無人機(jī)輸電線路巡線技術(shù)及其應(yīng)用

樊昆 胡培杰

摘要：隨著架空輸電線路的增多，架空輸電線路的運(yùn)行維護(hù)環(huán)境變得更加復(fù)雜，對架空輸電線路運(yùn)行維修的要求也在不斷提升。從電力企業(yè)日常運(yùn)行維護(hù)管理發(fā)展情況來看，傳統(tǒng)人工巡檢方式會遭受比較多的限制，加上無人機(jī)輸電線路巡檢效率低下，在日常巡檢的時候無法保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。為了能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工巡檢的問題，本文提出無人機(jī)輸電線路巡檢技術(shù)應(yīng)用的思想主張，并從自主巡檢、作業(yè)安全檢測、缺陷識別等技術(shù)層面具體應(yīng)用問題進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：電力輸電線路;輸電線路巡檢方法;無人機(jī)技術(shù)

引言

現(xiàn)階段，我國社會經(jīng)濟(jì)正在快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平越來越高，國家社會以及人們對電力的需求也越來越高，因此我國電網(wǎng)正在不斷擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模，而輸電線路只有正常安全穩(wěn)定運(yùn)行才能夠滿足國家社會和人們對電力的多元化需求，然而這樣會在很大程度上增加輸電線路的巡線工作壓力。在輸電線路巡線工作中應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，充分發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)的作用，降低輸電線路巡線技術(shù)的工作壓力，還能夠幫助工作人員完成危險系數(shù)比較高的檢查環(huán)節(jié)。

1無人機(jī)巡檢功能

無人機(jī)巡檢系統(tǒng)包含無人機(jī)、信息采集設(shè)備、通信設(shè)備、地面工作站四個部分組成，這四個部分具有各自的功能。無人機(jī)能夠通過人工遙控設(shè)備來對飛行線路、停留的位置進(jìn)行控制，之后通過自身信息采集設(shè)備來將收集到的信息進(jìn)行整合，而后借助通信設(shè)備來將信息傳遞給工作站。無人機(jī)會在工作人員的操作下來完成一系列信息的采集整理，之后按照各個指令要求完成工作。無人機(jī)能夠?qū)旊娋€路中的絕緣子、引流線、導(dǎo)線、桿塔開展檢查，通過發(fā)熱擊穿或者接觸點(diǎn)發(fā)熱的方式來對輸電線路中是否懸掛異物、是否存在斷股或者脫落的情況進(jìn)行檢查。

2無人機(jī)輸電線路巡線技術(shù)及其應(yīng)用

2.1自動巡檢技術(shù)

以前的無人機(jī)巡檢都要借助定位系統(tǒng)傳輸過來的C/A碼，通過航拍電文來對飛機(jī)飛行路線進(jìn)行調(diào)整。最近幾年，隨著航拍技術(shù)的快速發(fā)展，研發(fā)出了讓無人機(jī)根據(jù)空間坐標(biāo)信息確定位置并拍照的技術(shù)，也就是輸電通道空間模型，這樣無人機(jī)就可以更準(zhǔn)確地判斷障礙物和輸電線路的距離，誤差可以控制在1米范圍內(nèi)，從而可以及時避開障礙物，操作人員的工作難度得到了有效降低，巡檢效率也變得越來越高。另外，還有新研發(fā)的RTK技術(shù)將會被應(yīng)用到無人機(jī)巡檢中，該技術(shù)需要借助基準(zhǔn)站接收衛(wèi)星信號，基準(zhǔn)站一般會建設(shè)在特定位置，然后將接收到的信號實(shí)時傳送給無人機(jī)操作者，此外無人機(jī)操作者還可以接收衛(wèi)星信號，操作者將兩種信號進(jìn)行聯(lián)合解算就可以將外破誤差控制在30-50厘米之內(nèi)。

2.2影像智能識別技術(shù)

使用無人機(jī)巡察時，往往都會使用在設(shè)施密集、以尺度立體結(jié)構(gòu)為主的線路中，該部分區(qū)域普遍存在設(shè)施相互遮擋、背景干擾強(qiáng)、缺陷難以區(qū)分等巡察難點(diǎn)。這意味著，無人機(jī)的人工智能系統(tǒng)需要進(jìn)行的處理算法會具備深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更復(fù)雜、技術(shù)路線分支更多等難題。鑒于該部分工序缺陷識別和標(biāo)注難度較大，所以技術(shù)人員在改進(jìn)相應(yīng)技術(shù)前，必須要為無人機(jī)積累大量樣本積累訓(xùn)練和驗(yàn)證數(shù)據(jù)。其主要內(nèi)容為檢測圖像。這是因?yàn)椋鶛z測出圖像質(zhì)量在缺陷智能識別方面尤為關(guān)鍵，因此需應(yīng)在重點(diǎn)推廣定位和拍攝技術(shù)的同時，對應(yīng)地使樣本在數(shù)量與質(zhì)量上更具豐富性，從而增加樣本積累基數(shù)，以更好地實(shí)現(xiàn)集中標(biāo)注、提高缺陷發(fā)現(xiàn)率、降低誤報率。

2.3診斷性檢查輸電線路

在應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)對輸電線路實(shí)際的工作情況進(jìn)行巡檢的過程中，應(yīng)該對輸電線路正常安全穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)測，還要根據(jù)季節(jié)性變化以及周邊環(huán)境的改變對輸電線路進(jìn)行有效的巡檢工作。如果在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)立即巡檢各大故障點(diǎn)，并把故障點(diǎn)的具體位置查找出來。根據(jù)故障點(diǎn)的實(shí)際情況，分析和查找故障點(diǎn)所發(fā)生問題的具體原因，還要全面了解故障點(diǎn)設(shè)施被破壞程度的實(shí)際情況，應(yīng)用有效措施對故障點(diǎn)進(jìn)行及時地維修或者替換故障設(shè)備，從而在最短時間內(nèi)讓線路恢復(fù)正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.4巡檢資料的整理和提交

巡檢作業(yè)一共耗費(fèi)4h，和傳統(tǒng)意義上的人工巡檢作業(yè)相比，本次巡檢作業(yè)效率比較高，在巡檢的過程中共采集線路影像0.8TB。面對大量的桿塔和影像數(shù)據(jù)資料，為了能夠提升數(shù)據(jù)的整理效率，在傳統(tǒng)人工缺陷識別的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地使用基于圖像分析的自動化照片識別技術(shù)，通過多種手段綜合識別。經(jīng)過本次巡檢一共發(fā)現(xiàn)缺陷246處，基本上都是一般性的金具缺陷，如纜線斷股、纜線松股等。同時，一些塔體還存在鳥窩、塔基損壞現(xiàn)象。標(biāo)注缺陷之后安排專門的人員審核巡檢結(jié)果，對塔位的編號、缺陷的類型進(jìn)行反復(fù)檢查，檢查之后將資料整合到影像庫中，并就缺陷信息打造出巡檢報表，制作出缺陷清單。

2.5優(yōu)化無人機(jī)多傳感自動任務(wù)檢測技術(shù)

現(xiàn)在應(yīng)用到輸電線路巡檢中的無人機(jī)大部分都不能進(jìn)行自動多幀圖片拍攝，而且傳感器比較簡單，為了讓傳感器可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)集成和校驗(yàn)就要提升無人機(jī)數(shù)據(jù)獲取能力，為此需要應(yīng)用時間同步技術(shù)和位置姿態(tài)系統(tǒng)，這樣傳感器就可以準(zhǔn)確、快速地獲取時間和空間坐標(biāo)，無人機(jī)獲取數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確性也能得到提升。與此同時，還要應(yīng)用高精度POS系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以讓無人機(jī)吊艙位姿基準(zhǔn)變得更加精確，慣性穩(wěn)定平臺也能因此得到準(zhǔn)確的引導(dǎo)。此外，還要對吊艙自動跟蹤技術(shù)進(jìn)行提升。無人機(jī)對輸電線路進(jìn)行自動巡檢時，吊艙荷載系統(tǒng)需要不斷地進(jìn)行移動，從而給相機(jī)、攝像機(jī)確定目標(biāo)增加了難度，為此可以應(yīng)用吊艙自動跟蹤技術(shù)，采用雙閉環(huán)控制策略對該技術(shù)進(jìn)行提升，以便可以更準(zhǔn)確地收集和傳送信息。

2.6合理的航線規(guī)劃

無論是手控飛行還是自動飛行都應(yīng)合理規(guī)劃飛行航線，避免因飛行不合理導(dǎo)致撞線。規(guī)劃航線時，飛行高度應(yīng)高于最高塔的高度，飛行方向應(yīng)面對下一個目標(biāo)塔位，沿著導(dǎo)地線斜上方前進(jìn)，并與相應(yīng)的線路保持絕對遠(yuǎn)的距離。當(dāng)線路走廊密集時，無人機(jī)下降開展精細(xì)化作業(yè)，應(yīng)盡量貼近巡視的設(shè)備飛行，同時保持相對合理的安全距離，此操作可避免無人機(jī)后退而撞上鄰側(cè)線路。無人機(jī)失控返航高度設(shè)置應(yīng)高于最高物體或者桿塔的高度，避免失控返航撞塔。

2.7采集和傳輸數(shù)據(jù)

在應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)對輸電線路進(jìn)行巡線時，可以充分發(fā)揮紅外熱像技術(shù)的作用，把信號傳輸?shù)降孛娴臋z測屏幕上，讓工作人員實(shí)時對無人機(jī)穿過的地方進(jìn)行觀察，還可以及時對傳輸回來的圖片和影像進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)分析和處理結(jié)果確定輸電線路中發(fā)生故障點(diǎn)的具體位置，方便巡線工作人員對故障點(diǎn)進(jìn)行維修，提高巡線人員的工作效率和質(zhì)量，提升工作精準(zhǔn)度，節(jié)約大量的時間，降低人力和物力成本。

結(jié)語

在巡視輸電線路的過程中，使用無人機(jī)可以取得最佳的效果，將工作人員的工作失誤降到最低，顯著提升巡視人員的工作質(zhì)量和工作效率，發(fā)現(xiàn)輸電線路的潛在隱患，使輸電線路的安全滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。隨著應(yīng)用的廣泛化，機(jī)巡的作業(yè)效率及安全變得尤為重要。上文所述的內(nèi)容為長期現(xiàn)場巡視作業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)所得，形成規(guī)范的管理模式，一定程度上可提升機(jī)巡的運(yùn)維水平。

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