電力輸電線路巡檢中無人機的應(yīng)用

司云 宋莉玲 靳镕光 李靜峰 牛剛剛 李亞亮

【摘 要】近年來，科學(xué)技術(shù)不斷取得新的突破，無人機技術(shù)越來越成熟，在社會諸多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。在電力企業(yè)中，利用無人機對輸電線路的狀態(tài)進行巡檢已得到界內(nèi)人士的認同，彌補了傳統(tǒng)人工巡查方式工作量大、效率低等種種弊端。但是，利用無人機巡查輸電線路面臨處理生成的視頻數(shù)據(jù)、圖像信息的難題。

【關(guān)鍵詞】無人機;輸電線路;巡檢

中圖分類號：TM755文獻標(biāo)識碼：A

引言

無人機本身具備機身較小、容易操控、且具備圖像收集和紅外探測功能，是航空采集信息的最佳設(shè)備。由于輸電線路在傳輸過程中設(shè)備暴露在戶外，受到干擾的因素較多，需要必不可少的維護工作來維持穩(wěn)定運行，而無人機可以有效取代人工巡視，利用自身優(yōu)勢實現(xiàn)高效率巡檢。

1無人機

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。機上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備。地面、艦艇上或母機遙控站人員通過雷達等設(shè)備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸?？稍跓o線電遙控下像普通飛機一樣起飛或用助推火箭發(fā)射升空，也可由母機帶到空中投放飛行?；厥諘r，可用與普通飛機著陸過程一樣的方式自動著陸，也可通過遙控用降落傘或攔網(wǎng)回收?？煞磸?fù)使用多次。廣泛用于空中偵察、監(jiān)視、通信、反潛、電子干擾等。

2無人機巡檢的組成分析

2.1無人機平臺與系統(tǒng)

巡測功能的實現(xiàn)，需要借助于無人機平臺以及搭載的眾多類型的傳感器。首先，對于數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)而言，它是進行數(shù)據(jù)信息采集與獲取的重要平臺，該平臺不僅囊括了飛行平臺以及穩(wěn)定平臺，同時還安裝了相應(yīng)的自主預(yù)警系統(tǒng)以及避障系統(tǒng)等。這樣一來，可以確保無人機能夠順利的飛行，同時也提高了數(shù)據(jù)信息采集的質(zhì)量與精度，進而提高了數(shù)據(jù)的利用價值。

2.2數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)

對于該子系統(tǒng)而言，其主要工作是進行信號的接收與發(fā)射。無人機巡測過程中，需要與地面測控站保持數(shù)據(jù)的實時傳遞與交互。巡檢工作中，當(dāng)傳輸速率滿足4-8Mbps的要求，地面的測控人員就能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的實時傳遞。

2.3地面測控站

作為輸電線路巡檢工作的重要組成部分，地面訊測站中包含了諸多的子系統(tǒng)。其中，較為重要的是地面控制系統(tǒng)。同時，測控站中還安裝了數(shù)據(jù)編解碼系統(tǒng)以及分析系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)等等。地面測控站可以對無人機的實時飛行狀態(tài)進行及時的管理與監(jiān)控，并且能夠?qū)︼w行環(huán)節(jié)中的信息獲取方式做出相應(yīng)的控制。

2.4地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要負責(zé)數(shù)據(jù)信息的后期處理，并且對信息數(shù)據(jù)進行及時的存儲，進而為數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供支持。一般來說，地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由三個子系統(tǒng)構(gòu)成：其一，就是三維可視化系統(tǒng);其二，就是安全巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了激光、紫外線在內(nèi)的多種類型的傳感設(shè)備;其三，就是數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)同樣囊括了多種感應(yīng)設(shè)備。通過可視化技術(shù)的應(yīng)用，能夠及時對輸電線路存在的缺陷與隱患做出判斷，進而能夠?qū)Σ煌€路的安全狀況做出診斷與評估。

3無人機在輸電線路中的應(yīng)用

3.1日常巡視

隨著近些年來我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，我國電力行業(yè)也發(fā)展迅猛，于此同時輸電線路也在不斷增加，公里數(shù)也在不斷增加，但是由于輸電線路設(shè)備大部分都暴露在室外，在室外的設(shè)備就一定會受到天氣的影響，在氣候條件復(fù)雜、現(xiàn)場環(huán)境多變的情況下，導(dǎo)線、避雷線、絕緣子等在長時間運行之后會出現(xiàn)斷股、腐蝕、過熱等老化現(xiàn)象，再加上各種力的作用下，難免會出現(xiàn)運行故障，而為了保證輸電線路的正常需要開展巡視工作，在過去依靠人工巡視的工作，巡視工作量較大，地理環(huán)境也較為復(fù)雜，帶給巡視工作人員的難度較大，會有大量不可預(yù)知的風(fēng)險，同樣輸電線路企業(yè)也需要耗費大量的人力資源來應(yīng)對才能開展正常工作。但是在無人機幫助下，它能利用裝載的小型攝像機、照相機、紅外測溫裝置等巡視輸電線路的運行狀況，飛行過程中只需一人操作即可，節(jié)省了時間和人力，高效率完成日常巡視。

3.2設(shè)備專項巡視

輸電線路巡視的運輸在日常運輸過程中是一項危險系數(shù)較高的工作，而為了保證居民生活的正常，需要定期對輸電線路進行專項指標(biāo)檢測，即開展專項巡視。在進行專項巡視的過程中需要進行專項排查，例如架空地線的專項排查，它需要在定期的時間內(nèi)進行周期檢測，如果采用人工檢測不但會遇到安全問題，采集信息和圖像也需要耗費較大的人力物力，同時難度系數(shù)也較大，但是通過無人機的巡視可以快速完成周期性觀察，并獲取完整的圖像，清晰的觀察到輸電線路的腐蝕和連接情況，并將數(shù)據(jù)準確無誤的傳達給數(shù)據(jù)中心進行匯總，方便專項工作準確無誤的進行。同類型的排查工作還有合成絕緣子排查，利用無人機傳回來的圖像可以完整觀察到合成絕緣子表面的損傷情況，為設(shè)備狀態(tài)評估提供重要依據(jù)。

3.3應(yīng)急搶險

在輸電線路運行過程中，難免會發(fā)生火災(zāi)、雪災(zāi)、旱澇等狀況，例如在遇到特大雪災(zāi)的時候必然會遭受覆冰的影響，那么道路通行就會變困難、且人工巡視爬桿也會受到影響，但在無人機的幫助下，它不受任何天氣狀況的影響，僅僅需要幾十秒的時間并可以觀察清楚到線路的狀況，通過傳達回來的圖像觀察搭配線路和塔桿的狀況，及時了解覆冰狀況進行維護。同時在發(fā)生火災(zāi)的時候能利用無人機探測火災(zāi)的蔓延情況，根據(jù)火勢的狀況及時進行搶救，并準確無誤的找到發(fā)生火災(zāi)的倒桿區(qū)域，找到火災(zāi)中心位置，并根據(jù)傳達的地理位置圖像了解地理特征，為搶險爭取寶貴的時間，并提升搶救效率，降低人工損傷率。

4輸電線路巡檢中無人機航測技術(shù)的運用

4.1線路隱患探測技術(shù)

作為輸電線路安全巡檢工作的重要內(nèi)容之一，做好線路的隱患探測有著重要的作用。具體巡檢工作中，要及時、準確的查找到相關(guān)線路存在的缺陷，并采取針對性措施予以檢修。這一過程中，主要應(yīng)用到的探測技術(shù)囊括了視覺探測技術(shù)以及激光雷達探測技術(shù)，同時還應(yīng)用到紅外線技術(shù)以及紫外線探測技術(shù)。具體應(yīng)用時，需要借助無人機設(shè)備搭載攝像機以及探測器等設(shè)備，通過將收集到的數(shù)據(jù)與信息進行及時的收發(fā)與傳遞，地面工作人員可以實時了解到相應(yīng)的影響與數(shù)據(jù)。在經(jīng)過仔細的判斷與甄別之后，就能明確線路存在的安全隱患或故障。

4.2飛行姿勢控制技術(shù)

在利用無人機設(shè)備對輸電線路進行巡檢時，如果當(dāng)?shù)氐奶鞖猸h(huán)境較為惡劣，那么將會對無人機飛行的角度產(chǎn)生一定的影響，因而出現(xiàn)偏移問題在所難免。為了提高無人機的飛行效果、確保線路巡檢的質(zhì)量，就要對無人機的飛行姿勢進行嚴格的控制。就顯得尤為重要。通過LQG控制器的使用，可以對無人機設(shè)備的俯仰、翻轉(zhuǎn)狀況進行精確的控制，并且可以使無人機在空中進行懸停作業(yè)，進而確保了巡檢工作的質(zhì)量。

4.3正射影像采集技術(shù)

在進行采集影響的變換與修改工作時，以往需要借助于CPU串行方式進行。近幾年來，隨著傳感設(shè)備與傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，影像數(shù)據(jù)處理工作的難度大大降低。再沿用以往的CPU串行方式已經(jīng)不能滿足正射影像的采集要求。因而，在開展輸電線路的安全巡檢工作時，需要在無人機上搭載相應(yīng)的遙感設(shè)備，并且要建立GPGPU模型，最終能夠得到大量的有價值的正射影像。通過應(yīng)用圖形繪制流水線，可以對無人機設(shè)備拍攝的航測影像進行快速的完善與修改，進而有效提高了采集工作的速度與效率。

結(jié)束語

輸電線路的運行本身具備一定的危險系數(shù)，而無人機在輸電線路中的運行大大降低了人工巡檢危險系數(shù)，也提升了巡檢的效率與質(zhì)量，是輸電線路發(fā)展過程中的重要進步，但是無人機在運行過程中還存在問題，還需要進一步改進，不斷提升無人機在運行過程中存在的弊端，加快輸電線路的穩(wěn)定發(fā)展。

（作者單位：國網(wǎng)晉城供電公司）