輸電線路無人機自動巡檢的實現(xiàn)和應(yīng)用分析

張 偉，陳鳳翔，陳科羽，嚴(yán)爾梅

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司輸電運行檢修分公司，貴州 貴陽 550000）

人們物質(zhì)生活水平的不斷提升使得很多家用電器進入到居民生活中，人們的用電量變得越來越大，對于電力的依賴也變得越來越強烈，為此我國電力企業(yè)對電網(wǎng)規(guī)模進行了提升，但是這樣又給輸電線路巡檢工作增加了負(fù)擔(dān)。以前的人工巡檢方式顯然已經(jīng)不能滿足不斷擴大的電網(wǎng)規(guī)模，所以就要引進更為先進的無人機自動巡檢技術(shù)，以此來減輕巡線工作壓力和危險性，同時能夠提高巡線工作效率，為人們安全、平穩(wěn)用電提供保障?；诖?，本文對當(dāng)前輸電線路巡視現(xiàn)狀進行了簡單介紹，并對無人機自動巡檢優(yōu)勢以及基礎(chǔ)技術(shù)進行了總結(jié)歸納，最終對實現(xiàn)該工作的策略以及應(yīng)用方式進行了分析，希望通過本文的分析可以為電力企業(yè)提供幫助。

1 當(dāng)前輸電線路巡視現(xiàn)狀

輸電線路是進行電力傳輸?shù)闹饕O(shè)施，也是保障人們用電的重要設(shè)施。我國電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模每年都在提升，如何在復(fù)雜的氣候條件和地理環(huán)境下開展輸電線路巡檢工作，對于電網(wǎng)企業(yè)而言是一項艱巨的任務(wù)。下面就來介紹一下我國的輸電線路巡視現(xiàn)狀。

1.1 巡視環(huán)境復(fù)雜多變

最近幾年我國的電力行業(yè)發(fā)展勢頭強勁，大部分地區(qū)都已經(jīng)實現(xiàn)了通電，但是很多輸電線路都位于人煙稀少的地區(qū)，地理環(huán)境比較繁復(fù)，氣候條件也不太好，例如，位于西北地區(qū)的輸電線路一般都建設(shè)在山地頂部，桿塔也設(shè)置在人煙稀少的地區(qū)，從而給巡視人員帶來了查找難度，而且頂部氣候太過多變，對于巡視工作也是一大阻礙，為此電力企業(yè)只能投入更多的人力、物力和財力，然而巡視工作還存在一定的危險性，所以巡視效率和效果都不太好。

1.2 巡線內(nèi)容不斷增加

輸電線路巡檢包括很多環(huán)節(jié)，涉及的內(nèi)容也比較多，例如輸電線路是否可以正常運行、是否受到環(huán)境的侵蝕、回填土下沉是否超出標(biāo)準(zhǔn)、桿塔基礎(chǔ)狀況是否良好、保護裝置是否可以正常運行等。與此同時，還要負(fù)責(zé)巡視附屬設(shè)備，例如保護裝置是否可以順暢運行、緊固件是否完好、警示標(biāo)志是否存在、監(jiān)測設(shè)備是否可以正常運行等，所以巡檢人員需要肩負(fù)很大的工作負(fù)擔(dān)，而且該項工作對于巡檢人員的綜合能力有著很高的要求。另外，巡檢人員還要對線路環(huán)境進行檢查，主要內(nèi)容有檢測地表活動、線路是否和周圍事物保持一定的距離、線路四周是否出現(xiàn)了沉降現(xiàn)象等，而且隨著輸電線路的發(fā)展，巡檢人員的工作內(nèi)容還在不斷增加。

1.3 人工巡檢存在困難

現(xiàn)在很多電力企業(yè)都是采用人工巡檢和無人機巡檢相結(jié)合的方式，但是人工巡檢的耗費比較大，而且存在一定的危險性。巡檢人員需要帶上專業(yè)設(shè)備到設(shè)置輸電線路的位置進行巡視檢查，無論是高山峽谷還是無人區(qū)都要親自到場，還要爬上桿塔，即使遇到惡劣的天氣也要堅持，如果在進行巡檢時發(fā)生安全事故就會造成人員傷亡。無人機巡檢雖然減輕了工作危險性，而且節(jié)省了人力，但需要花費很長時間才能培養(yǎng)出一個合格的無人機操作員，再加上操作員的技術(shù)水平參差不齊，所以很容易出現(xiàn)“炸機”。此外，由操作員指揮的無人機巡檢容易出現(xiàn)誤差，例如每個操作員的拍照距離都是不同的，拍照角度和位置也各不相同等，而且無人機巡檢需要花費很高的資金。雖然無人機巡檢提高了巡檢效率，但是這種巡檢方式也存在一些困難，如對操作員的技能水平有著很高的要求，還需要操作員長時間集中精力進行操作等。另外，由于無人機巡視內(nèi)容的增加，操作員進行操作時經(jīng)常發(fā)生事故。由兩個技術(shù)水平不同的操作員對同一條線路進行巡視也可能得出不同的結(jié)果。輸電線路巡視工作需要研究更先進、安全和可靠的技術(shù)和方式，以此來降低無人機巡視成本，提高無人機巡視準(zhǔn)確率和工作效率，這是電力企業(yè)接下來需要重點關(guān)注的問題。

2 實現(xiàn)無人機輸電線路自動巡線的技術(shù)支持

2.1 多角度多光譜成像技術(shù)

該技術(shù)能夠支持可見光成像，還可以支持熱紅外成像，而且可以從多個角度同時支持三個波段，其是現(xiàn)在唯一一個能夠從多個角度支持熱紅外成像的技術(shù)。該技術(shù)可以對線路地形進行成像，還可以對線路周圍物體進行成像，同時能夠形成線下橫縱剖面圖，還可以生成正射影像圖，這樣就可以確定目標(biāo)位置，還可以對目標(biāo)實際情況進行準(zhǔn)確判斷，從而及時發(fā)現(xiàn)目標(biāo)是否存在危險，并對線路周圍物體的距離進行測量。

2.2 激光振動技術(shù)

對振動頻譜進行認(rèn)真分析可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下的振動頻率和已經(jīng)出現(xiàn)開裂的絕緣子振動頻率有一定差異，所以可以先對需要檢查的絕緣子發(fā)射超聲波，之后再利用反射鏡對超聲波進行反射，這樣就可以形成微振動，然后再利用激光對需要檢查的絕緣子發(fā)射激光，再根據(jù)反射信號頻譜對收集到的振動數(shù)據(jù)進行對比判斷絕緣子是否存在開裂。

2.3 紅外熱像儀

如果線路接頭存在問題，那么接觸電阻就會升高，當(dāng)負(fù)荷電流通過的時候，接頭溫度就會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，如果電壓運用中遇到低零值絕緣子也會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，而過熱會導(dǎo)致該設(shè)備發(fā)出比周邊其他設(shè)備都要強烈的紅外線，利用紅外熱像儀就可以及時發(fā)現(xiàn)存在問題的線路。

2.4 自動巡檢技術(shù)

以前的無人機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飛行路線進行調(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時傳送給無人機操作者，此外無人機操作者還可以接收衛(wèi)星信號，操作者將兩種信號進行聯(lián)合解算就可以將外破誤差控制在30-50厘米之內(nèi)。

3 無人機自動巡線技術(shù)在電力輸電線路巡檢的實現(xiàn)策略

3.1 對GPS定位和信號傳輸系統(tǒng)進行改進

輸電線路巡檢需要經(jīng)過很多類型的地形，還可能遇到惡劣的天氣，為了確保無人機能夠在此情形下安全、順利地完成巡檢任務(wù)，就需要采用精確度更高的導(dǎo)航定位技術(shù)。電力企業(yè)可以采用差分定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)的定位結(jié)果更加準(zhǔn)確，可以精確到厘米級，還可以有效降低觀測誤差，這樣無人機就可以及時避開各種障礙物，而且還可以拍攝到更清晰的圖像，這無疑可以為巡檢工作提供很大的助力。此外，無人機自動巡檢工作的順利開展還需要通暢的信號作為支持，因為無人機需要接受操作人員的指令，還需要將信息及時地反饋給操作員，完成此操作需要確保通信正常。無人機自動巡檢的工作環(huán)境比較復(fù)雜，經(jīng)常會遇到高山峽谷，雖然現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)信號傳輸已經(jīng)有了很大的提升，但是地形還是會對信號傳輸造成阻礙，從而出現(xiàn)通信中斷、信號不穩(wěn)定等情況。為此，需要采用更先進的數(shù)據(jù)鏈路中繼系統(tǒng)，從而可以在信號方面為無人機在自動巡檢過程中可以順暢地進行視頻傳輸提供保障，這樣無人機就可以順利地完成巡檢工作。

3.2 對無人機避障系統(tǒng)進行完善

無人機自動巡檢要想獲得精準(zhǔn)的信息就要采用超低空飛行，但是這種飛行方式會讓無人機容易遇到各種障礙物，如果不能準(zhǔn)確躲避這些障礙物就可能導(dǎo)致無人機受到損壞。基于此，就要對無人機避障系統(tǒng)進行升級改造，可以在無人機上應(yīng)用能夠24小時無論任何環(huán)境都可以自動識別和躲避障礙物的自主雷達(dá)避障系統(tǒng)，該系統(tǒng)對于200米范圍內(nèi)的障礙物都可以做到精準(zhǔn)識別，這樣無人機就可以順利、安全地完成巡檢任務(wù)。

3.3 制定科學(xué)的飛行計劃和合理規(guī)劃航跡路線

飛行計劃是無人機自動巡檢之前必須完成的一項工作，航跡路線規(guī)劃同樣也是必須進行的一個環(huán)節(jié)，這兩項工作不僅會對無人機飛行安全造成直接影響，還和輸電線路巡檢效果有著密切關(guān)系。所以，相關(guān)工作人員進行巡檢之前需要先認(rèn)真分析地形數(shù)據(jù)，還要對電力線模型進行全面剖析，在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)的飛行計劃，并對航跡路線進行合理規(guī)劃。

3.4 優(yōu)化無人機多傳感自動任務(wù)檢測技術(shù)

現(xiàn)在應(yīng)用到輸電線路巡檢中的無人機大部分都不能進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行數(shù)據(jù)集成和校驗就要提升無人機數(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)進行提升。無人機對輸電線路進行自動巡檢時，吊艙荷載系統(tǒng)需要不斷地進行移動，從而給相機、攝像機確定目標(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)進行提升，以便可以更準(zhǔn)確地收集和傳送信息。

4 無人機自動駕駛在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用于線路通道、樹障巡檢

以前只有技術(shù)熟練且對線路結(jié)構(gòu)了解充分的操作人員才能順利指揮無人機完成線路通道巡檢工作。如果想讓巡檢可以順利完成，指揮過程中就不能出現(xiàn)任何差錯，拍照距離和角度也有著很高的要求，這無疑給無人機操作人員增加了工作難度。在輸電線路巡檢中應(yīng)用無人機自動駕駛技術(shù)不僅可以減輕操作人員的工作難度，降低了對操作人員技術(shù)水平的要求，還可以提高數(shù)據(jù)采集精確性。而且該技術(shù)應(yīng)用了雷達(dá)高精度定位系統(tǒng)，還采用了大數(shù)據(jù)積累，操作人員只需要按動按鈕，無人機就可以按照提前規(guī)劃好的航跡線路自動飛行，定位系統(tǒng)會將飛行地標(biāo)實時傳送給無人機，到達(dá)指定位置后，還會自動進行拍照保存，完成任務(wù)后不需要操作人員指揮就可以自動返航，從而實現(xiàn)了無人機自動巡檢工作新模式。這種工作模式已經(jīng)成為當(dāng)前輸電線路巡檢的重要手段，特別是那些位于地形復(fù)雜區(qū)域的輸電線路。以前的人工巡檢每人每天只能完成4千米巡視，現(xiàn)在的無人機自動巡檢卻可以每天完成14.52千米的巡視，工作效率大輻提升。

4.2 應(yīng)用于線路故障夜間巡視和勘定受災(zāi)程度

有時線路故障會發(fā)生在夜晚，這時不能使用普通的無人機進行故障查找，采用人工查找又需要耗費太長的時間，而且具有很大的危險性，對于故障根源的判斷也容易出現(xiàn)偏差。針對這種情況就可以采用自動駕駛夜視無人機，這種無人機在夜晚也可以準(zhǔn)確避開障礙物，從而可以快速、順暢地完成故障查找工作，維修人員也可以及時完成維修工作。無人機自動巡檢還可以應(yīng)用到勘定受災(zāi)程度當(dāng)中，從而可以為應(yīng)急搶修提供數(shù)據(jù)參考，從而提高搶修效率。

4.3 應(yīng)用于線路設(shè)備隱患臺賬記錄和更新

無人機自動巡檢時會從不同的角度對輸電線路設(shè)備進行拍攝，操作人員可以利用專門的軟件將這些照片整合起來，這樣就可以了解線路全景情況，還可以應(yīng)用在很多測量或檢測工作中，如線路交叉跨越安全距離確定、多工況線路狀態(tài)檢測等。此外，還可以應(yīng)用到線路隱患臺賬記錄當(dāng)中，為快速排除線路故障提供助力。跨越重要路段的輸電線路具有很大的巡檢難度，所以要應(yīng)用無人機自動巡檢來對安全隱患進行及時發(fā)掘，為線路順暢運行提供保障，為電力企業(yè)及時了解線路運行狀況提供助力，最終實現(xiàn)自動化線路巡檢。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)力量的增強，無人機技術(shù)的應(yīng)用也變得更加廣泛。無人機飛行快速、靈活，攜帶方便，將其運用到輸電線路巡檢中不僅可以降低巡檢危險性，還可以提高巡檢效率和精準(zhǔn)性，未來的輸電線路巡檢工作將會越來越依賴無人機。