輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)概述

賴葉茗

摘要：我國幅員遼闊，為保證全國各地的可靠供電，需建設(shè)較多的輸電線路。而線路巡檢是保證輸電線路正常運(yùn)行的重要手段，對我國電力的可持續(xù)供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)的安全、快速發(fā)展具有重要意義。最近十幾年，隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，架設(shè)的輸電線路越來越多。在這種背景下，如果采用傳統(tǒng)的人工巡檢模式巡檢數(shù)量如此之多的輸電線路，將會(huì)不可避免地存在著作業(yè)強(qiáng)度大、巡檢周期長、部分線路檢修危險(xiǎn)等問題。近年來，國家電網(wǎng)公司積極引進(jìn)無人機(jī)智能巡檢技術(shù)，提升輸電線路巡檢工作的自動(dòng)化程度，改進(jìn)巡檢工作模式，以期實(shí)現(xiàn)輸電線路的精確、高效、經(jīng)濟(jì)巡檢。

關(guān)鍵詞：輸電線路;無人機(jī)智能;巡檢技術(shù)

為了滿足人們的電力需求，傳輸線的數(shù)量不斷增加，分布范圍越來越廣。許多輸電線位于地形復(fù)雜且環(huán)境惡劣的區(qū)域，顯著增加了傳輸線出現(xiàn)問題的可能性。為了確保正常供電，必須及時(shí)維修或更換出現(xiàn)問題的傳輸線，因此確保輸電線路檢查工作的效率非常重要。無人機(jī)在輸電線路檢查工作中具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢，檢查人員可以通過無人機(jī)檢查輸電線路的故障，顯著減少了塔架攀登高空作業(yè)，有效地減少了工作量。

1無人機(jī)巡檢技術(shù)

無人機(jī)通俗來講就是無人駕駛飛行器，他主要是結(jié)合了紅外線技術(shù)感測技術(shù)，遙感技術(shù)等等高科技性能的駕駛飛行器，對一些危險(xiǎn)性系數(shù)比較高的地區(qū)或者情況相對復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)程的觀測。并用它所攜帶的高科技性能進(jìn)行一些觀測圖片分析和拍攝，然后將這些圖片傳送到駕駛操作員的手中，方便操作員根據(jù)這些遙感圖片對地方的實(shí)際情況有了更加深入和全面的了解，從而做出合適的工作方案和一些策略決策。無人機(jī)技術(shù)在當(dāng)前的發(fā)展中相對來說應(yīng)用的比較廣泛，尤其是在一些軍事方面，因?yàn)樗旧砭陀泻芏嗟膬?yōu)勢作用。比如說可以節(jié)省人力資源和物力資源，同時(shí)能夠獲得更加高效準(zhǔn)確的信息，也正因?yàn)檫@些優(yōu)勢的存在，使無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)逐漸地運(yùn)用到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域方面。比如說是在輸電線路的運(yùn)行方面，無人機(jī)在巡檢當(dāng)中如果需要達(dá)到一個(gè)平穩(wěn)安全的飛行狀態(tài)，就需要使紅外線遙感技術(shù)，GPS，GIS，數(shù)字地球，RS等等技術(shù)之間的相互融合，才能夠使無人機(jī)在巡檢當(dāng)中發(fā)揮高效的作用，順利的完成指揮目標(biāo)所要求的任務(wù)。將無人機(jī)巡檢技術(shù)應(yīng)用到輸電線路當(dāng)中，他不僅可以及時(shí)地判斷所存在地方的故障和問題并且做出一些自動(dòng)化的處理方案，同時(shí)也可以判斷出自身所存在的問題。這樣在后期的人工維修當(dāng)中就節(jié)省了很多的時(shí)間，提高了維修的效率。

2輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用

2.1圖像數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)巡檢圖像數(shù)據(jù)主要來源于光學(xué)影像數(shù)據(jù)和激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。其中，激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理已具有較高的智能自動(dòng)化處理水平，應(yīng)用商業(yè)軟件再加上少量的人工干預(yù)即可。而光學(xué)影像數(shù)據(jù)，包括可見光影像、紅外影像等數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)智能化處理是輸電線路無人機(jī)巡檢圖像處理領(lǐng)域的熱門研究方向。傳統(tǒng)的電力設(shè)備圖像數(shù)據(jù)處理方法是基于人工設(shè)計(jì)特征提取的機(jī)器學(xué)習(xí)圖像目標(biāo)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(cuò)檢的風(fēng)險(xiǎn)。在輸電線路巡檢中，有將近900多種常規(guī)缺陷，并且電力設(shè)備的型號眾多，設(shè)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(shù)幾種電力設(shè)備，缺乏基本的通用性和較高的可靠性，因而實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值較低。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升和智能算法的不斷發(fā)展，有學(xué)者提出可建立大型的數(shù)據(jù)集，將深度學(xué)習(xí)算法引入輸電線路無人機(jī)巡檢圖像的數(shù)據(jù)處理中。從現(xiàn)有研究來看，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在該領(lǐng)域中確實(shí)具有更大的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿8]。但是，目前還難以建立起比較完善的數(shù)據(jù)集，制約了深度學(xué)習(xí)技術(shù)在輸電線路無人機(jī)巡檢圖像數(shù)據(jù)智能處理中的發(fā)展。未來可通過不同單位和公司的合作方式，建立完善的電力設(shè)備缺陷數(shù)據(jù)集，將深度學(xué)習(xí)技術(shù)的優(yōu)勢在無人機(jī)巡檢圖像數(shù)據(jù)智能處理中的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

2.2無人機(jī)自主巡航

無人機(jī)自主巡航是輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的核心組成部分。其巡航的區(qū)域主要分為塔間區(qū)域和近塔區(qū)域。目前，輸電線路無人機(jī)巡檢并不具備自主或自動(dòng)巡檢能力，通常采用的方式是：人工預(yù)先設(shè)定運(yùn)行的軌跡，然后基于GPS按預(yù)定軌跡飛行。該方法存在明顯的不足：（1）無法適應(yīng)檢測目標(biāo)或者周圍環(huán)境隨時(shí)間可能發(fā)生的變化，容易發(fā)生安全事故。例如，當(dāng)樹木生長至輸電線路附近時(shí)，無人機(jī)有較大可能撞上樹木，造成無人機(jī)墜毀。（2）該方法對無人機(jī)定位的精度有著較高的要求。然而，常用的民用無人機(jī)GPS的定位誤差可高達(dá)10m。雖然利用載波相位差分技術(shù)能克服這一問題，但是該技術(shù)需要建立較多的基站，以覆蓋輸電線路所處的較為廣闊的范圍，因而將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于輸電線路無人機(jī)自主巡航的成本太高，并不切合工程實(shí)際。目前，機(jī)器視覺技術(shù)是解決上述問題的潛在解決方式，也成為了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，采用GPS和機(jī)器視覺輔助技術(shù)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)是輸電線路無人機(jī)智能巡檢的未來發(fā)展趨勢。

2.3無人機(jī)續(xù)航

無人機(jī)續(xù)航能力不足是輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)中存在的另一關(guān)鍵問題，已嚴(yán)重制約了輸電線路巡檢的效率。目前，無人機(jī)續(xù)航時(shí)間通常為30min左右。為解決無人機(jī)的續(xù)航問題，部分地區(qū)已開始采用了設(shè)置無人機(jī)機(jī)巢的方法。無人機(jī)機(jī)巢主要有巡檢車改裝而成的移動(dòng)式機(jī)巢和固定于桿塔頂部的固定式機(jī)巢。其中，移動(dòng)式機(jī)巢可在一定程度上提高無人機(jī)巡檢的續(xù)航時(shí)間，但并不適應(yīng)無人機(jī)自主巡航的發(fā)展趨勢，并且人工、維護(hù)等成本較高;而固定式機(jī)巢僅需少量的人工干預(yù)，更加契合無人機(jī)自主巡檢的要求，因而具有較好的應(yīng)用前景。然而，如何將固定式機(jī)巢完備地融合于輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)中，還有諸多技術(shù)難點(diǎn)需要攻克。此外，對無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)充能是一種更加理想的解決方案。通常這種方式，可直接提高無人機(jī)的續(xù)航能力，但也存在著一些需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。例如，供能端如何獲取能量問題、供能的穩(wěn)定性如何保證問題、供能存在的其他風(fēng)險(xiǎn)如何避免問題等。利用輸電線路電磁場為無人機(jī)動(dòng)態(tài)充能也是一種潛在方案，但目前還處于探索階段。

2.4無人機(jī)巡檢方法和規(guī)程

當(dāng)前，輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)仍處于試驗(yàn)階段，相關(guān)方法和技術(shù)并不成熟，整個(gè)巡檢作業(yè)流程尚未形成統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范。根據(jù)傳統(tǒng)的巡檢方法和現(xiàn)有的巡檢經(jīng)驗(yàn)，可將輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)按照巡檢內(nèi)容主要分為線路本體、附屬設(shè)施、通道及電力保護(hù)區(qū)三大部分。在無人機(jī)巡檢作業(yè)中，涉及人員配備、作業(yè)前準(zhǔn)備、無人機(jī)準(zhǔn)備、巡線工作、圖像視頻傳輸、圖像處理等多個(gè)步驟。

3結(jié)語

總體而言，在輸電線路檢查工作中，無人飛行器具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢，有效地代替了人力，能進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的檢查工作，顯著降低了檢查人員的工作強(qiáng)度，有效減少了輸電線故障。準(zhǔn)確、快速的調(diào)查減少了人力、物力的投入，有效地保證了輸電線路檢查工作的安全，極大地促進(jìn)了電力領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建峰，段宇涵，王倉繼，等.無人機(jī)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2017，33（8）：62-65+70.

[2]曾懿輝，何通，郭圣，等.基于差分定位的輸電線路多旋翼無人機(jī)智能巡檢[J].中國電力，2019，52（7）：24-30.

[3]蘭昊，米珂，程帥，等.無人機(jī)用于輸電線路巡檢的作業(yè)流程及應(yīng)用[J].能源研究與信息，2019，35（4）：241-246.