輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及相關(guān)問(wèn)題探討

張 達(dá)

國(guó)網(wǎng)張家界供電公司 湖南 張家界 427000

輸電線路檢測(cè)可以為輸電線路的安全可靠運(yùn)行提供有力保障。然而，隨著電網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展，各種輸電線路的分布越來(lái)越廣泛，輸電線路巡檢的工作量也越來(lái)越大。然而，由于我國(guó)幅員遼闊，輸電線路所處地形復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的輸電線路檢測(cè)技術(shù)由于各自的缺陷無(wú)法有效地滿足檢測(cè)要求。檢測(cè)技術(shù)的不足推動(dòng)了無(wú)人機(jī)輸電線路檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。

一、電力線路巡檢方式和手段

目前，輸電線路檢測(cè)的手段可分為人工線路檢測(cè)、機(jī)器人線路檢測(cè)、載人直升機(jī)線路檢測(cè)和無(wú)人機(jī)線路檢測(cè)。人工巡邏模式存在時(shí)間長(zhǎng)、成本高、操作困難、操作風(fēng)險(xiǎn)大、工作強(qiáng)度高、效率低等問(wèn)題。因此，巡檢模式越來(lái)越不能滿足線路巡檢的需要。機(jī)器人巡線模式是高壓架空輸電線路的一種自動(dòng)巡線模式。該巡邏模式雖然精度較高，但也存在著距離短、速度慢、穿越障礙物困難等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用范圍。有人直升機(jī)線路巡檢模式可以通過(guò)配備成像設(shè)備的直升機(jī)對(duì)傳輸線進(jìn)行拍照。具有高效的輸電線路巡檢功能。然而，它需要大量的人力資源和復(fù)雜的管理和技術(shù)儲(chǔ)備。因此，載人直升機(jī)直接啟動(dòng)巡邏模式尚未得到廣泛應(yīng)用。無(wú)人機(jī)以其機(jī)身小、成本低、負(fù)載輕、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，越來(lái)越受到電力企業(yè)的重視，在輸電線路巡檢領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

無(wú)人機(jī)是由機(jī)身上的無(wú)線遙控設(shè)備和程控裝置操作的一種無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。由于無(wú)人機(jī)可以攜帶圖像采集設(shè)備和信息傳輸設(shè)備，采集到的巡邏信息可以傳輸?shù)降孛婀ぷ髡尽Ｅc載人飛機(jī)相比，無(wú)人機(jī)更有可能執(zhí)行對(duì)人類來(lái)說(shuō)太單調(diào)、太臟或太危險(xiǎn)的任務(wù)。為了減少操作人員的工作量和危險(xiǎn)性，無(wú)人機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。電力系統(tǒng)中常用的無(wú)人機(jī)主要包括無(wú)人直升機(jī)、固定翼無(wú)人機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)和無(wú)人飛艇。

二、無(wú)人機(jī)巡檢情況介紹

1.無(wú)人機(jī)檢測(cè)的工作原理。它通常由四個(gè)子系統(tǒng)組成：無(wú)人機(jī)、通信設(shè)備、機(jī)載設(shè)備和地面站。對(duì)于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，將攝像機(jī)或攝像機(jī)安裝在機(jī)體上，接收地面站的遙控信息指令，對(duì)電網(wǎng)輸電線路的關(guān)鍵部位進(jìn)行拍照和采樣，或?qū)φ麄€(gè)輸電線路進(jìn)行拍照。對(duì)于無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備來(lái)說(shuō)，它是無(wú)人機(jī)獲取傳輸線圖像信息的媒介。對(duì)于通信設(shè)備來(lái)說(shuō)，它是無(wú)人機(jī)和地面站之間的橋梁。它接收無(wú)人機(jī)的圖像信息并傳送給地面站。它還接收地面站的檢查指令并將其發(fā)送給無(wú)人機(jī)。對(duì)于地面站來(lái)說(shuō)，其主要功能是協(xié)調(diào)無(wú)人機(jī)的遙測(cè)和遙控通信，并在無(wú)人機(jī)檢查過(guò)程中定位采集到的視景信息的位置。無(wú)人駕駛飛行器的動(dòng)力傳輸線檢測(cè)一般是將小型攝像機(jī)、攝像機(jī)或紅外測(cè)溫儀固定在無(wú)人駕駛飛行器的機(jī)身上，通過(guò)接收地面站的遠(yuǎn)程信息指令，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)關(guān)鍵部位的傳輸，線路圖片采集或在輸電線路上進(jìn)行全面采集，同時(shí)將采集到的圖像信息傳輸?shù)降孛娼K端工作站，由通信設(shè)備和人員進(jìn)行基于專家知識(shí)的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)圖像分析，并將采集到的圖像信息傳輸?shù)降孛娼K端工作站，并計(jì)劃進(jìn)一步的故障排除維修策略。

2.無(wú)人機(jī)檢查工作流程。為了保證無(wú)人機(jī)巡線的效率、安全和正常運(yùn)行，需要在前期豐富的理論研究基礎(chǔ)上，結(jié)合輸電線路的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果，合理制定標(biāo)準(zhǔn)化的無(wú)人機(jī)巡線流程。一是制定檢查計(jì)劃并審批。在學(xué)習(xí)線路檢查方式方法的基礎(chǔ)上，充分了解線路檢查任務(wù)，制定線路檢查計(jì)劃，報(bào)主管部門(mén)批準(zhǔn)。二是線路檢查的前期準(zhǔn)備。獲取輸電線路現(xiàn)場(chǎng)巡視的地形地貌條件、氣象條件和周邊線路情況，掌握線路走向、運(yùn)行參數(shù)、桿塔精密GPS信息、穿越條件收集以前的缺陷記錄，整理數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行查找。三是現(xiàn)場(chǎng)巡線作業(yè)。這一部分主要包括無(wú)人機(jī)起飛前的準(zhǔn)備和飛行檢查操作兩個(gè)階段。無(wú)人機(jī)起飛前的準(zhǔn)備工作。根據(jù)得到的桿塔和地標(biāo)的精確GPS信息，確定無(wú)人機(jī)的具體檢查路線。檢查無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，確認(rèn)無(wú)人機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好。采用自主檢測(cè)模式時(shí)，應(yīng)在檢測(cè)路徑上進(jìn)行航跡規(guī)劃。飛行檢查操作。它使無(wú)人機(jī)按照預(yù)定的檢查計(jì)劃以穩(wěn)定的控制方式飛行。當(dāng)遇到特殊飛行條件時(shí)，地面操作人員可根據(jù)需要及時(shí)更改飛行計(jì)劃。通過(guò)調(diào)整搖架頭部的角度，無(wú)人機(jī)可以拍攝照片或視頻，獲取檢測(cè)線的工作狀態(tài)。四是檢查結(jié)果匯總，記錄無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果。五是故障處理與預(yù)測(cè)。根據(jù)專家知識(shí)，合理選擇故障處理方法，根據(jù)線路狀態(tài)預(yù)測(cè)潛在的故障隱患。

三、無(wú)人機(jī)巡線作業(yè)中的故障診斷與預(yù)測(cè)

1.構(gòu)建檢測(cè)模型。無(wú)人機(jī)線路檢測(cè)以傳輸線圖像為手段，但僅有少數(shù)圖像含有故障信息。在傳統(tǒng)模式下，人眼用于從圖像中檢測(cè)可能的故障信息類型。該方法易引起操作者眼睛疲勞，檢測(cè)效率低，不能處理復(fù)雜的故障類型。為了快速有效地檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)輸電線路故障，輸電線路檢測(cè)中的智能故障檢測(cè)方案已成為研究熱點(diǎn)。提出了一種基于多源信息融合理論的輸電線路鐵塔檢測(cè)框架模型。主要采用相機(jī)圖像采集、塔架模型聚類分析、特征提取與匹配三個(gè)步驟，然后從檢測(cè)圖像中自動(dòng)檢測(cè)出塔架可能存在的故障類型。提出了一種高效、快速的輸電線路故障自動(dòng)檢測(cè)啟發(fā)式聚類算法。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室空間顏色信息和灰度值的聚類分析，可以有效地檢測(cè)輸電線路故障特征。

2.開(kāi)展故障預(yù)測(cè)。故障預(yù)測(cè)是減少輸電線路突發(fā)故障、提高預(yù)測(cè)維修水平的重要手段。利用遺傳算法對(duì)輸電線路故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，有效地解決了電網(wǎng)輸電線路復(fù)雜故障的預(yù)測(cè)問(wèn)題，但不能有效地處理無(wú)人機(jī)獲取的檢測(cè)圖像。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟，無(wú)人機(jī)線檢的優(yōu)勢(shì)將得到更充分的體現(xiàn)，其應(yīng)用也將更加廣泛。通過(guò)模式識(shí)別、通信和電子技術(shù)的集成，形成了一套高效的無(wú)人機(jī)巡邏系統(tǒng)，大大減輕了輸電線路巡邏人員的工作量，能夠快速有效地對(duì)輸電線路進(jìn)行巡邏。隨著無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃、智能故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高巡檢的質(zhì)量和智能化水平，提高動(dòng)力自動(dòng)化能力。