無人機(jī)在電力線路巡視中的應(yīng)用與評價(jià)

范賢盛 諸葛葳 范高祥 張積偉

（國網(wǎng)福建省電力有限公司南平供電公司，福建 南平 353000）

0 引言

從我國目前情況來看，在電力行業(yè)的建設(shè)與企業(yè)的管理過程中，由于我國國情復(fù)雜，各個(gè)區(qū)域的電力供電情況各不相同，電力企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)科學(xué)、有效管控始終面臨著眾多的挑戰(zhàn)與困難。目前無人機(jī)技術(shù)越來越受到我國電力企業(yè)的高度重視與熱烈歡迎，借助無人機(jī)開展線路巡視工作可以在一定程度上減小線路巡視的難度和減輕工作負(fù)擔(dān)。因此，有必要開展與其相關(guān)的研究工作。

1 無人機(jī)在電力線路巡視中應(yīng)用的作用

電力線路巡視工作是電力企業(yè)管理工作的基礎(chǔ)，做好巡線工作，在電力線路巡視中有效解決出現(xiàn)的問題，不僅能保障整條供電線路的傳輸能力，更能充分促進(jìn)整體供電運(yùn)行能力的全面提升[1-2]。

充分結(jié)合無人機(jī)技術(shù)，將電力線路巡視過程中必須注意的控制點(diǎn)位與觀測要點(diǎn)互相融合、貫通，通過使用無人機(jī)開展電力線路巡視工作，這對于改善整體的供電效果無疑是一大福音。利用無人機(jī)開展電力線路巡視工作不僅可以大幅度提升電力線路巡視工作的效率和速度，還能夠充分保障供電公司的運(yùn)行能力。

2 項(xiàng)目內(nèi)容與目標(biāo)

該項(xiàng)目的主要工作內(nèi)容為采用多旋翼無人機(jī)及載荷設(shè)備（高倍高清可見光一體云臺(tái)相機(jī)、熱成像一體云臺(tái)相機(jī)）對項(xiàng)目所在標(biāo)段配電線路電壓為10 kV 的線路進(jìn)行巡檢，具體內(nèi)容包括：巡視絕緣串掛點(diǎn)、檢查引流線是否出現(xiàn)斷股現(xiàn)象、桿塔是否存在變形損壞，其上面是否搭建有鳥窩、絕緣子是否完好清潔，有無閃絡(luò)現(xiàn)象、防震錘是否變形、線夾有無松動(dòng)、導(dǎo)線是否正常以及地面環(huán)境是否滿足要求等。

無人機(jī)完成巡檢任務(wù)后，地面工作人員根據(jù)巡檢內(nèi)容信息判斷巡檢結(jié)果，并匯總整理資料移交委托單位。

為了充分找到并提取電力線路表面溫度高于環(huán)境溫度且溫度升高異常的點(diǎn)位，可以結(jié)合可見光和紅外設(shè)備得到光譜圖像，對電力線路的接頭、線夾以及絕緣子等重要部件的發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行有力排查和有效確認(rèn)。并且，要以此為根據(jù)幫助開展電力線路巡檢工作的相關(guān)人員利用圖像探測出導(dǎo)線的外傷，發(fā)現(xiàn)絕緣子是否存在放電等現(xiàn)象。因此，在該項(xiàng)目中，需要采用多旋翼無人機(jī)搭載可見光和紅外設(shè)備，開展配網(wǎng)線路可見光巡查和紅外測溫工作。基于以上分析，項(xiàng)目要求機(jī)巡作業(yè)所必須的多旋翼無人機(jī)應(yīng)當(dāng)具有可見光和紅外等機(jī)載設(shè)備，并能夠充分支持飛行、航務(wù)、機(jī)務(wù)、地貌保障、巡視作業(yè)以及數(shù)據(jù)處理等工作[3]。

根據(jù)項(xiàng)目要求，該項(xiàng)目所使用的無人機(jī)具體技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 無人機(jī)技術(shù)參數(shù)

3 項(xiàng)目方案的具體服務(wù)實(shí)施措施

3.1 無人機(jī)電力線路巡檢工作流程

3.1.1 日常工作準(zhǔn)備

實(shí)施前根據(jù)項(xiàng)目要求，明確具體巡檢內(nèi)容，預(yù)先辨別各類巡檢目標(biāo)；根據(jù)項(xiàng)目標(biāo)段和航時(shí)航程，規(guī)劃詳細(xì)的飛行方案，合理分配各機(jī)組、各架次的飛行航線、起降點(diǎn)、后勤保障點(diǎn)；制定詳細(xì)的作業(yè)預(yù)案：如備用器材、備用人員、應(yīng)急航線及應(yīng)急返航點(diǎn)、危情及突發(fā)事件的上報(bào)及處置等。

3.1.2 現(xiàn)場踏勘

在飛行巡檢前，必須對現(xiàn)場的地形地貌、氣候環(huán)境等情況進(jìn)行現(xiàn)場踏勘。特別要注意自然保護(hù)區(qū)、名勝古跡等敏感位置。工作人員要提前對現(xiàn)場環(huán)境和客觀條件進(jìn)行了解與標(biāo)記，并以此為據(jù)確定起降點(diǎn)。通過現(xiàn)場查看，工作人員要多角度多方位確認(rèn)攝區(qū)確實(shí)具有無人機(jī)航攝的條件后，再實(shí)施飛行巡檢計(jì)劃。

3.1.3 航攝計(jì)劃編制

如果無人機(jī)航線是按照常規(guī)方法進(jìn)行敷設(shè)的，那么應(yīng)該在攝區(qū)邊界線上及其外部平行于攝區(qū)邊界線的方向敷設(shè)。同時(shí)，要充分結(jié)合飛行的航線和姿態(tài)保持等綜合因素，適時(shí)合理地增加旁向重疊率。

想要利用無人機(jī)自主飛行開展輸電線路精細(xì)化巡檢工作時(shí)，第一步要規(guī)劃巡檢線路的路徑。然后，應(yīng)當(dāng)將所規(guī)劃的路徑導(dǎo)入無人機(jī)機(jī)體導(dǎo)航系統(tǒng)中。

3.1.4 場地選取

對起降場地的選擇要充分結(jié)合無人機(jī)的起降方式綜合考慮。對于非應(yīng)急性質(zhì)的航攝作業(yè)，起降場地應(yīng)該設(shè)置在距離軍用機(jī)場和商用機(jī)場10 km 以外的地方。同時(shí)，要盡可能地將地面平坦且通視良好的地方作為無人機(jī)起降場地。

3.1.5 空域申請

按照國家空域使用的相關(guān)規(guī)定，依據(jù)方案路徑，確定線路空域位置，協(xié)商辦理軍民航相關(guān)航攝手續(xù)。在開展航空攝影測量的過程中應(yīng)當(dāng)與相應(yīng)的空域管轄部門進(jìn)行空域協(xié)調(diào)。

3.1.6 巡檢飛行作業(yè)

飛行前檢查就緒后，操作無人機(jī)升空，記錄起飛位置信息、設(shè)立應(yīng)急返航點(diǎn)、檢查地面站HUD 姿態(tài)、位置、高度、衛(wèi)星質(zhì)量、電壓、通信鏈路、視頻錄制參數(shù)及快門操作，一切無誤后進(jìn)入飛行航線執(zhí)行巡檢任務(wù)。

飛行器應(yīng)嚴(yán)格按照事先規(guī)劃的航線、高度、速度以及拍攝角度飛行，地面站檢查員根據(jù)項(xiàng)目內(nèi)容要求開始填寫日常巡檢記錄表，記錄逐個(gè)桿段號(hào)情況。圖1 展示了無人機(jī)塔桿巡檢的實(shí)際狀態(tài)。

圖1 塔桿巡檢

3.2 無人機(jī)電力線路巡檢結(jié)果的數(shù)據(jù)處理

通過可視載荷設(shè)備記錄高清視頻和紅外視頻文件，經(jīng)過數(shù)據(jù)備份和非編視頻處理后，對發(fā)現(xiàn)的異常問題進(jìn)行圖片截存操作，通過Adobe Photoshop 圖片處理軟件進(jìn)行優(yōu)化，可執(zhí)行如銳化、全局或局部放大、清晰化及曝光度、曲線、色彩平衡、噪點(diǎn)、雜波等圖片處理任務(wù)。

3.3 飛行作業(yè)方案

3.3.1 拍攝部位的確定

飛行作業(yè)中可見光每基桿塔需要拍攝的部位為：左右地線線夾、所有絕緣串掛點(diǎn)、絕緣子串、線夾、塔基礎(chǔ)俯瞰、全塔全景（高清圖，放大應(yīng)能看清法蘭盤螺栓等）、左右側(cè)線路走廊、避雷器以及防震錘等；紅外測溫每基桿塔需要拍攝測溫的部位為：左右地線線夾、所有絕緣串掛點(diǎn)、絕緣子串、線夾以及避雷器。傾斜相機(jī)采用正攝、前視、后視、左視、右視的方法獲取姿位信息。

3.3.2 質(zhì)量管理體系構(gòu)建

質(zhì)量管理體系應(yīng)充分反映巡視內(nèi)容的狀態(tài)結(jié)果，包括基礎(chǔ)及防護(hù)設(shè)施狀態(tài)量、桿塔狀態(tài)量、導(dǎo)線狀態(tài)量、絕緣子串狀態(tài)量、隔離開關(guān)狀態(tài)量、金具狀態(tài)量、防雷設(shè)施及接地裝置狀態(tài)量、輔助設(shè)施狀態(tài)量以及架空線防護(hù)區(qū)狀態(tài)量。同時(shí)，傾斜相機(jī)在獲取高精度的位置和姿態(tài)信息后，需要通過數(shù)據(jù)處理軟件將所有影像納入到統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中處理。

4 結(jié)論

該方案中的電力巡檢系統(tǒng)采用高效自動(dòng)作業(yè)模式平均效率可達(dá)20 km/d，生產(chǎn)效率較高。通過影像還原真實(shí)細(xì)節(jié)，影像與模型可無縫套合，模型效果真實(shí)，相比于虛擬現(xiàn)實(shí)模型更加真實(shí)的視覺效果。在實(shí)景三維模型下可以實(shí)現(xiàn)地表全要素表達(dá)，含地形、建筑、道路、交通、水系和植被等全要素，可根據(jù)需求調(diào)整要素輸出，地表要素完整。同時(shí)，在實(shí)景三維模型下還可以基于影像實(shí)現(xiàn)量測功能，包括長度、面積、角度量測，且精度高。