探析無人機(jī)在配電線路巡檢中的應(yīng)用

馬永龍 戚明 肖銘杰 楊炎龍 駱杰平

摘要： 無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步完善了配電線路的巡檢能力，本文在詳細(xì)了解無人機(jī)技術(shù)在配電線路巡檢中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)后，分析了該技術(shù)在在線路巡檢中的應(yīng)用路徑與方法;之后采用案例分析法，結(jié)合某實(shí)際案例，詳細(xì)分析了無人機(jī)技術(shù)在配電線路巡檢中的應(yīng)用方法?？傮w而言，無人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了配電線路巡檢路徑，與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有顯著優(yōu)勢(shì)，提高了線路巡檢工作效率，值得關(guān)注。

關(guān)鍵詞： 無人機(jī);配電線路巡檢;配電線路運(yùn)維

引言

我國(guó)配電線路的巡檢工作壓力大，傳統(tǒng)的巡檢方式存在弊端，例如為了準(zhǔn)確的了解每條配電線路的信息，需要巡檢人員深入觀察每條線路的狀態(tài)，工作量大且效率低，并且日常工作中容易出現(xiàn)差錯(cuò)。無人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展為配電線路巡檢提供了新的方向，與傳統(tǒng)巡檢方法技術(shù)相比具有更顯著的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為現(xiàn)階段配電線路巡檢的首選方法。

無人機(jī)在配電線路巡檢中的優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱，可以通過遙控設(shè)備或者內(nèi)部控制程序來調(diào)整飛機(jī)的飛行，該設(shè)備不以載人為目的，常被用于農(nóng)業(yè)、航拍、測(cè)繪等領(lǐng)域，在配電線路巡視中，無人機(jī)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為：

無人機(jī)具有更理想的鏡頭效果，在飛行過程中能夠獲得目標(biāo)地區(qū)的詳細(xì)圖像資料，尤其是在低空飛行期間，所能獲得的圖像更清晰，因此所能獲得的數(shù)據(jù)更龐大[1]。

無人機(jī)具有靈活起降的優(yōu)勢(shì)，對(duì)周圍環(huán)境的要求很低，在狹小的空間內(nèi)能夠完成起飛，并且滿足野外操作的需求。

目前快速發(fā)展的5G技術(shù)為無人機(jī)巡檢提供了新的支持，在5G技術(shù)的影響下，無人機(jī)能夠更有效的采集配電線路資料，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至客戶端，方便客戶端統(tǒng)一觀察線路狀態(tài)。

無人機(jī)滿足復(fù)雜條件下配電線路的巡檢要求

無人機(jī)技術(shù)解決了傳統(tǒng)人工線路巡檢的弊端，與傳統(tǒng)模式相比，無人機(jī)可以更好的滿足線路巡檢要求，主要表現(xiàn)為：

無人機(jī)巡檢不受地形等因素限制。通過無人機(jī)可以多角度、近距離的觀察配電線路相關(guān)部件的狀態(tài)，如絕緣子、導(dǎo)地線等，通過采集詳細(xì)的圖像資料，避免配電線路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)問題發(fā)生。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)沒有受到地形的限制，不僅能夠降低傳統(tǒng)巡檢中存在的安全隱患，也提高了工作效率。

受氣候的影響小。受惡劣天氣影響，傳統(tǒng)的人工巡視方法無法作業(yè)，而在無人機(jī)技術(shù)的支持下，這種問題已經(jīng)得到顯著改善，在降雨、降雪等氣候環(huán)境下，無人機(jī)理論上是可以作業(yè)的，而傳統(tǒng)人工作業(yè)在遇到上述特殊天氣時(shí)無法作業(yè)。除此之外，高溫天氣下人工巡檢會(huì)承受熱曬等痛苦，工作效率低下，通過無人機(jī)可以替代人工巡視，工作效率更高。

方便攜帶且效率高。在傳統(tǒng)工作模式下，應(yīng)對(duì)不同地形所需要采用的儀器設(shè)備存在差異，因此在一次的線路巡檢中工作人員需要攜帶大量的儀器設(shè)備，這為相關(guān)工作的開展帶來了很大的麻煩。但是無人機(jī)的重量輕、體積小、易于攜帶，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T節(jié)省大量的時(shí)間，并且所采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度與傳統(tǒng)人工相同[2]。

無人機(jī)在配電線路巡檢中的應(yīng)用

無人機(jī)的巡視方式

在配電線日常巡檢過程中，無人機(jī)常見的巡視方法包括紅外巡視、可見光巡視、激光雷達(dá)巡視等，其中可見光巡視是最為常見的巡視方式，通過可見光攝像頭拍攝照片甚至拍攝錄像，通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)直接將配電線路的運(yùn)行狀態(tài)傳遞給工作人員。在這個(gè)過程中，無人機(jī)巡視的拍照順序?yàn)椋焊鶕?jù)無人機(jī)的前進(jìn)方向，遵照“先整體后局部”、“從上到下”、“從左到右”的順序?qū)€路進(jìn)行全面拍攝，確保能夠獲得線路的詳細(xì)信息。

在巡視期間，無人機(jī)所觀察的主要內(nèi)容是線路本體與附屬設(shè)施，工作人員也可以根據(jù)需求來觀察線路通道以及線路外部環(huán)境情況，可見無人機(jī)的巡視范圍很廣，滿足多種條件下的巡視要求[3]。

無人機(jī)的巡視類型

在日常配電線路巡視中，無人機(jī)巡視類型主要可以分為精細(xì)化巡視、日常巡視與通道巡視三種，三種巡視方式的具體資料如表1所示。

在上述三種巡視方式中，精細(xì)化巡視的要求很高，其中在圖像的拍攝以及拍攝內(nèi)容及其精度上都有十分明顯的要求;拍攝的主體主要包括線路本體、附屬設(shè)置以及電力保護(hù)區(qū)等，在拍攝期間應(yīng)該保證精度以及照片覆蓋度等關(guān)鍵資料質(zhì)量。

無人機(jī)巡視配電線路的特征

在配電線路巡視中無人機(jī)具有顯著的特征，這是因?yàn)榕潆娋€路具有絕緣子小、金具小、靠近居民區(qū)等，雖然塔桿的高度不高，但是飛行難度要顯著高于輸電線路，因此在可見光攝像頭拍攝期間，由于配電線路的絕緣子小、金具小等，相關(guān)部件的精密度高，為了能夠獲得更加詳細(xì)圖片信息無人機(jī)必須要更加靠近對(duì)方，這對(duì)于人員的操作技能水平提出了更高的要求。

一般在拍攝期間，普遍采用推拉桿的操作方法，使無人機(jī)緩慢靠近桿塔設(shè)備，將無人機(jī)控制在距離拍攝物體約2.0–3.0m左右位置時(shí)懸停，并進(jìn)行拍照。在這個(gè)操作下，推拉桿操作的關(guān)鍵就是要把握無人機(jī)停住的瞬間與推桿的桿量，這個(gè)操作需要具有一定的工作經(jīng)驗(yàn)才能完成，一般熟練人員能夠在根據(jù)要求在3.0m左右抓拍，甚至更加靠近被拍攝物體。若只巡視線路通道，則在下風(fēng)側(cè)飛行，與帶電體應(yīng)保持3m米以上的安全距離，以 7m/s～8m/平穩(wěn)飛行并拍照或錄像。

無人機(jī)在查找故障中的應(yīng)用

考慮到配電線路長(zhǎng)期暴露在野外，因此不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種故障，針對(duì)這種情況就需要發(fā)揮無人機(jī)的作用，通過無人機(jī)來獲得完整的視角，減少傳統(tǒng)人工模式下的工作量。這一操作的主要優(yōu)勢(shì)就是實(shí)現(xiàn)多角度拍攝，在詳細(xì)獲得故障線路的圖像資料后，工作人員可以根據(jù)圖像的反饋結(jié)果來判斷線路的運(yùn)行狀態(tài)，并針對(duì)故障信息針對(duì)性處理故障點(diǎn)，減少了人為工作的壓力[4]。

工程實(shí)例分析

案例簡(jiǎn)介

某地區(qū)有一條配電線路，總長(zhǎng)度2463km，其中有變配電所57座，周邊的地理環(huán)境復(fù)雜，由于該地區(qū)的環(huán)境惡劣且線路的建成時(shí)間長(zhǎng)，因此出現(xiàn)材料設(shè)備老化的問題，且風(fēng)災(zāi)、雷擊閃絡(luò)等引發(fā)的故障時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐恼Ｓ秒?。目前該地區(qū)的電力維修大隊(duì)只有15名工作人員，負(fù)責(zé)全部線路的巡檢工作，其中有很大部分線路途經(jīng)繁華城區(qū)、丘陵區(qū)等，導(dǎo)致線路巡檢工作存在人力資源不足、工作壓力大等問題，尤其是在復(fù)雜天氣狀況下工作壓力進(jìn)一步增加，難以保證正常用電，因此，尋找一種更有效的配電線路巡檢方法已經(jīng)成為工作人員關(guān)注的重點(diǎn)。

無人機(jī)巡視功能的界定

針對(duì)目前配電線路巡檢的現(xiàn)狀，相關(guān)人員提出了無人機(jī)巡檢的方法，所采用的無人機(jī)巡檢系統(tǒng)中主要包括圖像采集識(shí)別功能、GIS系統(tǒng)、紅外線熱成像系統(tǒng)與信息傳遞處理系統(tǒng)等;主要的工作平臺(tái)包括杭電系統(tǒng)、起降系統(tǒng)、地面保障系統(tǒng)等。

自然災(zāi)害后的巡視

本次項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)不受地理?xiàng)l件的限制，在災(zāi)害發(fā)生后可以直接到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，具有更高的工作效率，所以在雪災(zāi)、雷暴以及風(fēng)災(zāi)等自然災(zāi)害發(fā)生后及時(shí)啟動(dòng)無人機(jī)設(shè)備直接對(duì)配電線路進(jìn)行巡檢，掌握受災(zāi)地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)行情況，在合理安排搶修維護(hù)隊(duì)伍的基礎(chǔ)上，為電力搶修工作提供圖像信息資料支持，保證了工作質(zhì)量，節(jié)省了大量時(shí)間。

執(zhí)行常規(guī)巡檢工作

在線路的日常巡檢中，無人機(jī)能夠按照巡檢人員設(shè)定好的GPS坐標(biāo)系統(tǒng)，以配電線路的不同塔桿為標(biāo)準(zhǔn)，在固定范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)飛行巡檢，在巡檢過程中采集輸電線路的運(yùn)行數(shù)據(jù)資料可以實(shí)時(shí)向地面?zhèn)鬏?，巡檢人員根據(jù)無人機(jī)所反饋的運(yùn)行狀態(tài)來基本判斷電網(wǎng)運(yùn)行情況，并且針對(duì)可能出現(xiàn)的故障隱患問題，通過三級(jí)管理制度來調(diào)整整改方案。

除此之外，無人機(jī)還在線路運(yùn)維中發(fā)揮著重要作用，通過空中巡視的方法對(duì)線路做詳細(xì)專項(xiàng)檢查，每飛行1h，所巡檢的線路長(zhǎng)度可達(dá)到20km，無論是城區(qū)線路還是丘陵周邊線路都可以巡檢，不僅提高了工作質(zhì)量，也避免工作人員在巡檢中面臨安全隱患。

無人機(jī)巡檢的技術(shù)要求

為了更好的適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的線路巡檢要求，工作人員還需要進(jìn)一步細(xì)化無人機(jī)的路線要求，通過各種科學(xué)有效的技術(shù)手段來完善無人機(jī)功能，這樣才能更好的適應(yīng)未來配電線路巡檢要求，基于這一點(diǎn)，本文提出的應(yīng)對(duì)方法為：

無人機(jī)在配電線路巡檢時(shí)會(huì)受到樹木、建筑物、其他等級(jí)電力線路、通信架空光纜等障礙的影響，這種情況會(huì)直接影響巡檢的效果，所以為了適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的巡檢要求，應(yīng)該確保無人機(jī)不但具備GPS自主路線導(dǎo)航控制功能，還應(yīng)該具有電力線路桿塔自動(dòng)跟蹤飛行控制能力，通過連續(xù)識(shí)別、躲避障礙物，保證巡檢過程順利完成。從目前技術(shù)發(fā)展來看，目前國(guó)內(nèi)無人機(jī)自動(dòng)障礙規(guī)避系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在飛行中判別障礙物，自動(dòng)選擇路線繞飛，能夠適用于復(fù)雜的配電線路巡檢。

無人機(jī)巡檢安裝的可見光攝像或紅外線熱成像等設(shè)備，在功能上應(yīng)該通過攝像快速對(duì)焦、圖像的高分辨率以及桿塔自動(dòng)識(shí)別等能力，在無線技術(shù)支持下完成數(shù)據(jù)信息傳遞。目前受5G技術(shù)發(fā)展的影響，實(shí)時(shí)傳遞高清的圖片或視頻成為可能，除此之外還可以通過人工判讀可識(shí)別線路存在的運(yùn)行缺陷。隨著圖像識(shí)別技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)巡檢智能分析、識(shí)別電力缺陷的技術(shù)將不斷完善，圖像的傳輸效率更高，巡檢技術(shù)人員會(huì)更加快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行處理。

應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

為了更好的判斷無人機(jī)巡檢技術(shù)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用價(jià)值，本文采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的方法，將無人機(jī)設(shè)置為40m飛行高度，提取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)0.1m分辨率的正射影響，并將GIS系統(tǒng)塔桿地理坐標(biāo)投影至CGCS2000坐標(biāo)系中，采用正射影像方法來調(diào)整GIS系統(tǒng)的經(jīng)緯度，確保無人機(jī)能夠?qū)ふ业剿U的精度位置;在正射影響下，每個(gè)塔桿都能尋找到四個(gè)最佳的拍攝角度，采用arcgis坐標(biāo)計(jì)算功能獲得拍攝點(diǎn)的坐標(biāo)經(jīng)緯度以及拍攝方位角，期間在無人機(jī)飛行操作期間，飛機(jī)可以自動(dòng)尋找位置并拍攝記錄。

采用技術(shù)成熟的大疆系列無人機(jī)，該無人機(jī)具有性能穩(wěn)定、體積小、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)操作中，先根據(jù)配電線路的分布特征選擇飛行軌跡途經(jīng)點(diǎn)，選擇合適位置起飛無人機(jī)之后，使無人機(jī)可以按照預(yù)定的方向飛行并提取數(shù)據(jù)，但是需要注意的是：在無人機(jī)飛行期間應(yīng)該注意控制飛機(jī)與線路的安全距離，并在起飛前觀察周圍是否有障礙物。

無人機(jī)所采集的數(shù)據(jù)以“exif”屬性儲(chǔ)存，可以通過arcgis工具將照片投射點(diǎn)投影，并與塔桿坐標(biāo)相疊加，此時(shí)通過arcgis工具的空間鏈接工作，能夠?qū)U號(hào)賦值進(jìn)照片名稱中，形成線路巡檢照片組，由專業(yè)人員對(duì)照片內(nèi)容進(jìn)行分析。最終研究結(jié)果證明，通過該方法能夠有效鑒別導(dǎo)線、絕緣子以及線夾上的缺陷，并且后期的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果證明，無人機(jī)所反饋的信息都是科學(xué)有效的，證明無人機(jī)有助于降低配電線路巡檢的工作強(qiáng)度，具有顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

后經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，一臺(tái)無人機(jī)1h的工作效率約為10–12人的工作量，面對(duì)本項(xiàng)目中繁重的配電線路檢修工作，可以進(jìn)一步提高線路的巡檢效果，保證在單位時(shí)間內(nèi)獲得更多的線路信息，具有可行性。

結(jié)束語(yǔ)

無人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了配電線路的巡視能力，因此對(duì)于工作人員而言，應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到無人機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過完善無人機(jī)的應(yīng)用路徑與方法，積極發(fā)揮無人機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，這樣才能更好的適應(yīng)未來線路巡檢要求，值得關(guān)注。

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