無人機(jī)巡檢在輸電線路中的應(yīng)用研究

摘要：為保證輸電線路及其相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，本文針對輸電線路巡檢現(xiàn)狀，從無人機(jī)巡檢系統(tǒng)、無人機(jī)巡檢過程、無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃等多個(gè)方面入手，完成對無人機(jī)輸電線路巡檢方案的設(shè)計(jì)，并以“工程實(shí)例”為案例，從自然災(zāi)害后的巡視、執(zhí)行常規(guī)巡檢工作、應(yīng)用效果評價(jià)等多個(gè)方面入手，研究了無人機(jī)輸電線路巡檢方案在輸電線路中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明：本文所提出的無人機(jī)輸電線路巡檢方案具有較高的可靠性和有效性，可以實(shí)現(xiàn)對輸電線路故障位置的快速尋找和定位，有利于提高輸電線路故障診斷和處理效果，為后期無人機(jī)巡檢工作的有效開展提供重要依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)巡檢；輸電線路；應(yīng)用研究

一、引言

隨著電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，多種多樣的輸電線路被廣泛地應(yīng)用于 城市、農(nóng)村地區(qū)中，這些地區(qū)地貌具有復(fù)雜多變的特點(diǎn)，這無疑增加了輸電線路巡檢的復(fù)雜度。目前，傳統(tǒng)輸電線路巡檢模式存在一定的局限性，無法滿足輸電線路巡檢需求。無人機(jī)巡檢技術(shù)可以解決以上問題，通過應(yīng)用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對輸電線路故障的有效診斷和預(yù)測，降低輸電線路故障風(fēng)險(xiǎn)，提高輸電線路運(yùn)行的安全性和可靠性[2]。所以，為降低輸電線路故障風(fēng)險(xiǎn)，提高輸電線路運(yùn)行性能，在輸電線路巡檢領(lǐng)域中，加強(qiáng)對無人機(jī)巡檢技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為重要。

二、輸電線路巡檢現(xiàn)狀

（一）人工巡檢

由于輸電線路分布區(qū)域較廣，所處地形地貌復(fù)雜多變，作業(yè)環(huán)境艱苦，作業(yè)量大。當(dāng)輸電線路位于高山、跨越江河、橫穿沙漠時(shí)，人工巡檢方式會面臨巡檢時(shí)間長、巡檢效率低、巡檢成本高、作業(yè)難度大、操作風(fēng)險(xiǎn)高等問題。由此可見，人工巡檢方式過于落后，已無法滿足現(xiàn)代化輸電線路的巡檢需求。

（二）機(jī)器人線路巡檢

機(jī)器人線路巡檢作為自動化線路巡檢方式，主要適用于高壓架空輸電線路巡檢工作。盡管機(jī)器人線路巡檢方式具有較高的巡檢精確度，但是，其仍存在線路巡檢效率低、巡檢距離短等問題，不利于進(jìn)一步的推廣和普及。

（三）載人直升機(jī)線路巡檢

載人直升機(jī)巡檢能夠迅速覆蓋大片區(qū)域，能夠?qū)旊娋€路進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查。這種方式不僅大大提高了巡檢效率，還有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理線路中的潛在問題，如導(dǎo)線斷股、絕緣子破損等。同時(shí)，載人直升機(jī)巡檢還能在惡劣天氣或復(fù)雜地形條件下進(jìn)行作業(yè)，確保了巡檢工作的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。然而，載人直升機(jī)巡檢也存在一些局限性，如成本較高、對飛行員技術(shù)要求高等。因此，該巡檢方式同樣難以得到有效的推廣和普及。

（四）無人機(jī)線路巡檢

無人機(jī)巡檢方式具有機(jī)體體積小、重量輕、易攜帶、操作便捷等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)巡檢中，在提高輸電線路巡檢效率和精確度方面發(fā)揮著重要作用。

無人機(jī)可采用無線遙控設(shè)備，對自身飛行狀態(tài)進(jìn)行智能化管控。在具體應(yīng)用中，無人機(jī)可自由搭載各種小型設(shè)備，如信息傳輸設(shè)備、圖像采集設(shè)備。通過利用以上小型設(shè)備，可向地面工作站發(fā)送和傳輸無人機(jī)所采集的巡檢信息。與其他巡檢方式相比，無人機(jī)巡檢主要適用于地理環(huán)境惡劣的巡檢任務(wù)。由于輸電線路所處地理環(huán)境往往比較復(fù)雜、惡劣，為簡化巡檢人員的工作量，保證巡檢人員作業(yè)過程的安全性，無人機(jī)巡檢方式被廣泛地應(yīng)用于輸電線路巡檢領(lǐng)域，并取得了良好的應(yīng)用效果。

三、無人機(jī)輸電線路巡檢方案設(shè)計(jì)

（一）無人機(jī)巡檢系統(tǒng)

無人機(jī)巡檢系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的無人駕駛飛行器，主要采用無線電遙控的方式飛行，具有遠(yuǎn)程操控能力強(qiáng)、續(xù)航時(shí)間長、作業(yè)效率高等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于測繪、偵查、抗災(zāi)等領(lǐng)域，并取得了良好的應(yīng)用效果[3]。無人機(jī)巡檢系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)組成部分：1.飛行控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)主要用于對無人機(jī)工作狀態(tài)、工作指令等的操控。飛行控制系統(tǒng)運(yùn)行原理如下：借助自動駕駛儀，通過發(fā)送操作指令，促使電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到智能控制無人機(jī)飛行的目的[4]。2.動力系統(tǒng)。無人機(jī)采用電動機(jī)作為動系統(tǒng)。電動機(jī)具有零噪聲、體積小、易攜帶等特點(diǎn)，支持自身電源與其他系統(tǒng)共享，同時(shí)，其具有較高的穩(wěn)定性，不易受溫度、高度等指標(biāo)的影響。3.能源系統(tǒng)。能源系統(tǒng)為無人機(jī)運(yùn)行提供源源不斷的電能，有助于延長無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間。4.任務(wù)載荷設(shè)備。任務(wù)載荷設(shè)備主要包含紅外儀、照相機(jī)等設(shè)備，根據(jù)無人機(jī)巡線任務(wù)執(zhí)行需求，可將以上設(shè)備搭載于無人機(jī)上。5.通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)借助數(shù)傳電臺，將無人機(jī)飛行速度、飛行高度、飛行軌跡等數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控站，由監(jiān)控站對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行管控[5]。6.地面監(jiān)控站。地面監(jiān)控站通過科學(xué)規(guī)劃和設(shè)計(jì)無人機(jī)飛行航線，對無人機(jī)起降狀態(tài)進(jìn)行智能化控制，確保飛行巡檢任務(wù)的圓滿完成。

（二）無人機(jī)巡檢過程

為了提高無人機(jī)線路巡檢質(zhì)量和效率，需結(jié)合工作實(shí)際，根據(jù)輸電線路現(xiàn)場測試結(jié)果，設(shè)計(jì)出以下無人機(jī)巡檢作業(yè)操作步驟：1.制定巡檢計(jì)劃并審批。選用符合實(shí)際巡檢任務(wù)需求的線路巡檢方式，并制定一套行之有效的輸電線路巡檢計(jì)劃，然后，將制定好的巡檢計(jì)劃提交給主管部門，由主管部門對該計(jì)劃進(jìn)行審批。如果計(jì)劃未通過審批，即說明原巡檢計(jì)劃內(nèi)容不達(dá)標(biāo)，需對其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。2.線路巡檢前期準(zhǔn)備。在正式進(jìn)入輸電線路巡檢之前，需要提前調(diào)查和了解現(xiàn)場巡檢輸電線路所在位置的地形地貌、氣候條件等，同時(shí)，還要做好對輸電線路走向、交叉跨越情況、線路運(yùn)行參數(shù)、以往線路故障等信息的收集和整理，以備后期查看和調(diào)用[6]。3.現(xiàn)場線路巡檢作業(yè)。首先，無人機(jī)根據(jù)巡檢線路上的桿塔、地標(biāo)物等信息，確定最佳巡檢路線，并嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)巡檢路線飛行。同時(shí)，地面操作人員要科學(xué)調(diào)整和修改飛行方案，以確保無人機(jī)更好地適應(yīng)特殊飛行狀況。此外，還要借助云臺，采用拍照的方式，實(shí)時(shí)觀察和掌握無人機(jī)巡檢工作狀態(tài)[7]，以便巡檢人員快速發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。4.記錄和總結(jié)無人機(jī)巡檢作業(yè)結(jié)果。5.故障處理及預(yù)測。在無人機(jī)輸電線路巡檢過程中，故障處理及預(yù)測是核心環(huán)節(jié)。無人機(jī)搭載的高清攝像頭和紅外熱像儀能實(shí)時(shí)捕捉線路圖像，通過AI算法分析，即時(shí)檢測線路故障，如導(dǎo)線斷裂、絕緣子裂紋等。一旦發(fā)現(xiàn)異常，無人機(jī)會懸?；蛸N近故障點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致拍攝，同時(shí)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳至地面控制站。地面人員根據(jù)回傳數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史巡檢記錄，分析故障原因，預(yù)測潛在風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)制定維修計(jì)劃。無人機(jī)巡檢作業(yè)流程圖如圖1所示。

（三）無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃

應(yīng)用無人機(jī)巡檢輸電線路時(shí)，需要科學(xué)規(guī)劃無人機(jī)巡檢路徑，并將規(guī)劃好的線路巡檢路徑直接發(fā)送和傳輸至無人機(jī)機(jī)體導(dǎo)航系統(tǒng)中。在規(guī)劃無人機(jī)巡檢路徑時(shí)，操作人員需對無人機(jī)飛行路徑進(jìn)行逐點(diǎn)計(jì)算，并將最終計(jì)算結(jié)果輸入和存儲至無人機(jī)機(jī)體導(dǎo)航系統(tǒng)中[8]。以上路徑規(guī)劃工作對操作人員的計(jì)算能力提出了更高的要求，以保證計(jì)算結(jié)果的精確度，避免因計(jì)算結(jié)果誤差過大而出現(xiàn)一系列安全隱患問題。

（四）無人機(jī)線路巡檢作業(yè)中的故障診斷與預(yù)測

在進(jìn)行無人機(jī)輸電線路巡檢期間，需借助云臺攝像頭對輸電線路圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，從而形成大量的線路圖像。在這些線路圖像中，僅僅有少數(shù)線路圖像含有故障信息，因此，操作人員需采用人眼觀察的方式，從少數(shù)線路圖像中觀察和檢測是否存在故障問題。這種處理方式既會增加操作人員的視覺疲勞感，還會降低檢測的精確度和效率，無法有效地檢測和處理復(fù)雜線路故障類型。為解決以上問題，實(shí)現(xiàn)對輸電線路故障的快速、精確檢測，本文提出一套輸電線路桿塔檢測方案。運(yùn)用該方案，可以快速提取和匹配線路的故障特征，從而精確地檢測出桿塔故障問題。同時(shí)，可使用無人機(jī)搭載掃描設(shè)備，通過三維激光搭載雷達(dá)技術(shù)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，重塑整個(gè)線路的實(shí)際模型及通道的跨越情況，以彌補(bǔ)人工巡視技術(shù)空間定位判斷精度低的缺點(diǎn)。

四、工程實(shí)例分析

（一）案例簡介

某地區(qū)輸電線路長度共計(jì)800公里，但該地區(qū)地理環(huán)境比較復(fù)雜，跨越高山、峽谷地區(qū)，且植被茂密?，F(xiàn)有人力資源無法滿足該地區(qū)輸電線路巡檢工作的人員要求，且地形地貌的復(fù)雜性增加了運(yùn)維人員的工作壓力。因此，亟需設(shè)計(jì)一套行之有效的輸電線路巡檢方案。結(jié)合該地區(qū)目前的輸電線路巡檢情況，選用無人機(jī)巡檢系統(tǒng)。通過應(yīng)用該系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對輸電線路圖像的快速采集和識別，還能實(shí)現(xiàn)對輸電線路具體位置的定位，保證輸電線路故障信息傳遞效率和故障處理水平。

（二）執(zhí)行常規(guī)巡檢工作

在進(jìn)行輸電線路日常巡檢期間，巡檢人員安裝和部署相應(yīng)的全球定位系統(tǒng)（GPS）坐標(biāo)模塊，以輸電線路塔桿為基準(zhǔn)，確保無人機(jī)在指定的范圍內(nèi)進(jìn)行自動化飛行和巡檢。利用無人機(jī)進(jìn)行輸電線路巡檢期間，需要在全面采集和獲取輸電線路運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析和判斷當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，分析和判斷輸電線路可能存在的故障隱患問題，并及時(shí)對輸電線路故障及隱患進(jìn)行有效地處理。

（三）自然災(zāi)害后的巡視

無人機(jī)巡檢可以很好地突破地理環(huán)境的限制。當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害后，無人機(jī)可在第一時(shí)間快速到達(dá)輸電線路巡檢現(xiàn)場，有效地提高輸電線路巡檢質(zhì)量和效率。在出現(xiàn)地震、泥石流等自然災(zāi)害后，利用無人機(jī)設(shè)備，可以在全面了解和掌握當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，有效地巡檢輸電線路故障問題，同時(shí)可保護(hù)巡視人員的生命安全。一旦輸電線路出現(xiàn)故障，無人機(jī)可將其采集的輸電線路圖像信息資料呈現(xiàn)在搶修人員面前，方便搶修人員快速開展搶修工作，從而提高輸電線路的搶修質(zhì)效。

（四）執(zhí)行故障巡檢任務(wù)

輸電線路一直暴露于野外，所以經(jīng)常會發(fā)生各種類型的故障。這就要求無人機(jī)在執(zhí)行故障巡檢任務(wù)期間，近距離、多角度、全方位地拍攝故障線路相關(guān)圖像，方便工作人員判斷當(dāng)前線路的實(shí)際運(yùn)行情況，并結(jié)合故障信息，快速判斷故障原因、找到故障位置、處理故障問題，降低人為工作產(chǎn)生的誤差。

（五）應(yīng)用效果評價(jià)

為了檢驗(yàn)無人機(jī)輸電線路巡檢方案在該工程項(xiàng)目中的應(yīng)用效果，本文采用現(xiàn)場實(shí)踐的方式，將無人機(jī)飛行高度始終控制在輸電線路上方25m。此外，還要對地理信息系統(tǒng)（GIS）塔桿地理坐標(biāo)進(jìn)行投影，使其透射到國家大地坐標(biāo)系中，并采用合適的正射影像方式，科學(xué)調(diào)整和控制GIS系統(tǒng)經(jīng)緯度，協(xié)助無人機(jī)在第一時(shí)間快速定位塔桿具體位置，然后，對輸電線路相應(yīng)的塔桿進(jìn)行拍攝，并將含有輸電線路故障信息的圖像呈現(xiàn)在搶修人員面前，方便搶修人員快速定位、查找和處理輸電線路故障問題。實(shí)踐證明，本文所提出的無人機(jī)輸電線路巡檢方案具有較高的可行性和可靠性，可以實(shí)現(xiàn)對輸電線路故障位置的快速定位，有助于提高輸電線路故障的診斷和處理效率。

五、結(jié)束語

無人機(jī)巡檢技術(shù)科學(xué)地應(yīng)用于輸電線路中，可以進(jìn)一步提高對輸電線路的巡檢能力，從而實(shí)現(xiàn)對輸電線路故障的有效診斷和預(yù)測。因此，相關(guān)人員要充分認(rèn)識無人機(jī)巡檢技術(shù)應(yīng)用的重要性，不斷優(yōu)化無人機(jī)巡檢技術(shù)的應(yīng)用路徑，充分發(fā)揮和利用無人機(jī)的優(yōu)勢。只有這樣，才能保證輸電線路巡檢的水平和效率，為促進(jìn)電力行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展提供重要的技術(shù)支持。

作者單位：吉琳 國網(wǎng)四川雅安電力（集團(tuán)）股份有限公司

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