分析输电路线中无人机巡视路线的技术与应用

分析输电路线中无人机巡视路线的技术与应用

杨成志

广东电网有限责任公司梅州供电局广东省梅州市514021

摘要：目前人们用电量的不断增加，对电力系统的稳定性和安全性有了更高的要求，但电力系统的正常运行，离不开对输电线路的运行和维护工作。这是确保电网稳定运行的基础，所以需要加强对输电线路的建设工作。无人机技术的发展为架空输电线路巡检工作提供了新的平台，借助无人直升机，通过遥感技术应用，采用多传感器集成的方法，可实现电力线路安全巡检工作的高效和全自动化开展。

关键词：无人机；输电路线；巡视

1、无人机应用于输电线路巡视的意义、特点

无人机在输电线路巡视方面的应用前景十分广阔，无人机的合理有效应用将会填补现阶段巡视制度存在的空缺，有效的优化线路巡视过程。

1.1从巡视方式来看

无人机巡视代替了常规的人工巡视，由于无人机配置有航拍功能，同时如果辅以红外拍摄功能，将会极大地提高输电线路巡视的效率。

首先，无人机的输电线路巡视宜主要以自身程序控制为主，以无线电遥控为辅，即在每次巡视前，根据输电线路不同的高度、线路塔形、跨越弧垂等因素而预先设定不同的飞行轨迹，从而以最合适的巡查方位来观察线路。飞行轨迹的设定包括飞行高度、角度、与导线距离、飞行速度等多方面的要求，这些都需要在运行后不断的试验中总结归纳。

其次，关于无人机挂载仪器的要求。无人机巡视从目前中国的存储介质和通信网络发展来看，航拍是现阶段最有效的方式，当然，如果数年内中国的“北斗卫星”、“大地2000坐标系统”和数据通信网络的民用发展达到视频及时传送的要求时，视频传送将会使无人机巡视真正的取代人工巡视。而无人机输电线路巡视用途的特殊性要求无人机巡视过程除了要清晰的反应杆塔、杆塔基础、线路外部环境、绝缘子瓶、接地装置等可视设备外，还需要准确的反应出线路不可视的运行状态（如断股、散股、异常放电等微小甚至是不可视隐患），这就需要同时挂载更加符合要求的设备，输电线路的隐患大多伴随着异常发热的产生，因此现阶段采用红外拍摄将会是比较有效的方式。

1.2从巡视制度来看

无人机巡视的加入将会使状态巡视这一科学巡视制度更加合理。无人机巡视在状态巡视制度中将用于故障发生率较低的线路，由于无人机巡视的人力成本低，故对于故障发生率低的线路可以安排少量人员控制无人机巡视，这样在线路故障率统计仍未解决的现在，可靠的应用无人机将弥补由于统计错误而产生的线路巡视不到位。

2、无人机巡线的关键技术

无人机（UnmannedAerialVehicle,UAV）是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机巡线技术融合了航空、电子、电力、控制、通信、图像识别等多个高尖技术领域，要实现起来必须解决下述几项关键技术：

2.1电力线路视觉跟踪技术

无人机巡线时的导航、障碍物规避等功能的实现都依赖于对线路杆塔的视觉跟踪技术。这项技术虽然在实验中获得了成功，但是在实际的应用当中还不是绝对的可靠。无人机巡线时机体产生振动，会影响巡线图像的质量，再加上图像中导线很细，与背景的视觉差异很小，给视觉跟踪带来了难度。另外巡线时如果遇到了与线路类似的直线型结构，比如铁路或者其他的电力导线，有可能会导致跟踪错误，带来严重的后果。

2.2飞行姿态控制技术

无人机巡线时离线路较近，又常常受强风、降雨等气候因素的影响。为了保证无人机和线路的安全，飞行姿态的控制就显得尤其重要。某飞行无人机利用LQG控制器实现飞机俯仰翻转姿态的控制，利用PID控制器进行偏行控制。系统的高鲁棒性已经得到验证，当无人直升机空中悬停时，用绳索强行拉动机体，控制系统仍然可以正常的工作。

2.3无线通迅技术

无线传输模块完成地面基站和无人机之间的双向数据传输。包括无人机拍摄的实时视频、图像，线路检测传感器数据，无人机位置状态和由地面基站发出的各种飞行控制命令等，要求具有距离远、抗干扰能力强等特点。

2.4线路故障探测技术

a)视觉探测：也就是可见光探测。利用无人机搭载高清相机和高清摄像机，拍摄巡线图片和视频，实时传输到地面基站或存储下来，再由基站工作人员根据图像和视频中线路的外观确定是否发生故障。视觉探测能有效发现线路表面的显性故障，例如导线的断股、异物悬挂；杆塔的变形、金具松脱；绝缘子的破损、闪络等故障。其精度和准确度取决于图像的质量。

b)红外和紫外探测技术：利用无人机搭载红外热成像仪和紫外成像仪进行巡线。红外热成像仪能够摄取表面温度超过周围环境温度的异常温升点的红外光谱图像，从图像上可以判断出线路、接头、线夹、绝缘子等设备是否存在故障所导致的发热点。紫外成像仪能够接收线路设备因放电产生的紫外讯号，并形成图像显示在屏幕上，从图像上可以确定电晕的位置和强度。通过紫外成像，能够有效探测出导线外伤、绝缘子放电、污染等存在放电现象的线路故障。

c)激光雷达探测技术：激光雷达技术的主要优势在于其精确的定量测量。由于激光的单色性和相干性好，方向性较强，可以用激光对角度、距离、长度等度量实行精确地检测和计量。激光测距主要分为连续波相位式测距和脉冲式测距。脉冲式激光测距的原理比较简单，由测距仪发射出激光信号，激光信号遇到目标会反射回来。光的传播速度是已知的，如果能记录下光信号的往返时间，再用光速与往返时间的一半相乘，就得到了所测距离的长度。

激光雷达巡线技术还可以扫描线路走廊，得到大量的高精度的激光点云数据，再配合高分辨率的航空数码影像，可以进行线路走廊地形的三维建模。不过由于载重的限制，现阶段在无人机上搭载激光雷达巡线系统的还比较少。

3、无人机在巡视路线的应用

选取一段220kV输电线路，在输电线路的侧方约80m处，无人直升飞机以每小时约15km的速度沿着线路向前飞行并检测输电线路。遇到杆塔，飞机会悬停，通过云台调整视场，对杆塔自上而下的检测。从模拟测试的可见光图像和无人直升机现场巡线实验的可见光图像中，我们都可以清晰看到输电设备的外观状况，从可见光图像中我们可以检测设备是否存在物理缺陷：导线是否出现断股、紧固件是否出现松脱、绝缘子是否有破损或污秽、防震锤是否异常等设备缺陷。从红外光图像中，我们可以看到设备是否存在热缺陷：线路、接头、线夹、耐张管、接续管、绝缘子等部位是否存在由设备缺陷所导致的发热点。

4、结束语

将无人机技术应用于电力线路巡检，包括融合电子、通信、图像识别等多个技术领域，形成一整套的无人机巡线系统，可以大大减轻电力巡线的人力投入，同时又能快速、安全地对线路实施巡检，是一个很有前途的研究方向，并且具有重要的实用价值。无人机巡线还可以通过系统的任务规划和智能诊断等软件系统提高巡检作业质量和科技水平，增强电力生产自动化综合能力，创造更高的经济效益和社会效益。

参考文献：

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