無人機(jī)在架空輸電線路導(dǎo)地線弧垂檢測中應(yīng)用的探索與研究

張好銘，鄭萬成，李晨，劉錚，王璐，于磊，金銘

（中電投工程研究檢測評(píng)定中心有限公司）

1 引言

近年來我國超高壓、特高壓輸變電工程已然成為世界級(jí)的超級(jí)工程，弧垂作為輸電線路中的關(guān)鍵指標(biāo)，準(zhǔn)確測量尤為重要。同時(shí)，在無人機(jī)技術(shù)不斷深入的過程中，無人機(jī)測量因其很強(qiáng)的精確性，獲得了廣泛的認(rèn)可。將無人機(jī)測量應(yīng)用與輸電線路弧垂測量也具有重要意義。

2 弧垂的概念

架空線任一點(diǎn)至兩端懸掛點(diǎn)連線的鉛垂距離，稱為架空線的該點(diǎn)的弧垂，亦稱弛度。一般當(dāng)輸電距離較遠(yuǎn)時(shí)，由于導(dǎo)線自重，會(huì)形成輕微的弧垂，使導(dǎo)線呈懸鏈線的形狀（見圖1）。輸電線路弧垂是線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行的主要指標(biāo)，關(guān)系到線路的運(yùn)行安全，因此必須控制在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。由于線路運(yùn)行負(fù)荷和周圍環(huán)境的變化都會(huì)造成線路弧垂的變化，過大的弧垂不但會(huì)造成事故隱患，也限制了線路的輸送能力，特別是在交叉跨越和人煙密集地段。目前，我國電力傳輸線路緊缺，動(dòng)態(tài)增容技術(shù)成為提高電力傳輸能力的關(guān)鍵。電力傳輸導(dǎo)線的弧垂與導(dǎo)線傳輸容量存在相關(guān)聯(lián)系，也反映著輸電導(dǎo)線的運(yùn)行安全問題。近年來由于用電負(fù)荷增長，許多已有的輸電線路為了提高輸送能力，將導(dǎo)線最高運(yùn)行允許溫度從70℃提高到80℃。這時(shí)線路弧垂就成為主要的制約因素，需要對(duì)弧垂進(jìn)行校驗(yàn)或?qū)崟r(shí)監(jiān)測，以確保線路運(yùn)行和被跨越設(shè)備的安全。

圖1 弧垂示意圖

3 架空輸電線路弧垂測量現(xiàn)狀研究

目前，導(dǎo)地線弧垂的觀測方法一般有異長法、等長法（平行四邊形法）、角度法、平視法[1]。在實(shí)際操作時(shí)，為了操作方便，避免檔距或懸掛點(diǎn)高差在測量時(shí)的影響，減少現(xiàn)場計(jì)算量以及掌握弧垂的實(shí)際誤差范圍，應(yīng)首先選用異長法和等長法。當(dāng)客觀條件受到限制，不能采用異長法和等長法觀測時(shí)，可選用角度法進(jìn)行觀測。如果采用異長法、等長法和角度法都不能達(dá)到觀測弧垂的允許范圍或難以掌握實(shí)際觀測誤差時(shí)，才考慮用平視法來觀測導(dǎo)線的弧垂。

4 無人機(jī)測量輸電線路弧垂的探索與研究

隨著我國鐵塔尺寸越來越大，線路所處環(huán)境也越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的測量方法[6]在一些環(huán)境復(fù)雜區(qū)域不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的全部需要，同時(shí)傳統(tǒng)測量方法均需要通過計(jì)算得出弧度，不能及時(shí)得出結(jié)論。為了進(jìn)一步彌補(bǔ)現(xiàn)場生產(chǎn)瓶頸，減少測量計(jì)算時(shí)間，提高現(xiàn)場弧垂檢測的工作效率，提出了采用無人機(jī)來觀測弧垂的方法[2]，并通過工程實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證創(chuàng)新測量方案的便捷性和準(zhǔn)確性，為現(xiàn)場弧垂測量的檢測提供技術(shù)保障。

圖2 無人機(jī)測量弧垂處理流程圖

本項(xiàng)目針對(duì)架空輸電線路地面情況復(fù)雜、鐵塔高度高的特點(diǎn)，利用無人機(jī)針對(duì)導(dǎo)地線弧垂進(jìn)行圖像采集、圖像預(yù)處理、輸電線路的提取與識(shí)別、弧垂計(jì)算與故障診斷等處理流程，完成架空輸電線路導(dǎo)地線弧垂檢測。再根據(jù)傳統(tǒng)的測量方法對(duì)本檔距內(nèi)的弧垂進(jìn)行測量，與無人機(jī)操作得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。主要研究內(nèi)容有。

4.1 無人機(jī)平臺(tái)的選取

無人機(jī)作為檢測過程中的重要工具和檢測平臺(tái)，需要有以下特點(diǎn)。

1）功能齊全

有高精度的拍攝功能，能夠?qū)⒏呖請D片準(zhǔn)確真實(shí)地拍攝下來，作為后期圖片擬合和處理的重要原始資料。

2）飛行平穩(wěn)

能夠在空中靜止懸浮，便于照片拍攝和線路巡查。飛行角度調(diào)整自如，尤其是停留時(shí)水平角度要求達(dá)到零度，便于觀察導(dǎo)線最底端的測點(diǎn)。

3）續(xù)航時(shí)間長，飛行動(dòng)力足

輸電線路工程一般在野外，包括平原、丘陵、山地、戈壁、沙漠，甚至高原、雪山等極端地形地貌，無人機(jī)平臺(tái)需要在野外持續(xù)工作。

4.2 無人機(jī)圖像采集

利用無人機(jī)在架空輸電線路周圍不同角度采集圖像，通過后期數(shù)據(jù)結(jié)果判斷不同拍攝角度對(duì)處理結(jié)果的影響，總結(jié)最佳圖像采集方法與角度。

4.3 數(shù)據(jù)處理

針對(duì)采集到的架空輸電線路圖像，采用Smart3D軟件（即ContextCapture）按照圖2所示流程完成圖像處理，計(jì)算得出弧垂測量結(jié)果。

4.4 檢測準(zhǔn)確性比對(duì)

在使用無人機(jī)測量的同時(shí)，對(duì)本檔距的弧垂也要按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行測量，將兩種方法的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。按照此方法擴(kuò)大試驗(yàn)量，得出無人機(jī)測試方法與傳統(tǒng)檢測方法測量結(jié)果的偏差，并不斷改進(jìn)無人機(jī)圖像采集方法與數(shù)據(jù)處理方法。

5 結(jié)語

通過以上介紹可以看出，采用無人機(jī)對(duì)架空輸電線路的弧垂進(jìn)行測量，可以解決復(fù)雜環(huán)境無法進(jìn)行測量的情況。同時(shí)，采用先進(jìn)的無人機(jī)測量技術(shù)可極大的提高工作效率。