無人機在輸電線路運維檢修中的應(yīng)用研究

閆 宇，祝銘悅

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司 超高壓公司，湖北 武漢 430064）

0 引 言

隨著城市化的發(fā)展以及電力應(yīng)用的普及，我國的電力系統(tǒng)更加龐大和復(fù)雜，輸電路線的檢修工作也越來越重要，但是光靠人工進(jìn)行檢修工作會浪費巨大的人力物力。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)和圖像處理技術(shù)的完善，無人機在輸電路線的運維檢修中的應(yīng)用更加廣泛，提高了線路的安全性。

1 無人機相關(guān)技術(shù)

1.1 圖像處理技術(shù)

圖像拍攝在輸電線路的檢修中會受到很多干擾，應(yīng)用無人機進(jìn)行現(xiàn)場的拍攝時，會受到無人機飛行的運動狀態(tài)、機械振動和動作變化的影響，會使拍攝出來的影像模糊不清，而且輸電路線周邊的自然環(huán)境也會有變化，天氣也會對拍攝造成影響，造成拍攝出的影像無法辨認(rèn)，給工作人員的分析工作造成了難度[1]。而圖像處理技術(shù)則能夠?qū)o人機拍攝出來的影像進(jìn)行預(yù)處理，再針對各種干擾因素進(jìn)行相關(guān)的處理，能夠處理光線的明暗，減少圖像中的陰影區(qū)域，在惡劣的天氣中能夠去除影像，恢復(fù)真實的場景，使無人機拍攝出來的影像更加清晰。

1.2 VR技術(shù)

VR技術(shù)就是一種對現(xiàn)實的虛擬技術(shù)，可以利用先進(jìn)的拍攝技術(shù)進(jìn)行虛擬空間的設(shè)置，給人非常真實的體驗。無人機技術(shù)和VR技術(shù)的結(jié)合能夠?qū)ο胍^察的對象進(jìn)行實時的三維立體觀測，從而讓被觀測的物品更加真實。VR技術(shù)的應(yīng)用也非常簡單，只需要在無人機進(jìn)行巡檢的過程中，通過無線設(shè)備連接好，然后在工作站里的工作人員就可以佩戴好眼鏡對輸電路線進(jìn)行全方位的實時檢測，觀察線路是否出現(xiàn)問題。VR無人機技術(shù)在輸電線路運維檢修中，能夠提高檢修的安全性和檢修的質(zhì)量，因為只需要通過操控?zé)o人機，就能夠?qū)μ幱诟咛幍碾娋€進(jìn)行實時的監(jiān)測。VR技術(shù)的先進(jìn)性高于衛(wèi)星，能夠快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)輸電線路中的故障，而且能夠大大降低人工成本，節(jié)省處理故障的時間。

2 無人機技術(shù)在輸電線路運維檢修中的應(yīng)用場景

2.1 無人機通信技術(shù)的應(yīng)用

為無人機增加通信功能，可以進(jìn)行無人機和地面工作站的實時數(shù)據(jù)交流。在無人機進(jìn)行巡視時，它所拍攝的輸電線路圖像和視頻會通過傳感器傳輸給地面工作站，工作站的工作人員能夠通過對圖像和視頻的分析，檢測出輸電線路的具體情況，然后再將處理的措施傳輸給無人機，讓無人機進(jìn)行簡單的維護(hù)。如果問題太大，則需要工作人員到現(xiàn)場進(jìn)行維修，計算機的具體位置則是由工作站發(fā)出的各種控制信息進(jìn)行控制的，所以無人機在進(jìn)行處理時也受到地點工作站的操控。無人機的通信系統(tǒng)一定要穩(wěn)定、安全且可靠，在惡劣的天氣和有干擾物存在的情況下也能夠與工作站進(jìn)行實時的交流，保證輸電線路運維檢修工作的穩(wěn)定，保護(hù)電力系統(tǒng)的安全運行。

2.2 無人機雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用

無人機雷達(dá)技術(shù)可以排查輸電線路附近的樹木情況，防止樹木生長起來影響到電線的安全，造成線路跳閘、放電等故障。影響輸電線路的樹木處理起來比較麻煩，因為樹木和電線的距離無法估算，而且樹木砍伐以后還要進(jìn)行大額的賠償[2]。應(yīng)用無人機雷達(dá)技術(shù)對樹障進(jìn)行監(jiān)測，能夠快速準(zhǔn)確地計算出樹木與線路弧頂?shù)木嚯x，然后決定要不要清除樹障。例如，應(yīng)用LiAir無人機激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)對輸電線路周圍的樹障進(jìn)行掃描，很快就能得到數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崟r進(jìn)行樹障的監(jiān)測，快速獲取信息，及時準(zhǔn)確地清除輸電線路附近的樹障。

2.3 無人機駕駛技術(shù)的應(yīng)用

無人機能夠進(jìn)行自動駕駛，在輸電線路的巡視檢修中有巨大的作用。應(yīng)用無人機自動駕駛技術(shù)進(jìn)行巡視，可以實現(xiàn)長時間、遠(yuǎn)距離、高難度的輸電線路檢修工作，而且不會出現(xiàn)人工操作的一系列問題，對輸電線路檢修工作提供了方便。人工進(jìn)行操作時，會因為長時間工作出現(xiàn)勞累、眼睛疲乏等情況，導(dǎo)致操作不當(dāng)，或者出現(xiàn)巡視不認(rèn)真的情況影響巡視工作的準(zhǔn)確性。而且人工駕駛超過一定的距離，就無法再進(jìn)行操控，不能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離巡視，所以需要無人機進(jìn)行自動懸停，自主進(jìn)行飛行選擇，降低工作的難度。此外，無人機在進(jìn)行輸電線路運維檢修時，要和電線保持一定的距離，而且還要沿著線路進(jìn)行檢修，所以對無人機檢測技術(shù)有很大的要求，需要無人機能夠抵抗電線周圍的干擾，有很強的抗風(fēng)能力，避免由于外力干擾影響無人機工作的能力。

2.4 無人機視覺跟蹤技術(shù)的應(yīng)用

基于無人機的視覺跟蹤技術(shù)又被稱為可見光探測技術(shù)，在無人機上面安裝超高清的攝像頭，進(jìn)行輸電線路運維檢修時能夠拍攝到巡視線路的視頻和照片，并能夠?qū)⑦@些視頻和照片都儲存起來，有的無人機還能夠?qū)崿F(xiàn)信息的實時傳輸，將拍攝到的視頻和照片實時傳遞給工作人員，然后工作人員對信息進(jìn)行分析，判斷輸電線路是否一切正常，如果發(fā)現(xiàn)其中的故障問題，就能夠及時解決。視覺跟蹤技術(shù)能夠拍攝到輸電線路上面的一切問題，并通過高清攝像頭傳遞給工作者，對輸電線路的維護(hù)工作有重大意義。例如，在輸電線路上面發(fā)現(xiàn)線路某處出現(xiàn)了風(fēng)箏懸掛在前面，就會由高清攝像頭拍攝下來，傳遞給工作人員，工作人員看到這種情況就會立刻派人到現(xiàn)場進(jìn)行清理，從而會有效保障輸電線路的安全。

2.5 無人機噴火清除漂浮物技術(shù)的應(yīng)用

無人機噴火清除漂浮物技術(shù)是應(yīng)用無人機噴火技術(shù)，對輸電線路附近的漂浮物進(jìn)行清除，防止漂浮物懸掛在電線上，對線路安全造成影響。這種技術(shù)一般需要2個人進(jìn)行操作，協(xié)作完成，1個人控制系統(tǒng)進(jìn)行噴火，另1個人則進(jìn)行無人機其他裝置的控制。在實際的工作中，要先打開噴火系統(tǒng)控制器的開關(guān)，并且打開噴槍上面的閥門，然后另一個人控制無人機的開關(guān)，讓無人機起飛，飛到有懸浮物的地方，對準(zhǔn)懸浮物，打開噴槍噴出里面的油，再控制點火器將噴出的油點燃，直到懸浮物徹底被清除再停止開火。如果在進(jìn)行噴火清除時沒能命中目標(biāo)，則要調(diào)整無人機的位置，再次點火，直到能夠?qū)腋∥飶氐浊宄?。無人機在懸浮物被解決之后，要立即返回，關(guān)閉噴槍閥門、各個線路的電源。

3 無人機在輸電線路運維檢修中的應(yīng)用流程

3.1 線路規(guī)劃

對輸電線路進(jìn)行定期的運維檢修，可以有效消除線路中的安全隱患，減少事故的發(fā)生，保障國家電力安全。但是人工檢修的工程量較大，工作效率較低，高空作業(yè)的危險系數(shù)較高，而且在一些地質(zhì)條件不好的地方，人工檢修的難度較大，甚至無法進(jìn)行人工檢修[3]。所以，無人機技術(shù)在輸電線路運維檢修中的應(yīng)用顯得尤為重要，應(yīng)用無人機技術(shù)進(jìn)行電路檢修，需要進(jìn)行無人機運行線路的規(guī)劃。無人機線路規(guī)劃包括路徑規(guī)劃和高度預(yù)設(shè)，首先在路徑規(guī)劃中要對所要檢修的輸電線路區(qū)域進(jìn)行全面的規(guī)劃，預(yù)先設(shè)置好無人機的運行軌跡，其次在高度預(yù)設(shè)中要根據(jù)所要檢修區(qū)域的環(huán)境測量出地形的高度以及電線桿的高度，進(jìn)行飛行高度的設(shè)置。如圖1所示，在實際的工作中，無人機要在規(guī)劃好的路線中運行，才能夠發(fā)揮出它的最大作用，對輸電線路進(jìn)行有效的檢修。

圖1 無人機巡檢軌跡

3.2 數(shù)據(jù)獲取

無人機進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取時，首先要在規(guī)劃好的路線上運行，根據(jù)區(qū)域地形的高度和電線桿的高度設(shè)置好飛行的高度，然后按照規(guī)劃好的路線和高度運行。在飛行的過程中，通過無人機上面安裝的攝像頭進(jìn)行拍攝，獲取實時的點云數(shù)據(jù)。具體的檢修中，無人機飛行的高度除了根據(jù)地形的高度和電線桿的高度進(jìn)行設(shè)置外，還要有一個安全距離，要在安全距離內(nèi)飛行才能夠保障無人機的安全，確保通過獲取的數(shù)據(jù)能夠有效避免線路上的故障，保證線路檢測的準(zhǔn)確性。而且無人機在飛行時還要注意飛行的角度，上面激光掃描儀的安裝角度也要進(jìn)行設(shè)置，保證無人機在獲取數(shù)據(jù)時能夠得到高清的影像數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)處理

在無人機獲取到的點云數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和位置形狀數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過進(jìn)行連續(xù)性的匹配，從而構(gòu)建起輸電線路的局部地圖，通過實時的巡視不斷更新地圖，將地圖的動態(tài)情況儲存下來，方便日后電力設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和修理。在對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行提取時，要對數(shù)據(jù)的高度進(jìn)行聚類計算，利用公式得出點云數(shù)據(jù)的高程，再根據(jù)高程提取輸電線路的點云?；诰€路的方程構(gòu)建出輸電線路矢量模型，再與點云數(shù)據(jù)相結(jié)合，診斷出輸電線路和樹木的安全距離，對超出安全范圍的線路進(jìn)行標(biāo)記，從而實現(xiàn)對線路的檢修與維護(hù)工作。數(shù)據(jù)的處理是通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行的，在無人機自主分析無法完成的情況下，需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?，由工作人員進(jìn)行人工分析，再進(jìn)行線路的檢修工作。

3.4 地面接收

無人機通過移動攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，再使用一定的技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理好的數(shù)據(jù)傳遞到地面的工作站，地面的工作人員通過接收到的數(shù)據(jù)信息對出現(xiàn)故障的位置以及故障類型有全面的了解，然后派遣工作人員前去檢修。首先，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息以及以前存儲起來的各種影像數(shù)據(jù)，分析故障造成的原因及需要的維修設(shè)備，再派人前去修理[4]。例如，根據(jù)接收到的信息顯示，輸電線路上某處發(fā)生了電線短路的故障，工作人員迅速對發(fā)生故障線路的位置以及周邊的環(huán)境進(jìn)行分析，找到最佳的到達(dá)路徑，在最快的時間內(nèi)趕往故障現(xiàn)場，再根據(jù)維修人員所處的位置對最短距離進(jìn)行定點，通過綜合計算得出派遣人員的最佳選擇以及前往路線的制定。

4 無人機在輸電線路運維檢修中應(yīng)用策略的優(yōu)化

4.1 提升工作人員的綜合素質(zhì)

在應(yīng)用無人機進(jìn)行輸電線路的運維檢修工作中，檢修人員的綜合素質(zhì)對工作的質(zhì)量影響很大，要根據(jù)輸電線路的實際情況，提高工作人員的綜合素質(zhì)。首先，要對招聘到員工的整體水平進(jìn)行把控，保證工作人員的基本技能與素質(zhì)。其次，在具體的工作中還要對工作人員進(jìn)行各項技能的培訓(xùn)。目前輸電線路運維檢修中應(yīng)用到的技術(shù)更多、更先進(jìn)，所以需要對員工進(jìn)行無人機技術(shù)的培訓(xùn)、輸電線路檢查設(shè)備操作技術(shù)的培訓(xùn)、維修技術(shù)的培訓(xùn)等，保證員工在工作時能夠進(jìn)行檢修一體化工作。最后，還要及時對員工的不合理分配進(jìn)行調(diào)整，保證每一名員工都在適合的崗位上工作。檢修工作的理論知識和實踐經(jīng)驗一樣重要，所以還要注重員工的實際操作能力，定期組織員工到檢修現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研，保障每名員工都有實際操作的經(jīng)驗，使員工的綜合能力得到提升，保障檢修工作的質(zhì)量。

4.2 建立運維檢修一體化系統(tǒng)

輸電線路的檢修工作十分復(fù)雜，傳統(tǒng)的檢修系統(tǒng)已經(jīng)沒有辦法滿足現(xiàn)在的電網(wǎng)檢修的需求，所以需要進(jìn)行檢修一體化系統(tǒng)的建立。電力部門要借助現(xiàn)代信息技術(shù)、無人機技術(shù)、智能化設(shè)備等進(jìn)行系統(tǒng)的建立，對輸電線路進(jìn)行實時管理和維護(hù)，有利于保護(hù)國家電網(wǎng)的安全。通過無人機技術(shù)和信息技術(shù)等，對輸電線路的負(fù)荷數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)、電網(wǎng)模型、設(shè)備情況進(jìn)行全方位的檢測，對檢測到的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，找到線路的安全隱患以及故障原因，對線路的運行狀態(tài)進(jìn)行評估，運用科學(xué)的方法對線路的故障進(jìn)行修理，提高輸電線路運維檢修的效率。通過檢修一體化系統(tǒng)，可以提高電力部門對輸電線路的檢修以及數(shù)據(jù)分析的重視程度，為迅猛發(fā)展的輸電線路安全提供保障。利用高科技手段，可以對隱藏的安全隱患進(jìn)行排查，還能夠進(jìn)行大數(shù)據(jù)的檢測，利用在線模型的方法調(diào)取各項線路數(shù)據(jù)，降低故障的發(fā)生概率。

4.3 完善無人機運維檢修制度

輸電線路的運維檢修工作能夠高質(zhì)量完成，離不開制度的保障。完善電力系統(tǒng)運維檢修制度，對檢修制度進(jìn)行細(xì)化，有利于保障檢修工作的全面展開，促進(jìn)檢修工作的發(fā)展[5]。還要進(jìn)行檢修工作的考評，對工作人員的工作內(nèi)容和完成結(jié)果進(jìn)行考核和評定，對于完成度較高的工作人員進(jìn)行獎勵，對于不合格的員工要適當(dāng)給予懲罰。檢修人員的合理分配制度是保障檢修工作順利進(jìn)行的關(guān)鍵，每個崗位上的人員都是專業(yè)的人才，能夠高效、負(fù)責(zé)地完成本職工作，提高檢修工作的質(zhì)量，保障維修工作快速展開，提高工作的效率?？刂坪霉ぷ魅藛T的水平，改善人員分配體系，能夠把最適合的人安排在最適合的崗位上，實現(xiàn)效益的最大化。無人機技術(shù)的應(yīng)用也會改變整體的運維檢修系統(tǒng)，所以還要對無人機技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行制度管理，確保無人機在工作時的操作符合標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)無人機的安全操作，延長壽命。

4.4 落實運維檢修工作的監(jiān)督

為了確保輸電線路的安全，最主要的是要對線路進(jìn)行日常維護(hù)，并監(jiān)督線路的運行情況，所以要加強對線路檢修的監(jiān)督，保障線路在日常檢修時全面、到位。應(yīng)用無人機技術(shù)在進(jìn)行檢修時要注意無人機的操作，以及數(shù)據(jù)獲取時的清晰度，在數(shù)據(jù)處理時一定要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而能夠有效保障輸電路線的安全。對運維檢修工作進(jìn)行監(jiān)督，還要監(jiān)督材料的質(zhì)量、設(shè)備的維護(hù)情況以及工作人員的工作情況，要在檢修的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，確保檢修時使用的設(shè)備都是最先進(jìn)的，能夠找出線路中存在的問題，還要確保修理時所使用的材料都與原線路所用材料配套，質(zhì)量有保證。此外，對于檢查維修的機械運行狀態(tài)也要進(jìn)行監(jiān)督，避免由于操作不當(dāng)而無法檢測出問題，不僅造成設(shè)備的損傷，還會影響輸電路線的安全。

5 結(jié) 論

總之，在應(yīng)用無人機進(jìn)行輸電線路運維檢修工作時，要保證工作的效率以及質(zhì)量，所以需要對應(yīng)用策略進(jìn)行優(yōu)化。首先要進(jìn)行制度建設(shè)，確保工作在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行，其次要進(jìn)行人員培訓(xùn)，保障工作的完成度，最后還要落實監(jiān)督工作，建立檢修一體化系統(tǒng)，有效促進(jìn)輸電路線檢修工作的質(zhì)量。