无人机自主巡检在输电线路维护中的应用

2020-01-20孔照铭国网福建省电力有限公司三明供电公司

环球市场 2020年17期

孔照铭国网福建省电力有限公司三明供电公司

在互联网发展的基础上，电力控制业务的覆盖范围也加广泛，传统的人工巡检输电线路无论从人数还是技术上都无法实现同步增长。随着无人机技术的发展，无人机经济性、灵活性、不受地形限制等特点使其成为电力巡检中的研究热点。人工操控无人机巡检对飞手要求极高，难度较大，亟须发展智能化的无人机自主巡检。

一、电力无人机概述

无人直升机与传统直升机类似，但由操控人员在地面站进行操控，是早期电网无人机巡检试验方案之一。由于无人直升机体积较大，操控难度较高，存在与电力设施碰撞产生严重后果的潜在风险，且成本较高，目前已较少应用在电力巡检领域。多旋翼无人机由多个旋翼产生升力，通过改变各个旋翼的转速控制飞行器的姿态，具有小巧灵活、垂直起降、精准悬停的优点，但机动性和飞行高度较低，负载较小，续航时间短。因此，在架空线路巡检中，多旋翼无人机通常负责小范围精细作业，或杆塔精细化建模等任务。固定翼无人机依靠螺旋桨或涡轮发动机提供前进动力，由机翼与空气的相对运动产生升力，其巡航速度快，续航时间长，但起降需要跑道，且无法悬停。在架空线路巡检中，固定翼通常负责大范围、有较高航程要求的任务。除此之外，还有结合固定翼与多旋翼的复合翼无人机，兼具垂直起降、精准悬停与巡航速度快的优点，在灾后应急等恶劣复杂环境的应用场景中极具潜力，但在电力巡检领域尚未有大范围落地应用。从功能来说，无人机在电力巡检中所扮演的角色主要为遥感承载平台。

二、无人机自主巡检在输电线路维护中的应用

（一）激光雷达数据处理

电力巡检是激光雷达在测绘领域的细分应用，相较于传统的地图测绘工作，电力通道测绘的难点主要集中在杆塔和导线的识别与重建：电力铁塔是由细长塔材构成的镂空结构建筑，不利于点云数据的三位重建；输电线路导线的外径一般为8～37 mm，由于测量距离和激光雷达角分辨率的限制，无法保证每个扫描周期都能扫描到电力线，即电力线的点云数据通常为一串不连续的点，需要后期进行识别并补充完整，与此同时，电力线三维重建又是多项电力检测及预警的基础，对检测精度有直接影响。因此，该领域相关研究主要集中在电力线路走廊点云分类及典型目标识别、电力线三维重建、杆塔三维重建、危险点检测等4 个方面。随着技术的成熟，目前主流的数据处理软件已经可以实现大部分流程的自动化处理。

（二）无人机在故障巡检上的运用

①杆塔湿滑、积雪覆冰天气的故障巡查工作。人工登杆塔进行故障巡查的安全风险大，劳动强度高，在这种情况下，采用无人机配合巡查，能够克服天气和架空输电线路的不利因素，达到很好的效果。②属于故障放电点位于导线档距中央，比如吊车等大型施工车辆对于架空输电线路造成的故障，或者故障放电点位于其他不容易人工拍照的位置。在这种情况下，运用无人机进行近距离查看，拍照取证，将大大缩减巡查的时间，为判定故障点的位置和具体原因提供有力的图片保障。③山林、河沟蔓延区域的线路故障巡查工作。受地理环境的限制，故障巡查的进度严重延缓，此时运用无人机配合开展线路故障查找，也将取得事半功倍的效果。

（三）人工智能图像识别技术

图像识别模块内置于中央控制系统中，对传回的巡检照片进行智能处理分析。图像识别采用卷积神经网络算法，具有强大的自学能力、容错能力，通过大量样本训练进行深度学习，实现在图像中自动提取目标。目前已建立70 万张巡检图像样本库进行深度学习，可高效识别施工外破、漂浮物、速生树种、鸟窝等缺陷隐患，巡检图像处理结果会自动上传至输电智能运检管控平台进行共享和大数据分析，危急缺陷可直接形成工单推送到相应班组人员的手持移动作业端，极大提高缺陷闭环效率。

（四）输电线路所具有的快速巡检功能

通过三维模型的建立，实现对安全线路航线的规划工作，合理调整输电线路的飞行高度，能够实现自主飞行巡检工作，通过视频能够实时监测并存储输电线路100m 范围内的相关数据信息。输电线路所具有的快速巡检功能还能够实现对线路存在异常物、塔杆实际状态、输电线路等实际情况的观察，视频的分辨率大小为1920×1080，能够比较清晰的观测到输电线路以及塔基的走向及分布。

（五）喷火无人机清除架空输电线路上的异物

风筝、横幅、大棚薄膜漂浮物等异物，属于架空输电线路常见的悬挂异物。按照以前的处理方法，一般有两种：①带电情况下采用绝缘操作杆等工具将其取下；②对于导线档中央的悬挂异物，由于距离杆塔较远，需要停电采用出飞车等方法取下异物。以上两种方法的任何一种，都存在改进的空间：①带电作业，安全风险大；②停电作业，将造成电力负荷损失，同时出飞车取异物，费时费力，人工损耗大。采用喷火无人机，能够克服以前两种操作方法的缺点，简单、快捷、高效地处理杆身、塔身、导线上、地线上悬挂的异物，无须采用绝缘操作杆杆塔上操作，不会有触电风险；无须停电作业，不会造成负荷损失；不需要出线取异物，解放了劳动力。当然喷火无人机的运用，也需要做好相应的安全措施，需要备齐灭火器等必要的防火设施设备，尤其在山林地区使用过程中，更加需要做好必要的防火措施，确保防火工作万无一失。