾時，從背景影像中發(fā)現(xiàn)左側絕緣子導線處螺栓螺母以及銷釘是否丟失。從不同的照片中進行綜合分析，避免產(chǎn)生拍攝死角。

4 結語

通過多旋翼無人機對電力線路進行巡檢，無須登塔即可得到所需的缺陷照片，用于復雜地形及災后特巡，能夠到達作業(yè)人員難以到達的區(qū)域。隨著技術的逐步成熟和管理經(jīng)驗的積累，多旋翼無人機必將發(fā)揮更大的作用。