無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)

◆張華陽(yáng) 王賽賽 鮑健

無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)

◆張華陽(yáng) 王賽賽 鮑健

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 江蘇 210000）

電力線路的安全巡檢工作對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著極為重要的作用，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟化，電網(wǎng)安全工作人員開始把越來(lái)越多的無(wú)人機(jī)應(yīng)用于電力線路巡檢工作。將無(wú)人機(jī)技術(shù)運(yùn)用到電力線路巡檢工作中，以其便利性與靈活性，能為電網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)省大批的人力資源，促進(jìn)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的可持續(xù)發(fā)展。本文就無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電力線路巡檢工作的意義、無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)具體內(nèi)容、無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)展開論述與探討。

無(wú)人機(jī)；電力線路安全巡檢

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人們生活各方面的提升，人們對(duì)電力使用的安全穩(wěn)定性有了更高的要求。基于這種狀況，電力行業(yè)開始逐漸提升無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢在巡檢工作中的比例，目的是保障電力行業(yè)的安全有效發(fā)展，為民眾提供良好的用電環(huán)境。如何就無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行不斷的探索與完善是目前電力行業(yè)與無(wú)人機(jī)行業(yè)所重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

1 無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電力線路巡檢工作的意義

我國(guó)幅員遼闊、地大物博，很多電力線路架設(shè)在環(huán)境惡劣的地區(qū)，且電力線路多是暴露在外，未經(jīng)任何保護(hù)措施，長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)吹日曬與自然災(zāi)害影響，很容易產(chǎn)生一系列故障，這要求電力企業(yè)定期對(duì)電力線路進(jìn)行巡檢工作，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題。但是以前多采用人工巡檢的方法，對(duì)電力線路進(jìn)行巡檢工作，但是受環(huán)境因素影響，巡檢效率一直不高，且容易忽略掉很多細(xì)微的問(wèn)題，導(dǎo)致出現(xiàn)用電安全問(wèn)題。無(wú)人機(jī)技術(shù)興起之后，電力系統(tǒng)安全方面人員開始將無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電力線路巡檢工作，通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載巡檢設(shè)備完成巡檢工作，相對(duì)于傳統(tǒng)的人力巡檢方式有著多方面的積極意義，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：

其一，將無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在電力線路巡檢工作中，能夠有效避免惡劣環(huán)境對(duì)巡檢人員的傷害，極具安全性；其二，在任何時(shí)候都能進(jìn)行巡檢工作，排查電力系統(tǒng)中的問(wèn)題，極具便利性；其三，無(wú)人機(jī)巡檢速度最快可達(dá)一小時(shí)數(shù)十公里，相比于傳統(tǒng)形式的人工建立巡檢工作，極具高效性。雖然無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用還處于起步和發(fā)展階段，有著諸多的不足，但是隨著科技的發(fā)展，這些問(wèn)題都將得到解決，且如今的無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)有效結(jié)合了電子通訊技術(shù)、雷達(dá)定位技術(shù)、信息化分析技術(shù)等，讓無(wú)人機(jī)在電力線路安全巡檢中的應(yīng)用煥發(fā)出更強(qiáng)的生命力。

2 無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)具體內(nèi)容

1.1 無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)技術(shù)要求

無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)技術(shù)要求可以從三個(gè)方面簡(jiǎn)單概括：

（1）無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)工作

一般形式的無(wú)人機(jī)無(wú)法滿足電力線路安全巡檢的需求，因此設(shè)計(jì)師在就應(yīng)用于電力線路安全巡檢的無(wú)人機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，一定要充分考慮到電力線路安全巡檢過(guò)程中的需求，比如崎嶇地形的適應(yīng)能力、惡劣環(huán)境的信息傳輸能力等，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與電力線路安全巡檢的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)兩者的共同發(fā)展[1]。

（2）構(gòu)建信息化處理平臺(tái)

借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行信息化平臺(tái)的構(gòu)建，對(duì)無(wú)人機(jī)反饋的信息，能夠做到及時(shí)的處理與分析，并將其歸納總結(jié)，以此來(lái)判斷電力線路所處的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并且能夠精準(zhǔn)定位故障位置，為后續(xù)的檢修工作節(jié)省很多的工作量。

（3）檢驗(yàn)活動(dòng)

針對(duì)無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢進(jìn)行一系列的檢驗(yàn)活動(dòng)，判斷其能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電力線路中出現(xiàn)的問(wèn)題、是否能準(zhǔn)確定位以及其他工作內(nèi)容，以此來(lái)判斷無(wú)人機(jī)工作是否符合電力線路安全巡檢標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的記錄與歸檔處理，方便后續(xù)的改進(jìn)與完善，以此來(lái)促進(jìn)無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力線路安全巡檢方面的快速發(fā)展。

1.2 無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有三部分組成，分別是無(wú)人機(jī)及其他附加設(shè)備、地面信息獲取系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。以下就這三個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)談?wù)摚?/p>

（1）無(wú)人機(jī)及其他附加設(shè)備

無(wú)人機(jī)自不必說(shuō)，其他設(shè)備主要包括巡檢設(shè)備、數(shù)據(jù)獲取裝備、傳感裝備等，通過(guò)這些設(shè)備幫助無(wú)人機(jī)完成電力線路安全巡檢工作，并將獲取的信息及時(shí)傳遞給地面信息獲取設(shè)備。

（2）地面信息獲取系統(tǒng)

地面信息獲取系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的信息獲取設(shè)備，應(yīng)當(dāng)具有更高的信息獲取能力，以便收取無(wú)人機(jī)在惡劣環(huán)境下傳輸而來(lái)的微弱信息信號(hào)[2]。

（3）地面數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

地面數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備對(duì)地面信息獲取系統(tǒng)接收信息的歸納、分析、總結(jié)等工作，并及時(shí)地呈現(xiàn)給相關(guān)工作人員，以便后續(xù)的檢修工作。

1.3 無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)任務(wù)

無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)任務(wù)主要有三個(gè)，以下進(jìn)行具體論述：

（1）完成巡檢任務(wù)

對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行控制，讓其按照固定的巡檢線路飛行，并且使之搜集相關(guān)的巡檢信息，其后完成對(duì)無(wú)人機(jī)搜集信息的接收工作。

（2）完成信息傳輸工作

無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)將接收到的信息傳輸給后臺(tái)的相關(guān)工作人員，以推動(dòng)后續(xù)的工作安排，起到過(guò)渡的作用。

（3）完成數(shù)據(jù)分析工作

無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析工作是整項(xiàng)電力線路安全巡檢工作的總結(jié)階段，對(duì)所得的信息進(jìn)行信息化處理，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題，保障電力線路安全。

3 無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有很多種，在此不能全部概括，挑選比較突出的技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述，大概包括無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)控制技術(shù)、電力線路故障探測(cè)技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、正射影像采集技術(shù)、地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

3.1 無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)控制技術(shù)

無(wú)人機(jī)電力線路巡檢工作一般應(yīng)用于戶外，受天氣、地理環(huán)境的影響，其中強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)雨、雷電等天氣對(duì)其影響尤其大，因此如何控制無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，使之在電力線路巡檢工作中能夠有效避免這些危險(xiǎn)因素，是目前的無(wú)人機(jī)研究者需要重點(diǎn)思索的問(wèn)題。且目前關(guān)于無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)控制技術(shù)已經(jīng)取得了初步的突破，并在不斷的發(fā)展中，比如LQG無(wú)人機(jī)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)俯仰、翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作控制，PID無(wú)人機(jī)控制器可以有效地改變無(wú)人機(jī)的航道，這些技術(shù)都可以應(yīng)用在無(wú)人機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避方面。無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)控制技術(shù)還處于發(fā)展階段，需要無(wú)人機(jī)研發(fā)者根據(jù)電力線路巡檢工作進(jìn)行不斷改進(jìn)與完善。

3.2 電力線路故障探測(cè)技術(shù)

電力線路故障探測(cè)技術(shù)是無(wú)人機(jī)電力線路巡檢工作的核心內(nèi)容，如果無(wú)法對(duì)故障進(jìn)行有效的探測(cè)，無(wú)人機(jī)電力線路巡檢工作將沒(méi)有任何意義。以下可以從三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行闡述電力線路故障探測(cè)技術(shù)在無(wú)人機(jī)電力線路巡檢工作中的應(yīng)用：

（1）視覺探測(cè)技術(shù)

將視覺探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)電力線路巡檢工作中，主要是通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載高清攝像機(jī)的方式來(lái)完成。通過(guò)無(wú)人機(jī)的電力線路巡檢工作，高清攝像機(jī)完成對(duì)巡檢過(guò)程中的電力線路拍攝，并且實(shí)時(shí)將照片或者視頻傳輸給地面信息獲取系統(tǒng)，進(jìn)而傳輸給相關(guān)工作人員。視覺探測(cè)技術(shù)對(duì)于電力線路中的顯性故障即線路斷裂、電線桿傾斜等肉眼可見的故障能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，視覺探測(cè)技術(shù)應(yīng)用在無(wú)人機(jī)電力線路巡檢工作中程度的高低，與高清攝像機(jī)所拍攝的圖片或者視頻有著最直接的關(guān)系[3]。

（2）紅外線與紫外線探測(cè)技術(shù)

紅外熱成像儀能夠提取自身溫度超過(guò)周邊溫度的異常升溫點(diǎn)，利用紅外熱成像儀能夠?qū)﹄娏€路中線夾、絕緣子等的異常發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)；紫外熱成像儀能夠接收設(shè)備放電中產(chǎn)生的紫外光訊號(hào)，利用紫外熱成像儀的這種作用，可以檢查出電力線路中的漏電情況，進(jìn)而提升電力線路的安全運(yùn)行。但是需要注意的是，因?yàn)樘?yáng)光或者其他人造光源中也含有紫外光訊號(hào)，會(huì)對(duì)紫外熱成像技術(shù)應(yīng)用在電力線路巡檢工作中產(chǎn)生一定的影響，相關(guān)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，需將這部分因素考慮在內(nèi)。

（3）激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)

激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在電力線路巡檢工作中的作用主要是定位電力線路故障所在，為后續(xù)的檢修工作提供具體的位置信息。目前的激光技術(shù)能夠有效完成角度檢測(cè)工作、長(zhǎng)度與距離測(cè)量工作，將激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)與無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，可以讓地面工作人員根據(jù)激光雷達(dá)的掃描線路，獲取激光點(diǎn)的云數(shù)據(jù)信息，然后通過(guò)高清攝像機(jī)的航拍對(duì)故障位置進(jìn)行三維建模，進(jìn)而確定其位置；在另一方面，也可根據(jù)電力線路與周邊建筑或者樹木等的距離來(lái)確定其準(zhǔn)確位置。

3.3 無(wú)線通訊技術(shù)

無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的無(wú)線通訊技術(shù)主要應(yīng)用在無(wú)人機(jī)的遙控測(cè)量功能、跟蹤定位功能與信息傳輸功能等。以無(wú)人機(jī)的遙控測(cè)量功能為例進(jìn)行分析，無(wú)人機(jī)的遙控測(cè)量功能主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，測(cè)量無(wú)人機(jī)本身的狀況；其二，測(cè)量無(wú)人機(jī)的信息傳輸功能，無(wú)線通訊技術(shù)可以讓地面工作人員對(duì)無(wú)人機(jī)的這兩種狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。其次無(wú)人機(jī)定位功能也能與無(wú)線通訊技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，讓地面工作人員對(duì)無(wú)人機(jī)的具體位置了如指掌。

3.4 正射影像采集技術(shù)

正射影像采集技術(shù)應(yīng)用在無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的主要作用是根據(jù)無(wú)人機(jī)在進(jìn)行電力線路安全巡檢中的實(shí)際情況，在GPU的基礎(chǔ)上，提升高清攝像機(jī)的圖片采集速度，同時(shí)能夠幫助無(wú)人機(jī)快速處理相關(guān)攝像圖片或者視頻等。

3.5 地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)

在無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中，地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要是利用POS系統(tǒng)，紅、紫外線成像儀等設(shè)備完成對(duì)無(wú)人機(jī)傳下的信息進(jìn)行接收與融合，并且形成對(duì)應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)，并將其傳輸給數(shù)據(jù)分析中心。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述可知，隨著電力行業(yè)的高速發(fā)展，電力線路數(shù)量的增長(zhǎng)，電力行業(yè)開始逐漸提升無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢在巡檢中的比例。實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在電力線路安全巡檢工作中的合理運(yùn)用，需要相關(guān)工作者結(jié)合電力線路安全巡檢實(shí)際情況與無(wú)人機(jī)現(xiàn)狀進(jìn)行不斷的探索與改革，進(jìn)而促進(jìn)兩者的高速融合，提升電力線路安全巡檢質(zhì)量與效率，保障電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]彭向陽(yáng)，劉正軍，麥曉明，等.無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)（J）.遙感信息，2017，30（1）：51-57.

[2]寧柏鋒.無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢的關(guān)鍵技術(shù)分析（J）.計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2018（4）：161.

[3]麥曉明，劉正軍，彭向陽(yáng)，等.無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢航線及任務(wù)規(guī)劃軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（J）.廣東電力，2017，26（12）：81-85.