高壓輸電線路的無人機(jī)電力巡檢技術(shù)

陳驍航

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會對于電能的需求不斷增加，輸電線路里程不斷增長，并且線路沿線地區(qū)建設(shè)不斷加快，施工機(jī)械等活動(dòng)頻繁，輸電線路防外破保護(hù)點(diǎn)不斷增加，造成輸電運(yùn)檢人員不足的問題日益凸顯，使無人機(jī)巡檢成為提升檢修效率的重要手段之一。根據(jù)國網(wǎng)公司公布的數(shù)據(jù)，無人機(jī)巡檢架空線路巡檢效率是傳統(tǒng)人工巡檢效率的8倍以上，在其他特定巡檢任務(wù)中，無人機(jī)巡檢效率也遠(yuǎn)超傳統(tǒng)人工巡檢方式，在一定程度上緩解了巡檢工作壓力，但是由于小型多旋翼無人機(jī)巡檢過程中仍需要人工處理大量圖像數(shù)據(jù)，并且巡檢人員也需要具備較高的無人機(jī)操作水平和維護(hù)技能，專業(yè)化無人機(jī)巡檢人員的欠缺和智能化水平的不足嚴(yán)重制約無人機(jī)巡檢進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。本研究通過對電力巡檢無人機(jī)主要工作模式入手，對現(xiàn)階段無人機(jī)智能巡檢中所需的影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)、自主巡航技術(shù)及續(xù)航等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，探索可行的無人機(jī)智慧巡檢方案，為無人機(jī)智能巡檢的應(yīng)用提供一些有益的參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路;無人機(jī);巡檢;研究

1無人機(jī)技術(shù)及其核心組成

無人機(jī)是指不需要由駕駛員在機(jī)艙內(nèi)操作完成駕駛的一種飛機(jī)，其主要借助遙控技術(shù)或自動(dòng)駕駛技術(shù)來完成相關(guān)任務(wù)的飛行載具。與載人飛機(jī)相比，無人機(jī)的操作更為便捷、體積小、自重輕、應(yīng)用成本更低。早期無人機(jī)技術(shù)主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，但隨著其技術(shù)快速發(fā)展，無人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。目前，無人機(jī)在電網(wǎng)企業(yè)中的應(yīng)用主要是固定翼、多旋翼、無人直升機(jī)三種類型。固定翼無人機(jī)飛行速度較快，具有較遠(yuǎn)的續(xù)航里程，能夠搭載可見光傳感器，在輸電線路路徑巡視觀測工作中的應(yīng)用較多。多旋翼無人機(jī)的飛行模式較為靈活機(jī)動(dòng)，能夠隨時(shí)懸停，從而完成短距離觀測、攝影，但外部環(huán)境對其影響較大，續(xù)航里程相對較短。無人機(jī)核心部分組成包括無人機(jī)飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)鏈。其中，無人機(jī)飛控系統(tǒng)是其核心系統(tǒng)，與載人飛機(jī)中的駕駛員地位相當(dāng)。無人機(jī)完成啟動(dòng)、升空、飛行等各項(xiàng)操作，都需要依靠飛控系統(tǒng)的控制。無人機(jī)飛控系統(tǒng)中，包括微型計(jì)算機(jī)、傳感器、伺服系統(tǒng)等，飛機(jī)在半空的懸停、緊急控制等，都由這些系統(tǒng)裝置控制完成。無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)相當(dāng)是飛行員的雙目，在導(dǎo)航系統(tǒng)中預(yù)設(shè)好飛行路線后，無人機(jī)會根據(jù)設(shè)定好的路線飛行作業(yè);同時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)也會向地面操作人員傳輸無人機(jī)位置信息，從而使地面人員準(zhǔn)確獲取無人機(jī)坐標(biāo)位置。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈可以分成上行數(shù)據(jù)鏈與下行數(shù)據(jù)鏈。前者完成操作人員對無人機(jī)的遙控，后者完成將向地面?zhèn)鬏敓o人機(jī)數(shù)據(jù)及進(jìn)行無人機(jī)遙測。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)沁B接無人機(jī)與地面的有效鏈接，從而完成數(shù)據(jù)的相互傳輸、控制等任務(wù)。

2高壓輸電線路的無人機(jī)電力巡檢技術(shù)

2.1無人機(jī)巡檢的實(shí)施方案

無人機(jī)飛行機(jī)動(dòng)靈活、操作簡單、懸停穩(wěn)定性高，抵御陣風(fēng)能力強(qiáng)，可以通過可見光相機(jī)及各種成像技術(shù)對線路狀況進(jìn)行巡檢，并將采集的資料信息提供給巡檢人員進(jìn)行分析，也可在線路大型檢修作業(yè)前進(jìn)行勘測，提前檢查設(shè)備狀況，便于檢修方案的制定?？梢姽庀鄼C(jī)可對桿塔、絕緣子串、金具等設(shè)備的外觀進(jìn)行巡查;紅外熱成像技術(shù)是對線路局部異常發(fā)熱進(jìn)行檢測，從而判斷輸電線路的具體故障點(diǎn)和類型;電子光學(xué)檢測則是能夠檢測線路是否發(fā)生漏電;而激光振動(dòng)檢測則是檢測絕緣子是否發(fā)生破裂。不同的檢測技術(shù)的特點(diǎn)不同，應(yīng)用場景也不同?；跓o人機(jī)巡檢的特點(diǎn)，在對線路的巡檢過程中，分析不同巡檢的任務(wù)需求、線路所處環(huán)境特點(diǎn)等因素，選取適當(dāng)?shù)姆绞介_展線路巡檢。

2.2自主巡航技術(shù)

自主巡航技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主巡航的核心技術(shù)，常規(guī)分為人工示教和建模與定位技術(shù)2種，示教航線學(xué)習(xí)技術(shù)主要是在巡檢過程中由巡檢人員設(shè)定精準(zhǔn)位置和姿態(tài)信息，無人機(jī)在存儲相關(guān)信息后，無人機(jī)依照預(yù)先設(shè)定信息進(jìn)行自主巡檢。但是由于該技術(shù)主要由北斗和GPS定位技術(shù)進(jìn)行技術(shù)支撐，而民用無人機(jī)定位精度誤差在2～10m，電力巡檢過程中需要面對較為復(fù)雜且不斷變化的航道環(huán)境，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)巡檢工作規(guī)范，無人機(jī)需要與線路保持10m以上安全距離，因此現(xiàn)階段主流主要采用RTK（real-timekinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分定位技術(shù)，即通過借助激光雷達(dá)掃描精度高、數(shù)據(jù)處理快速、數(shù)據(jù)采集多樣等優(yōu)勢，獲得激光點(diǎn)云，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)三維地圖的構(gòu)建，并結(jié)合人工智能深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)自主巡航。

2.3智能無人機(jī)巡檢應(yīng)用

采用智能航空站控制具有RTK功能的無人機(jī)，搭配SDK二次開發(fā)的專業(yè)電力飛巡軟件作為地面遙控站，整套系統(tǒng)即可成為變電站無人機(jī)智能巡檢的主要飛巡工具。通過手動(dòng)飛行記錄飛行空間航跡、云臺姿態(tài)信息，生成自主飛巡航跡，將航跡導(dǎo)入變電站三維實(shí)景模型，查看其相對位置，模擬飛巡路線，可適當(dāng)編輯修改。此后可將航跡通過無人機(jī)集控系統(tǒng)導(dǎo)入無人機(jī)，實(shí)現(xiàn)一鍵起飛、全自主飛巡、成果影像自動(dòng)回傳等。智能巡檢無人機(jī)具有操控靈活、可多角度調(diào)節(jié)視角等特點(diǎn)，可對變電站設(shè)備從不同空間角度進(jìn)行巡視檢查，能夠彌補(bǔ)固定機(jī)位的不足，例如，通過智能巡檢無人機(jī)能發(fā)現(xiàn)高空金具缺陷，如圖3所示。與此同時(shí)，智能巡檢無人機(jī)能夠在降低運(yùn)維人員巡視工作強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，有效提高高空金具類設(shè)備缺陷檢出率，防止因人員疏忽、技能欠缺、巡視角度限制等情況造成的缺陷未及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象。

結(jié)語

隨著信息通信、遠(yuǎn)程圖像傳輸技術(shù)的迅速發(fā)展以及無人機(jī)的紅外測溫、紫外探測以及激光震動(dòng)等各種成像吊艙技術(shù)的發(fā)展成熟，在不久的將來無人機(jī)巡視有望全面取代人工巡視，輸電線路的健康水平將再上一個(gè)臺階。

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