無人機(jī)巡檢技術(shù)在架空輸電線路巡檢中的實(shí)踐應(yīng)用

王煥 陳杰

摘 要：巡檢作業(yè)是保障輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，而無人機(jī)巡檢作為信息時代新興起的巡檢技術(shù)，其不僅可以顯著提高巡檢效率和巡檢質(zhì)量，且不受環(huán)境因素的影響可多方位、多角度完成巡檢作業(yè)，因而在實(shí)際應(yīng)用中也得到了巡檢人員的廣泛認(rèn)可。接下來，筆者將圍繞無人機(jī)巡檢這一技術(shù)，從基本概述、系統(tǒng)組成、作業(yè)流程、巡檢類型、安全要求等方面對其展開探究。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)巡檢技術(shù);架空輸電線路;實(shí)踐應(yīng)用

隨著我國電網(wǎng)建設(shè)水平不斷提高，長距離、高海拔、大跨越等高建設(shè)難度的輸電線路也越來越多，這些輸電線路在提高廣大人民群眾用電質(zhì)量的同時也大幅度增加了運(yùn)維巡檢人員的工作難度。為了有效地解決這一問題，緩解線路巡檢人員的工作壓力，無人機(jī)巡檢技術(shù)逐漸發(fā)揮了其應(yīng)有的作用價值，這也是筆者將要重點(diǎn)闡述的主要內(nèi)容。

一、無人機(jī)巡檢技術(shù)

（一）基本概述

無人機(jī)巡檢技術(shù)主要是指工作人員通過對無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，利用無人機(jī)中的傳感設(shè)備來高效、高質(zhì)地完成對電力工程中架空輸電線路的自動巡檢工作。與傳統(tǒng)的人工巡檢方式相比，該技術(shù)可以將巡檢效率提升八至十倍，且具有成本低廉、安全高效、操作簡單、機(jī)動靈活、視野良好、無須線路改造等應(yīng)用優(yōu)勢。雖然目前我國線路巡檢工作中人工巡檢和無人機(jī)巡檢各占一半，但顯而易見，隨著無人機(jī)巡檢技術(shù)的不斷優(yōu)化，想必其所占比例也會隨之增加，成為未來電網(wǎng)巡檢的重要支柱。

（二）系統(tǒng)組成

（1）無人機(jī)平臺。目前市場上比較常見的無人機(jī)設(shè)備有三種：第一種是無人直升機(jī)，與傳統(tǒng)形式的直升機(jī)結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別則為工作人員可對其進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，與其他兩種無人機(jī)相比劣勢相對明顯，如體積偏大、操作難度系數(shù)高、造價成本高等。第二種是多旋翼無人機(jī)，由多個旋翼構(gòu)成，工作人員可通過改變旋翼速度來實(shí)現(xiàn)對其飛行姿態(tài)的控制，常應(yīng)用于架空線路中的精細(xì)巡查作業(yè)中。第三種是固定翼無人機(jī)，通常將渦輪發(fā)動機(jī)或者螺旋槳作為源動力，續(xù)航時間相對較長，常應(yīng)用于架空線路中大范圍、高航程的巡查作業(yè)中。

（2）數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。無人機(jī)平臺的主要作用是為了搭載傳感器、POS、穩(wěn)定平臺、避障系統(tǒng)等機(jī)械設(shè)備。具體如下：第一，傳感器，如紅外成像、激光掃描、光學(xué)相機(jī)、之外成像等;第二，POS，可幫助工作人員對無人機(jī)設(shè)備的具體位置進(jìn)行測定，同時可對多次巡檢作業(yè)所獲取的數(shù)據(jù)信息在同一空間坐標(biāo)時間線上進(jìn)行歷史對比;第三，穩(wěn)定平臺，主要用于將無人機(jī)設(shè)備處于正常飛行狀態(tài)時外界的擾動因素進(jìn)行隔離，提高設(shè)備飛行穩(wěn)定性，從而保障最終的成像質(zhì)量[1];第四，避障系統(tǒng)，通過雷達(dá)傳感器對飛行路線中的障礙物位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位探測，以規(guī)避飛行過程中潛在的風(fēng)險因素。

（3）地面測控站。主要功能如下：第一，輔助工作人員對無人機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和操作控制;第二，控制傳感器對數(shù)據(jù)信息的獲取方式;第三，為無人機(jī)進(jìn)行領(lǐng)航。

（4）數(shù)據(jù)通信鏈。通常包括機(jī)載的信號接收和信號發(fā)射設(shè)備、地面測控站中的信號接收和信號發(fā)射設(shè)備、通信中繼設(shè)備等。主要作用為保障無人機(jī)設(shè)備與地面測控站之間的數(shù)據(jù)通信的可靠性。

（5）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常是利用遙感數(shù)據(jù)處理或者攝影測量的方式來完成對無人機(jī)設(shè)備所采集的影響。視頻、數(shù)據(jù)、點(diǎn)云、坐標(biāo)等信息進(jìn)行高效處理，從而對輸電線路的運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確掌握。

二、實(shí)踐應(yīng)用探究

（一）作業(yè)流程

目前無人機(jī)設(shè)備在線路巡檢工作中的作業(yè)流程趨于統(tǒng)一化，具體包括以下步驟。第一，空域申報(bào)，工作人員在開展線路巡檢工作的前一周，工作人員應(yīng)對巡檢空域的使用進(jìn)行申報(bào)，申報(bào)內(nèi)容包括飛行空域、飛行計(jì)劃等，所申報(bào)的飛行區(qū)域應(yīng)與其他空域的水平間距應(yīng)超過20千米，垂直間距則應(yīng)超過2000米。第二，計(jì)劃編制，工作人員可根據(jù)安質(zhì)部門、運(yùn)行單位、省調(diào)巡檢對架空線路所提出的建議以及輸電線路對無人機(jī)巡檢工作的實(shí)際要求來確定巡檢內(nèi)容，包括全線、定點(diǎn)、定線等路線設(shè)定。第三，巡檢準(zhǔn)備，為了可以最大限度上確保巡檢作業(yè)能夠順利完成，工作人員應(yīng)在巡檢之前做好充分地準(zhǔn)備工作，如無人機(jī)設(shè)備檢查。通信傳輸回路檢查、機(jī)載巡檢設(shè)備校驗(yàn)、控制模塊檢驗(yàn)、動力裝置啟動等等。第四，巡檢執(zhí)行，無人機(jī)技術(shù)在巡檢過程中需嚴(yán)格按照《技術(shù)導(dǎo)則》《技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化操作[2]。第五，巡檢報(bào)告，在巡檢時工作人員還應(yīng)及時地對線路巡檢相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，為該輸電電路后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)提供數(shù)據(jù)參考。

（二）巡檢類型

（1）正常巡檢。通常是指工作人員根據(jù)架空輸電線路在運(yùn)行過程中的實(shí)際序曲對其進(jìn)行周期制的巡檢作業(yè)，并對其開展紅外成像或者可見光等巡檢項(xiàng)目，具體巡檢內(nèi)容如表1所示。

（2）故障巡檢。故障巡檢通常是當(dāng)輸電線路發(fā)生故障問題時，無人機(jī)設(shè)備可在故障區(qū)域進(jìn)行全方位的故障巡檢，及時地將故障區(qū)域內(nèi)的故障情況以及故障范圍向工作人員進(jìn)行反饋，將輸電線路局部故障問題所造成的損失和危害降至最低。當(dāng)工作人員接收到由無人機(jī)拍攝的線路圖像時，需對其進(jìn)故障類型進(jìn)行進(jìn)一步明確[3]。傳統(tǒng)圖像處理方式大多以人眼判斷為主，不僅效率低，工作量大，且很難準(zhǔn)確地處理一些相對復(fù)雜的線路故障情況。針對這種情況，工作人員可積極引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，如路桿塔檢測模型，其可以通過圖像獲取、聚類分析、特征匹配等方式自動判斷出桿塔中潛在的故障問題。

（3）鳥害巡檢。由于輸電線路通常被設(shè)置在丘陵、高山等地區(qū)，且通常以高塔架設(shè)為主，符合鳥林筑巢要求，因而常常會受到鳥類的影響導(dǎo)致輸電線路頻繁出現(xiàn)故障且無法正常運(yùn)行。為了可以有效地解決鳥害問題，工作人員可根據(jù)年鳥類物種的遷徙特性及筑巢習(xí)慣，利用無人機(jī)設(shè)備在筑巢前期對其進(jìn)行驅(qū)趕，對筑巢后期實(shí)施監(jiān)控巡檢，幫助工作人員更好地了解線路中不同區(qū)間的鳥害情況，并對其實(shí)施針對性地驅(qū)趕措施，以保障該區(qū)域段內(nèi)輸電線路的安全運(yùn)行。

（4）外破巡檢。為了避免輸電線路因車輛吊裝、工程建設(shè)、市政修路、挖方取土等施工作業(yè)而受到破壞，導(dǎo)致輸電線路無法進(jìn)行正常運(yùn)行，工作人員應(yīng)定期利用無人機(jī)設(shè)備對輸電線路的沿線區(qū)域進(jìn)行外破巡檢，為預(yù)防外破隱患提供影響參考，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)對施工企業(yè)進(jìn)行及時溝通。

（5）山火巡檢。隨著退耕還林理念在國內(nèi)各地的不斷滲透，輸電下路沿線的植被也隨之增多，從生態(tài)環(huán)保的角度來看植被數(shù)量增多是利國利民的好事，但同時也在一定程度上增加了輸電線路的防火壓力。尤其對于一些容易發(fā)生山火的季節(jié)和地區(qū)，工作人員應(yīng)合理地利用無人機(jī)設(shè)備對對山區(qū)、森林等區(qū)段內(nèi)的輸電線路進(jìn)行全方位的房山會巡檢，顯著降低山火對輸電線路造成損害的概率[4]。

（6）災(zāi)后巡檢。當(dāng)輸電線路所屬區(qū)段發(fā)生山土滑坡、水災(zāi)、泥石流、地震等不可控的自然災(zāi)害后，為了保障巡查人員的人身安全，工作人員可利用無人機(jī)設(shè)備第一時間進(jìn)入受災(zāi)區(qū)域來完成相應(yīng)的巡檢工作，并對去內(nèi)的線路情況進(jìn)行有效收集，為工作人員后續(xù)的災(zāi)后線路重建工作提供參考依據(jù)。

（7）樹竹巡檢。春季和夏季是樹竹最適宜的生長期，處于該時間段內(nèi)的樹竹生長速度快，因此極易導(dǎo)致輸電線路發(fā)生跳閘問題。對此工作人員可借助無人機(jī)設(shè)備并機(jī)載雷達(dá)探測或激光測距等巡檢設(shè)備對特定區(qū)域內(nèi)的樹竹隱患問題進(jìn)行排查，從而掌握輸電線路的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境情況，為后續(xù)的樹竹掃障工作提供參考。

（8）紅外巡檢。通常來說，每年的夏季是我國用電的高峰期，輸電線路在運(yùn)行過程中常常會出現(xiàn)設(shè)備異常發(fā)熱及其相關(guān)故障問題。對此工作人員可利用無人機(jī)設(shè)備機(jī)載紅外測溫來緩解人工紅外測溫工作的壓力，同時還可對地勢惡劣地區(qū)的輸電線路運(yùn)行情況進(jìn)行快速診斷，在提高巡檢效率的同時其巡檢質(zhì)量也得到了保障。

（三）安全要求

安全要求設(shè)定的目的在于提高輸電線路巡檢作業(yè)的可靠性，具體要點(diǎn)如下。第一，盡可能地選擇在良好天氣中進(jìn)行無人機(jī)巡檢作業(yè)，若必須在惡劣天氣開展時，工作人員應(yīng)結(jié)合巡查線路及天氣情況制定相應(yīng)的緊急預(yù)案，在相關(guān)部門批準(zhǔn)后再執(zhí)行巡檢任務(wù)。第二，盡可能地選擇安全空域進(jìn)行巡檢，盡量避免受炸石、火焰、無線電、爆破、煙霧等因素影響較大的空域。第三，在安全距離內(nèi)進(jìn)行無人機(jī)巡檢，如表2所示。

三、結(jié)語

我們不可否認(rèn)的是，無人機(jī)巡檢已然成為輸電線路項(xiàng)目中巡檢作業(yè)未來的發(fā)展趨勢。雖然現(xiàn)階段人工巡檢已然占據(jù)一席之地，但筆者相信隨著無人機(jī)巡檢技術(shù)的不斷優(yōu)化和提升，其一定能夠逐漸代替人工巡檢為輸電線路的安全運(yùn)行做出更大的貢獻(xiàn)，為我國電力領(lǐng)域的長期發(fā)展添加助力，這也是每一位從事輸電線路巡檢作業(yè)工作人員的美好希冀。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵瑰瑋，劉壯，付晶，談家英，等.架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)研究進(jìn)展[J].高電壓技術(shù)，2020，46（01）：14-22.

[2]陳劍剛，姚璞，楊俊武，等.無人機(jī)在架空輸電線路巡檢中的應(yīng)用研究[J].湖南電力，2019，39（05）：74-77.

[3]吳立遠(yuǎn)，畢建剛，常文治，等.配網(wǎng)架空輸電線路無人機(jī)綜合巡檢技術(shù)[J].中國電力，2018，51（01）：97-101+138.

[4]陳利明，劉偉東，李源源，等.無人機(jī)系統(tǒng)在架空輸電線路巡檢業(yè)務(wù)中的應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2017（s1）：169-172.