500千伏輸電線路導(dǎo)地線無人機自主智能巡檢研究

孫宏彪

（國網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西 南昌 330000）

500 千伏輸電線路導(dǎo)地線無人機自主智能巡檢研究能夠有效解決輸電線路運檢應(yīng)急反應(yīng)不夠迅速的能力，切實達(dá)到減負(fù)增效的目的，為國網(wǎng)系統(tǒng)生產(chǎn)指揮部門快速、準(zhǔn)確獲取輸電線路第一手信息，實現(xiàn)高效、科學(xué)決策，保證輸電線路安全運行提供了最新的技術(shù)解決方案，同時也是電力應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)的重要組成部分。江西省地區(qū)雷害嚴(yán)重，線路防外力破壞形勢嚴(yán)峻，因此，利用無人飛行器進(jìn)行全自動自主巡視，能夠第一時間掌握線路情況，為搶修工作提供科學(xué)直觀的指導(dǎo)依據(jù)。該成果推廣后，不僅能夠極大地提高巡檢效率，極大降低人工巡檢的勞動強度，同時，利用多旋翼無人機的靈活機動特點，使得巡線人員能夠完全按照巡線任務(wù)的要求進(jìn)行詳細(xì)線路查看，不僅保障了人員的人身安全，節(jié)約了大量的人財物等直接經(jīng)濟(jì)成本。同時，故障點的及時發(fā)現(xiàn)能夠使得生產(chǎn)運維人員及時處理，保障線路的正常運行，不因線路故障停電而造成的重大經(jīng)濟(jì)損失，同時，安全供電保障，也為企業(yè)生產(chǎn)，人民生活帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益與重大的社會效益。

一、500 千伏輸電線路導(dǎo)地線無人機自主智能巡檢概述

無人機的導(dǎo)地線智能跟隨技術(shù)，是利用激光雷達(dá)測量數(shù)據(jù)控制自主調(diào)整無人機飛行姿態(tài)，使無人機跟隨導(dǎo)地線自主巡航，同在巡航過程中自主完成對輸電線路拍攝及測量導(dǎo)線與線行樹木（障礙物）距離等數(shù)據(jù)采集并在巡航結(jié)束后生成巡檢報告。無人機的導(dǎo)地線智能跟隨技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用是輸電線路巡檢方式的一次重大突破，具有里程碑意義。無人機的導(dǎo)地線智能跟隨技術(shù)的研究，切合符合目前所提倡的輸電線路線路信息化、智能化、安全化的全面要求。同時，它減輕了運行部門日常巡檢的工作量，對系統(tǒng)安全運行具有重要意義。

二、主要研究方向

（一）研究巡檢無人機與架空導(dǎo)線自適應(yīng)距離智能調(diào)節(jié)技術(shù)

近幾年國內(nèi)多旋翼無人機檢測電力巡檢系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來，但是現(xiàn)有的無人機電力巡檢系統(tǒng)只采用可見光圖像和視頻對輸電線路走廊進(jìn)行巡視，檢測手段單一?，F(xiàn)有的無人機巡視系統(tǒng)只能對架空線路做粗略的巡檢，只能對較大的缺陷才能發(fā)現(xiàn)。并且巡檢得到的影像資料只是抽樣取點，不能全覆蓋地對導(dǎo)地線進(jìn)行高清拍攝。多旋翼無人機搭載的高精度雷達(dá)距離測量裝置收集數(shù)據(jù)，通過高性能單片機實時對激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析計算。可實現(xiàn)無人機與架空導(dǎo)線的垂直距離、水平距離保持固定,得到穩(wěn)定完整的架空高壓線影像信息。多旋翼無人機巡檢系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試完成自檢后，通過微控制器進(jìn)行輔助起飛，待飛行穩(wěn)定后，切換至自動飛行狀態(tài)（可自動飛行或者手動飛行)，同時地面監(jiān)控計算機可以實時監(jiān)測多旋翼無人機的飛行狀態(tài)，監(jiān)控巡查設(shè)備以及剩余電量，并能通過地面移動便攜中心向多旋翼無人機發(fā)送的控制命令，使之完成相應(yīng)的動作。多旋翼無人機可沿著既定路線路巡檢，又可懸停在某處對線路進(jìn)行細(xì)致觀察。無人機搭載激光雷達(dá)設(shè)備，通過激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)自主調(diào)整無人機飛行姿態(tài)，巡航前只需在地面設(shè)置好相關(guān)參數(shù)（如飛行速度、與導(dǎo)地線距離等），無人機飛行鎖定導(dǎo)地線啟動巡航模式，無人機即與導(dǎo)地線保持固定距離沿導(dǎo)地線巡航飛行，巡航過程中無人機將根據(jù)線路走向、弧垂高低自主調(diào)整飛行姿態(tài)，不需要人工干預(yù)。

（二）手動操作多旋翼無人機進(jìn)行架空輸電線路精細(xì)化巡視存在的不足

手動操作多旋翼無人機進(jìn)行架空輸電線路桿塔精細(xì)化巡視由于受到電場磁干擾的影響，所以無人機靠近線路以及桿塔進(jìn)行近距離拍攝時容易產(chǎn)生不可控的因素，而精細(xì)化巡檢作業(yè)必須靠近導(dǎo)地線才能拍攝出足夠清晰的照片。另外，手動操作旋翼無人機在高壓線附近或者進(jìn)行超視距飛行作業(yè)時，由于圖傳被干擾以及沒有可以檢測導(dǎo)地線的避障模塊，容易發(fā)生無人機與導(dǎo)地線等電力設(shè)備進(jìn)行碰撞而出現(xiàn)的墜機甚至是線路跳閘的故障。手動操作旋翼無人機只能對架空線路巡檢得到的影像資料只是抽樣取點，不能全覆蓋地對導(dǎo)地線進(jìn)行高清拍攝。特別是當(dāng)出現(xiàn)斷股或者雷擊點或者外部碰撞導(dǎo)致線路跳閘，由于故障缺陷點很小，普通的抽樣巡視方式難以發(fā)現(xiàn)缺陷點所在。

（三）研究一種可識別導(dǎo)地線弧垂變化的技術(shù)

通過建立輸電線路的數(shù)字模型，當(dāng)雷達(dá)掃描到不同角度、不同距離的物體時，控制器會根據(jù)角度與距離通過三角函數(shù)推算出各物體間的距離，通過一些邏輯算法可分辨出架空導(dǎo)線以及前方桿塔的準(zhǔn)確距離，然后通過通信模塊將數(shù)據(jù)傳回地面監(jiān)控端。實現(xiàn)無人機設(shè)備對導(dǎo)地線的準(zhǔn)確識別?？烧_識別500 千伏直線、耐張塔的四分裂導(dǎo)線和地線（OPGW 光纜），并區(qū)分導(dǎo)線相別。激光測距無人機跟隨導(dǎo)地線自主巡航巡檢系統(tǒng)，采用GPS 定位與激光雷達(dá)掃描相融合導(dǎo)航技術(shù)，極大的將無人機鎖定在與高壓線保持相應(yīng)的水平距離以及垂直距離的區(qū)域內(nèi)，GPS 定位可確定巡檢塔段，解決塔段區(qū)域?qū)Ш?，利用激光雷達(dá)掃描識別高壓線相對于無人機的相對位置，使得無人機能與高壓線保持一定的水平距離以及垂直距離跟隨高壓線的走向進(jìn)行巡檢。無人機的全自動巡檢不受地形變化以及高壓線弧垂的影響。

（四）研究智能跟隨導(dǎo)線的自主巡檢技術(shù)

當(dāng)無人機識別出導(dǎo)線后，可啟動鎖定導(dǎo)線的巡航模式，實現(xiàn)無人機與導(dǎo)線保持固定距離并沿導(dǎo)線巡航飛行。飛行過程中無人機可根據(jù)線路走向、弧垂高低自主調(diào)整飛行姿態(tài)。

（五）研究巡航結(jié)束后通過程序?qū)ε臄z的圖片重命名

無人機在巡航過程中根據(jù)畫面寬度，以可設(shè)置參數(shù)固定間隔對導(dǎo)線自主拍攝，巡航結(jié)束后，通過軟件對拍攝的圖片根據(jù)拍攝地點與小號桿塔距離批量重命名。如200.JPG，即該圖片拍攝的位置是距離小號桿塔200 米。線路運維人員可根據(jù)缺陷點圖片確定缺陷點的具體位置。

（六）研究開發(fā)導(dǎo)地線智能跟隨飛行無人機設(shè)備

通過研究開發(fā)導(dǎo)地線智能跟隨飛行無人機設(shè)備，通過上訴無人機跟隨飛行相關(guān)算法導(dǎo)入，利用機載計算機快速解算數(shù)據(jù)并反饋無人機飛控系統(tǒng)，做出正確的跟隨飛行控制，保證飛行起在跟隨飛行過程中，保持與導(dǎo)地線5cm以內(nèi)的位置誤差。

結(jié)語

無人機輸電線路導(dǎo)地線智能巡檢系統(tǒng)研究及應(yīng)用能夠有效提升線路運檢應(yīng)急反應(yīng)能力，達(dá)到減負(fù)增效的目的，同時可以準(zhǔn)確獲取輸電線路第一手信息，實現(xiàn)高效、科學(xué)決策，保證輸電線路安全運行提供了最新的技術(shù)解決方案，同時也是電力應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)的重要組成部分。江西省地區(qū)雷害嚴(yán)重，線路防外力破壞形勢嚴(yán)峻，因此，利用無人機進(jìn)行全自動自主巡視，能夠第一時間掌握線路情況，為搶修工作提供科學(xué)直觀的指導(dǎo)依據(jù)。