無人機(jī)巡檢技術(shù)在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用研究

宋青龍 馮超

國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司大慶供電公司輸電運(yùn)檢中心 黑龍江大慶 163458

隨著我國(guó)大量各電壓等級(jí)輸電線路的建設(shè)及投運(yùn)，線路距離不斷增長(zhǎng)的現(xiàn)狀與運(yùn)檢人員不足之間的矛盾日益突出，對(duì)輸電線路的現(xiàn)行運(yùn)行維護(hù)方式帶來了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的人工巡視主要是依靠巡視人員目測(cè)觀察，依托各種檢測(cè)工具（如望遠(yuǎn)鏡、紅外測(cè)溫儀）沿輸電線路行走，用肉眼或望遠(yuǎn)鏡對(duì)轄區(qū)內(nèi)的輸電線路進(jìn)行觀測(cè)。這種工作方式存在巡檢效率低、精度不高、可靠性差等問題。

1 無人機(jī)技術(shù)與電力巡檢

2016 年到2020 年中國(guó)的基礎(chǔ)性電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)取得了突飛猛進(jìn)的成果，至今年年底我國(guó)輸電線路的總長(zhǎng)度可達(dá)一百六十萬公里以上，據(jù)有關(guān)專家估計(jì)在今后的一段時(shí)間內(nèi)這個(gè)數(shù)據(jù)仍然會(huì)持續(xù)性增長(zhǎng)。在這種情況下電力網(wǎng)絡(luò)線路的巡視和檢查工作必然愈發(fā)繁瑣，傳統(tǒng)的巡檢方式在今天已稍有不足，而利用無人機(jī)進(jìn)行電力巡檢可謂是勢(shì)在必行。就目前來看，我國(guó)部分省份已經(jīng)開始了無人機(jī)巡檢體系的建設(shè)，從硬件設(shè)備到配套制度都在不斷完善，以無人機(jī)作為巡查主力的新模式正在逐漸成型[1]。

由于發(fā)展時(shí)間短等原因，我國(guó)的無人機(jī)電力巡檢團(tuán)隊(duì)仍然面臨人員不足、設(shè)備短缺的問題，整體應(yīng)用效果比較有限，難以真正為輸電線路巡檢提供支撐性服務(wù)。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，知識(shí)經(jīng)濟(jì)開始嶄露頭角、信息化技術(shù)革命越來越受到人們的關(guān)注，一場(chǎng)智能化、集成化的技術(shù)變更已然到來，而無人機(jī)技術(shù)正是其中最具代表性的一種新技術(shù)，它的出現(xiàn)讓許多行業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大的改變。無人機(jī)技術(shù)與電力巡檢的結(jié)合，能夠從根本上推動(dòng)電網(wǎng)輸電線路巡檢工作從人工巡檢到智能巡檢的過渡和發(fā)展，而信息化技術(shù)的加入與融合，更是讓無人機(jī)巡檢如虎添翼，這對(duì)于電力巡檢工作而言，必將是一場(chǎng)無可忽視的重構(gòu)式變革。

2 常見的無人機(jī)輸電線路基礎(chǔ)巡線技術(shù)

2.1 多角度多光譜成像

AMTIS（機(jī)載多角度多光譜成像系統(tǒng)）的硬件功能可以有效得到自可見光至熱紅外共3 個(gè)波段的9 個(gè)角度相應(yīng)圖像，其屬于當(dāng)今唯一能夠得到多角度熱紅外圖像的主要設(shè)施。經(jīng)由拼接和采集圖像，對(duì)線路走廊三維地形、線路和物體距離圖、線下橫縱剖面圖以及正射影像圖等進(jìn)行查看，從而定位地理，對(duì)走廊實(shí)際狀況加以監(jiān)視，并且精準(zhǔn)定位危險(xiǎn)點(diǎn)以及各距離的量測(cè)。

2.2 激光雷達(dá)技術(shù)

當(dāng)前，在電力系統(tǒng)中輸電線路通道巡檢過程中所使用的無人機(jī)，通過激光雷達(dá)系統(tǒng)的巡線采集和電力沿線的激光點(diǎn)云處理，能夠真實(shí)的反應(yīng)出輸電線路的沿線地表形態(tài)和地形地貌，技術(shù)人員通過無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)所回傳的參數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)地表環(huán)境建模到實(shí)際情況的立體呈現(xiàn)，使其能夠了解輸電線路設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行情況和結(jié)構(gòu)信息，并準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)輸電線路設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的異常情況和安全隱患，及時(shí)的采取相應(yīng)的處理措施，避免輸電線路受到走廊中障礙物的影響發(fā)生故障跳閘等危險(xiǎn)。而且目前電力系統(tǒng)當(dāng)中輸電線路通道巡檢所應(yīng)用的無人機(jī)激光雷達(dá)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)防止泄漏資產(chǎn)的有效管理，并與智能電網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)鏈接，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)輸電線路運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的雙提升。這一技術(shù)最早的研究是在上個(gè)世紀(jì)90 年代中后期，其主要的原理在于利用GPS 定位與激光測(cè)距技術(shù)的搭配使用，可以實(shí)現(xiàn)快速、精確的對(duì)地面物體進(jìn)行高精度三維坐標(biāo)的測(cè)量和獲取，其具有更加精準(zhǔn)的測(cè)量水平，同時(shí)對(duì)于地物坐標(biāo)的獲取也更加快速，很多測(cè)繪行業(yè)都選擇使用機(jī)載激光雷達(dá)掃描技術(shù)進(jìn)行地面地形地貌的掃描和勘測(cè)。在電力系統(tǒng)的輸電線路巡檢工作中，利用機(jī)載激光雷達(dá)掃描技術(shù)對(duì)輸電線路沿線的地形和空間環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)的參數(shù)采集并回傳后，使其形成三維的空間立體結(jié)構(gòu)，其主要的應(yīng)用原理在于激光雷達(dá)技術(shù)能夠針對(duì)地形當(dāng)中的附著物進(jìn)行全方位的物體反射強(qiáng)度信息的獲取，并從激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中去除掉地物回波點(diǎn)，提取數(shù)字高程模型，進(jìn)而形成三維立體模型，讓技術(shù)人員能夠通過這些參數(shù)數(shù)據(jù)所建立的三維立體模型，掌握輸電線路通道的實(shí)際環(huán)境情況和空間的關(guān)系，借此來判斷輸電線路的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)[2]。

2.3 電子光學(xué)

因?yàn)樵诩芸蛰旊娋€路的瓷質(zhì)絕緣子串當(dāng)中，所有的絕緣子電壓并沒有均勻分布，其中與導(dǎo)線距離最接近的絕緣子擁有最高電壓。在一串絕緣子當(dāng)中，在出現(xiàn)零值絕緣子的時(shí)候，電壓其將會(huì)沿著絕緣子表面對(duì)應(yīng)重新進(jìn)行分布，而此時(shí)與導(dǎo)線距離最近的絕緣子相應(yīng)電壓會(huì)提升，從而使表面局部放電整體強(qiáng)度有所增加。此時(shí)結(jié)合其放電生成的光輻射自身強(qiáng)度，便能夠得到絕緣子串自身的絕緣性能。

3 無人機(jī)在輸電線路巡線方面的主要應(yīng)用途徑

優(yōu)化無人機(jī)巡檢路徑。目前無人機(jī)巡視主要采用高性能鋰電池作為動(dòng)力來源，由于鋰電池容量有限且受限于無人機(jī)載荷，導(dǎo)致多旋翼無人機(jī)續(xù)航時(shí)間較短，必須合理規(guī)劃巡檢路線，避免無效飛行。為提高無人機(jī)巡檢的效率和安全性，必須制定出科學(xué)合理的拍攝飛行路徑和拍攝方法，在滿足安全飛行的條件下可以遍歷所有巡檢點(diǎn)且飛行路程最短的路徑。結(jié)合大量實(shí)踐檢驗(yàn)、科學(xué)驗(yàn)證與分析，將無人機(jī)桿塔巡檢路徑規(guī)劃等效為不回到起點(diǎn)的TSP 問題來，選用窮舉法來進(jìn)行路徑規(guī)劃，結(jié)合實(shí)際情況將所有可行的路徑都計(jì)算出來，然后比較得出最優(yōu)路徑。

4 結(jié)語

無人機(jī)技術(shù)與電力巡檢工作的結(jié)合，從根本上提升了電力系統(tǒng)信息化管理的質(zhì)量。在今后的發(fā)展中，我們必須要對(duì)電力作業(yè)信息化管理流程進(jìn)行調(diào)整，使之更具有合理性、科學(xué)性，在無人機(jī)進(jìn)行電力巡檢的過程中必須要全程遵守作業(yè)流程的有關(guān)要求，避免不必要的問題[3]。