基于配電網架空線路無人機自主巡檢技術分析

程進 劉智華 國網陜西省電力公司黃陵縣供電公司

配電網架空線路是現代電力系統(tǒng)中的主要設施，隨著社會人群對電能的需求越來越大，架空線路數量大幅增長，整體架構也變得更加復雜，這時線路運維、檢修工作的難度大幅增長，以往普遍使用的人工巡檢模式已經無法滿足工作要求。為此，架空線路管理部門引進了無人機巡檢技術，該項技術成功彌補了人工巡檢模式的不足，能夠幫助人工了解配網架空線路情況，做好運維、檢修工作。

一、無人機自主巡檢技術

自主巡檢技術是配電網架空線路無人機巡檢技術研究中的重點課題，該項技術在理論上能夠讓無人機自主飛行、運作，基本可以擺脫人工。根據現有研究成果可知，可以使用激光雷達、實時動態(tài)高精度定位技術來實現無人機自主巡檢，其中激光雷達技術能夠自動獲取飛行線路的高精度三維點云數據，由此能對飛行線路進行規(guī)劃，而實時動態(tài)高精度定位技術能夠對無人機實際飛行路線進行控制，確保無人機飛行路線與規(guī)劃路線吻合。

現實情況中自主巡檢技術尚處于研究階段，因為該項技術的實施涉及到無人機飛行時的航高、坐標、慣性等多種不確定的因素，所以該項技術在目前研究中的成本會比較高。同時，無人機在對配電網架空線路進行巡檢時要考慮到桿塔巡檢的精細程度，而激光雷達技術在這方面還不夠成熟，無法投入實際運用，這是該項技術未來的研究方向。此外，自主巡檢技術還有很多待研究的點，如無人機續(xù)航問題、地面工作站巡檢任務采集功能等，這些問題不但尚未解決，也沒有產生對應的技術，這也是后續(xù)需要研究的重點。

二、無人機自主巡檢功能應用

通過配電網架空線路無人機巡檢平臺，對無人機進行人工遠程操控，記錄無人機飛行軌跡及操作動作流程，同時將架空線路以每條線路為基礎建立巡檢任務。巡檢任務的內容包括線路名稱、線路所屬運維小組、巡檢頻率和巡檢位置等信息。當無人機接到巡檢平臺下達的巡檢指令后，立即從全自動機場起飛，按照存儲的飛行軌跡和操作動作指令，完成本次全部飛行任務和操作動作，此過程中無人機可以在線路中間的臨時停機場完成電池的自動更換，以達到長時間、長距離巡檢的巡檢要求。

一般情況下，無人機搭載的高倍攝像頭完成對架空線路及其周邊環(huán)境所有關注細節(jié)的拍攝工作，將高清照片或視頻通過網絡傳輸至邊緣物聯代理，由邊緣物聯代理實現對圖像數據的智能識別，然后將分析結果上傳至巡檢平臺，并自動生成巡檢報告從而完成整個全自動巡檢任務。同時無人機還可以搭載激光設備，以月或季度為周期，利用激光點云技術完成對架空線路及其周邊的掃描，并通過網絡將數據上傳至巡檢平臺，由巡檢平臺對上傳數據進行分析、處理，自動生成巡檢報告，實現對配電網架空線路及其周邊環(huán)境的安全評估。

三、配電網架空線路無人機自主巡檢技術應用存在的問題

（一）圖像數據處理

無人機巡檢圖像數據主要來源于光學影像數據和激光雷達點云數據。其中，激光雷達點云數據的處理已具有較高的智能自動化處理水平，應用商業(yè)軟件再加上少量的人工干預即可。而光學影像數據，包括可見光影像、紅外影像等數據的智能化處理尚不成熟，還在處在初步研究階段。目前，可將光影像數據智能化處理是輸電線路無人機自主巡檢圖像處理領域的熱門研究方向。傳統(tǒng)的電力設備圖像數據處理方法是基于人工設計特征提取的機器學習圖像目標檢測方法。然而，該方法存在檢測對象單一的問題，且存在漏檢、錯檢的風險。在配電網架空線路巡檢中，有將近900多種常規(guī)缺陷，并且電力設備的型號眾多，設備之間外形差異較大，基于上述傳統(tǒng)圖像處理方法僅能檢測單一或少數幾種電力設備，缺乏基本的通用性和較高的可靠性，因而實際工程應用價值較低。隨著計算機性能的不斷提升和智能算法的不斷發(fā)展，有學者提出可建立大型的數據集，將深度學習算法引入架空線路無人機自主巡檢圖像的數據處理中。從現有研究來看，深度學習技術在該領域中確實具有更大的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?。但是，目前還難以建立起比較完善的數據集，制約了深度學習技術在架空線路無人機自主巡檢圖像數據智能處理中的發(fā)展。

（二）無人機續(xù)航

無人機續(xù)航能力不足是配電網架空線路無人機自主巡檢技術中存在的另一關鍵問題，已嚴重制約了架空線路巡檢的效率。目前，無人機續(xù)航時間通常為30min左右。為解決無人機的續(xù)航問題，部分地區(qū)已開始采用了設置無人機機巢的方法。無人機機巢主要有巡檢車改裝而成的移動式機巢和固定于桿塔頂部的固定式機巢。其中，移動式機巢可在一定程度上提高無人機巡檢的續(xù)航時間，但并不適應無人機自主巡航的發(fā)展趨勢，并且人工、維護等成本較高；而固定式機巢僅需少量的人工干預，更加契合無人機自主巡檢的要求，因而具有較好的應用前景。然而，如何將固定式機巢完備地融合于架空線路無人機智能巡檢技術中，還有諸多技術難點需要攻克。

（三）無人機自主巡檢方法和規(guī)程

當前，配電網架空線路無人機自主巡檢作業(yè)仍處于試驗階段，相關方法和技術并不成熟，整個巡檢作業(yè)流程尚未形成統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范。根據傳統(tǒng)的巡檢方法和現有的巡檢經驗，可將架空線路無人機巡檢作業(yè)按照巡檢內容主要分為線路本體、附屬設施、通道及電力保護區(qū)三大部分。在無人機自主巡檢作業(yè)中，涉及人員配備、作業(yè)前準備、無人機準備、巡線工作、圖像視頻傳輸、圖像處理等多個步驟。提出一種標準、規(guī)范的架空線路無人機自主巡檢方法和規(guī)程是應用配電網架空線路無人機自主巡檢技術的關鍵一步。

四、無人機自主巡檢技術更好應用于配電網架空線路中的策略

（一）精準掃描

在整個配電網架空線路的運行系統(tǒng)當中，不僅存在一些容易觀察到的設備，同時也存在著許多微小不易觀察到的設備。因此，對于無人機自主巡檢當中要用精準的掃描儀確保這些微小的設備都能夠得到觀測和分析。因此，如果想要使無人機自主巡檢在架空線路當中得到更精確的結果，不僅需要使大范圍的設備都能夠得到檢測，同時也要保證一些微小的設備得到掃描分析。在進行大范圍的設備檢測時可以使用無人機的弧垂檢測技術，弧垂測量技術是一種基于無人機技術進行線路的弧垂高度測量的檢測系統(tǒng)方式，整個檢測系統(tǒng)主要由，數碼相機，微波發(fā)射器，微波接收器，地面控制中心，計算機操作系統(tǒng)等等組成。在進行無人機自主巡檢的時候，將數碼相機和發(fā)射器安裝到無人機的旋翼當中，并且將這些相機發(fā)射器等等與無人機的控制面板相聯系，與地面的計算機操作控制系統(tǒng)總部相結合。在地面的控制中心又與無人機上的微波器相聯系，這種測量方式在無人機的巡檢當中具有很高效的運行效率，而且在節(jié)約時間的同時也保證了測量結果的正確性。在進行微小的設備掃描當中，可以采取智能模式與人工模式相結合的方法，將目標設備的相關信息提前錄入到無人機的電子信息系統(tǒng)當中。這樣就可以在很大程度上減少人工操作中所產生的一些事故，更加精確獲得設備的信息和圖片掃描結果。這種模式不僅保證了配電網架空線路巡檢的準確性，也使得工作人員的壓力得到了減緩。

（二）管理和應用無人機的巡檢數據

采用無人機技術的監(jiān)測范圍更加的廣泛，精確度也更高，同時他還可以將監(jiān)測到的數據進行儲存。這些儲存的數據對于高壓線路的檢測來說是十分有作用的。因此，要充分利用在系統(tǒng)庫中所儲存的數據，可以將無人機自主巡檢時的每次次數和結果都與之前進行一個對比，這樣可以很明顯看到檢測數據的變化波動，從而判斷出無人機的狀態(tài)，及時做出一些調整，保證無人機狀態(tài)的運行。通過其數據來具體判別桿塔數據，將桿塔隱患分析結果和具體編號、線路路徑、具體位置等綜合起來，提升桿塔的管理水平。

五、結束語

綜上所述，這對于配電網架空線路的自主巡檢當中無人機的存在是一個非常有優(yōu)勢的存在，它含有許多現代的高科技因素，更加的具有科技化、智能化。因此，我們可以加強研究并普及無人機自主巡檢技術在配電網架空線路中的應用，但就目前的發(fā)展情況而言，但還存在著一些問題需要我們進行一些探索和解決。