基于機(jī)器視覺(jué)的電力無(wú)人機(jī)清障技術(shù)研究

劉晉平

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司，山西 太原 030006）

我國(guó)的電力部門(mén)在進(jìn)行電力線路管理以及清障作業(yè)的過(guò)程中加強(qiáng)了對(duì)于高新技術(shù)的運(yùn)用，促進(jìn)了相關(guān)作業(yè)的效率以及質(zhì)量的提升。目前，無(wú)人機(jī)憑借著其自身的有點(diǎn)而獲得了電力部門(mén)的青睞，并將其廣泛的運(yùn)用在電力線路的處理作業(yè)過(guò)程中。

一、無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)介及其分類

當(dāng)代科技領(lǐng)域?qū)τ跓o(wú)人機(jī)的定義為無(wú)人駕駛，能進(jìn)行多次使用，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮也能自行控制。無(wú)人機(jī)的升力主要靠空氣動(dòng)力。動(dòng)力主要依靠電池等電能設(shè)備。飛行時(shí)可攜帶有效的載荷。無(wú)人機(jī)按功能可分為軍用和民用兩大類。軍用無(wú)人機(jī)包括通信中繼無(wú)人機(jī)、偵察機(jī)、電子對(duì)抗無(wú)人機(jī)等。民用無(wú)人機(jī)包括巡查和監(jiān)視無(wú)人機(jī)、航拍無(wú)人機(jī)、氣象無(wú)人機(jī)等[1]。按體型分類可以分為大型、中型、小型、微小型幾種。按活動(dòng)半徑分類可以分為遠(yuǎn)程、中程、短程等幾大類。還可按飛行速度和實(shí)用升限等對(duì)其進(jìn)行分類。本文中提及的無(wú)人機(jī)主要是中小型能夠應(yīng)用于變電站電力線路巡視的無(wú)人機(jī)。這種無(wú)人機(jī)一般采用四軸飛行器，配置相應(yīng)參數(shù)的電機(jī)、纖維機(jī)架、槳葉和鋰電池。

二、無(wú)人機(jī)技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)注意的問(wèn)題

電力線路中采用無(wú)人飛行器巡檢時(shí)，主要具有以下兩項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：一是不受地理環(huán)境和自然環(huán)境等外界因素的制約。由于很多電力線路都在室外，一旦遇上雨雪等自然天氣時(shí)，人工將無(wú)法完成一些巡視工作，而無(wú)人飛行機(jī)就可以避免這些不利的因素，減少因巡檢而造成的意外和傷害；二是無(wú)人飛行器系統(tǒng)中具有的光學(xué)吊艙任務(wù)可以及早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的線路網(wǎng)系統(tǒng)中存在的各種隱患，因此無(wú)人機(jī)技術(shù)非常受電力系統(tǒng)的歡迎。

使用無(wú)人機(jī)設(shè)備應(yīng)當(dāng)注意以下兩點(diǎn)事項(xiàng)：一是不能全面識(shí)別各種線路問(wèn)題。當(dāng)前，由于受技術(shù)因素等多方面的限制，在使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路巡視時(shí)，無(wú)人機(jī)只能對(duì)線路中出現(xiàn)的一些普遍問(wèn)題進(jìn)行快速識(shí)別，還無(wú)法做到對(duì)整個(gè)電力線路出現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行全面的識(shí)別；二是使用無(wú)人機(jī)拍攝圖片時(shí)，需要花費(fèi)很高的成本和時(shí)間。目前，無(wú)人機(jī)設(shè)備能夠達(dá)到的效果是，必須與線路保持40米以內(nèi)的距離才能夠拍攝出比較清晰的錄像，一旦距離很近的話，就需要配置比較高的設(shè)備才能達(dá)到相應(yīng)的效果，這無(wú)疑增加了電力線路巡視的成本和時(shí)間。

三、線路缺陷、隱患的障礙探測(cè)技術(shù)

（一）通過(guò)視覺(jué)探測(cè)，無(wú)人機(jī)的高清相機(jī)和攝像機(jī)可以將巡線中的圖片、視頻加以拍攝和傳輸、存儲(chǔ)，由于地面數(shù)據(jù)中心的智能專家系統(tǒng)或者基站工作人員在圖像或者視頻中對(duì)外觀的故障、隱患等加以判斷、識(shí)別。視覺(jué)探測(cè)功能能夠?qū)⒕€路中的異物斷股、懸掛、桿塔變形等故障加以非常精準(zhǔn)的拍攝和識(shí)別。

（二）使用紅外熱成像儀和紫外探測(cè)技術(shù)，可以對(duì)線路、街頭、線夾、絕緣子等出現(xiàn)故障的發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行巡查。在無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中，如過(guò)發(fā)現(xiàn)了熱點(diǎn)溫度馬上就能進(jìn)行設(shè)備的熱點(diǎn)識(shí)別。同時(shí)紫外成像儀能夠接收到設(shè)備中放電過(guò)程中出現(xiàn)的紫外光訊號(hào)，并且將電暈的位置清晰地顯示在圖像中，讓專家和設(shè)計(jì)人員可以直觀地看到絕緣子放電、污染、導(dǎo)線外衫等造成放電現(xiàn)象的故障，并且根據(jù)線路故障的判定方案，進(jìn)行放電位置和強(qiáng)度的定量分析以及清障。

（三）利用激光雷達(dá)的單色性和相干性，可以對(duì)于故障的角度、距離、長(zhǎng)度等進(jìn)行精確地測(cè)量和計(jì)量，在激光對(duì)連續(xù)波相位進(jìn)行測(cè)距時(shí)，可以對(duì)脈沖的發(fā)射和接收時(shí)間間距測(cè)定，將目標(biāo)距離通過(guò)掃描線路走廊加以獲取，得到大量的精度極高的激光運(yùn)輸數(shù)據(jù)，配合高分辨率的航空數(shù)碼影像建立線路走廊地形的三維建模。然后根據(jù)激光雷達(dá)點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)等計(jì)算出輸電線路中的樹(shù)木、建筑物等的距離數(shù)值，定位樹(shù)木障礙，進(jìn)行清障任務(wù)。

（四）協(xié)助運(yùn)維人員治理設(shè)備本體及通道環(huán)境缺陷。通過(guò)使用無(wú)人機(jī)協(xié)助運(yùn)維人員巡視，可實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)維由“線”到“面”的全面覆蓋。以導(dǎo)地線巡視為例，受地形條件限制，巡視人員在地面無(wú)法確定導(dǎo)線斷股的確切損傷程度時(shí)，公司安排無(wú)人機(jī)搭載攝像頭進(jìn)行檢查，確定導(dǎo)線斷裂股數(shù)，為檢修人員飛車出線的安全系數(shù)以及導(dǎo)線修補(bǔ)方式提供科學(xué)依據(jù)；同時(shí)大擋距、跨越深溝等地段，用無(wú)人機(jī)開(kāi)展通道巡視，解決了登桿查看樹(shù)障視覺(jué)差問(wèn)題，即使人員無(wú)法到達(dá)擋距下方，導(dǎo)線下方樹(shù)障仍能準(zhǔn)確把握。通道狀況一目了然，彌補(bǔ)人工巡視的不足。

四、無(wú)人機(jī)的發(fā)展前景

無(wú)人機(jī)的發(fā)展前景可以概括為以下幾點(diǎn)：

第一，在高壓輸電線路中，可快速、準(zhǔn)確地查找故障點(diǎn)，并對(duì)存在的可疑故障點(diǎn)進(jìn)行高效、合理的巡檢，是高壓輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行的保障。第二，在輸電線路具體的某個(gè)路段或局部設(shè)備中，可以快速對(duì)故障進(jìn)行巡檢，成本低、效率高，具有較好的安全性和技術(shù)性。第三，可以智能化定點(diǎn)懸停在輸電線路金具和絕緣子的上方進(jìn)行局部檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單，從而減少人工巡檢的任務(wù)量和時(shí)間，尤其是在環(huán)境條件惡劣的輸電線路中，無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。第四，無(wú)人機(jī)所具有的陀螺穩(wěn)定可見(jiàn)監(jiān)視器和紅外線成像儀設(shè)備不僅能夠?qū)旊娋€路起到錄像和檢測(cè)的作用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢，還能夠有效解決地形巡視困難等問(wèn)題，進(jìn)一步降低人工巡檢的潛在危險(xiǎn)性，提高輸電線路的運(yùn)行質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)：

目前無(wú)人機(jī)巡視中對(duì)于清障任務(wù)的執(zhí)行，很好地補(bǔ)充了傳統(tǒng)人工巡視和清障方式，解決了傳統(tǒng)巡視工作中無(wú)法解決的難點(diǎn)。隨著無(wú)人機(jī)巡視中清障技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用，無(wú)人機(jī)還將在線路缺陷自主識(shí)別、增強(qiáng)精準(zhǔn)度等方面，清障智能化、夜視儀導(dǎo)向探測(cè)等方面更加深入的發(fā)展，極大解決勞動(dòng)生產(chǎn)力，為電網(wǎng)檢修開(kāi)辟?gòu)V闊的發(fā)展空間。