河南送变电建设有限公司输电运检分公司 陈太雷 张全升 王 力 西安理工大学 穆凯迪

随着无人机技术的成熟，无人机在电力巡检过程中拥有广阔的应用前景[1]。目前主要由地面工作人员根据搭载在无人机上的视觉摄像回传的图像、GPS 信息等来控制无人机在巡检过程中的飞行及拍摄[2]，但这种巡检方式仍对操作人员有极大的依赖性且工作强度大、效率低，已不能满足我国电力维护、电力监理的需求，因此开发无人机自主飞行的巡检系统已然成为新的趋势。对于现有的输电线路无人机自动巡检技术，在航线规划过程中航点的制作大多需人工输入、过程繁琐[3]，尤其是无人机每个航点的经纬度坐标、高度需要预先逐点依次收集，一旦将出现差错严重影响飞行安全。同时固定翼无人机进行输电线路巡检时，其工作路径规划通常受到包括巡检任务和无人机性能参数等多种约束条件，使得寻找安全、合适、有效的输电线路无人机巡检路径变得极为困难[4]。

1 无人机自主飞行技术内容

一键式航线规划。是指在无人机实际飞行作业前，对无人机空中飞行和拍照工作进行精确规划，从而实现安全可靠的无人机自主飞行作业，主要包含两类：通道巡检航线规划。是基于杆塔的GPS 信息和杆塔高度等信息实现的，杆塔GPS 位置信息和高度信息可从电网系统内部线路信息系统中获取，也可现场通过无人机飞行打点来获取。在通道巡检航线规划中，用户可自动或手动设置通道巡检的宽度、合理的飞行高度和速度、拍照间隔、地面分辨率和航向旁向重叠度等；精细化巡检航线规划。主要是实现杆塔本体巡检自主飞行的航线规划，精细化巡检航线规划方式是基于复飞打点方式来实现的，即通过人工示教的方式来记录航线信息。该模式的无人机需具备高精度的GPS 模块或RTK 模块，RTK 相对于常规GPS定位精度更高，因此RTK 无人机人工示教记录的航线更精准。

自主航线飞行。是指基于已规划的航线实现无人机巡检的自动飞行与拍照。大疆无人机提供SDK 二次开发的接口，该项目可实现通过大疆SDK 的航点任务接口将航线规划的航线任务信息传入到大疆飞行系统数据库中，实际执行任务时无人机从飞行系统数据库中获得航点经纬度和高度，即可按规划好的航点顺序自主飞行和拍照。为保证安全，在实际无人机自主航线飞行过程中巡检人员可随时暂停任务、可随时夺控手动操控无人机以应对各种突发情况。自主航线飞行要求无人机需具备高精度GPS 或RTK 模块，RTK 相对于常规GPS 定位精度更高。因为在自主航线飞行时，相比常规GPS 无人机RTK 无人机飞行精度更高且成果更可靠。

实时图传。通过大疆SDK 提供的图传接口，巡检人员可在遥控器连接的移动端APP 上实时获取无人机摄像头的图像信息，实现对无人机自动飞行情况的实时图传监控。实时图传实现的前提是遥控器与无人机保持连接状态，一旦遥控器显示连接信号弱可能会丢失信号，则实时图传可能会中断，在超视距飞行过程中，为保证飞行安全建议夺控手动操控无人机返航。

变高飞行。在航线规划时引入数字高程模型（DEM）数据，程序可根据杆塔经纬度自动设计的航线轨迹点在DEM 上获取海拔高度，并在航线内相邻两航迹点间读取线路上DEM 高程最大值和最小值，获取其坐标作为补充航迹点，使无人机以地形起伏为依据实现变高飞行。变高飞行的前提是数字高程模型（DEM）有效且正确，如DEM 错误则可能导致飞行数据无效或炸机的风险，因此变高飞行航线规划时需通过算法自动或手动检查DEM 的有效性和正确性。如DEM 错误也可通过三维打点的方式实现变高飞行，即通过无人机打点的方式记录杆塔的相对高程信息，在通道巡检后处理过程中可通过三维重建算法逐步提高DEM 的正确性。

2 电力精细巡检自动飞行软件

为了配套无人机自主飞行，开发设计电力精细巡检自动飞行软件。电力精细巡检自动飞行软件是一款基于杆塔三维点云进行巡检航迹规划的软件系统，支持LiDAR 点云和可见光密集匹配的三维点云，输出移动地面站直接使用的任务文件，指导无人机执行杆塔精细化巡检任务（图1）。

图1 电力精细巡检自动飞行软件平台设计

飞行器连接状态栏功能说明。飞行器连接状态栏中包含多种功能：软件操作模式。该功能显示当前软件的操作模式，包含巡检模式和学习模式两种；无人机机型。显示无人机机型和连接状态，当无人机遥控器与手机/平板正常连接时，该窗口上方会显示无人机机型。当无人机遥控器与手机/平板未正常连接时，该窗口只会呈现“未连接”状态；无人机连接状态。显示无人机与遥控器连接状态、无人机图传连接状态、无人机GPS收星状态以及电池电量信息；无人机飞行时间条。显示无人机剩余飞行时间，到达“H”标时无人机会自动返航。

功能窗口说明。该窗口包含切多种功能：切换模式。点击该按钮可将软件切换为“学习模式”或“巡检模式”，当前软件操作模式可在无人机连接状态栏中查看；杆塔管理。通过该功能可对杆塔进行修改或删除，可编辑目录名称、线路名称、杆塔编号、电压等级、备注信息等信息；任务管理。可通过该功能创建飞行任务、对飞行任务进行编辑。创建飞行任务时可对任务目录、杆塔目录、顺序预览、任务名称等信息进行编辑。

任务执行。可通过该功能导入杆塔飞行任务，选择飞行任务所在文件路径。选择飞行任务状态，分别为未执行、未完成、已完成和全部四个选项。断点续飞，此功能可完成任务中断后的断点续飞。半自动飞行，选择此飞行模式后飞行器在拍照点位置时需手动拍照。自动飞行，选择此飞行模式后飞行器在执行任务过程中会自动拍照。

飞行监控数据。包括飞机的位置、飞行轨迹、飞行速度、飞行高度、距起飞点距离、飞行姿态、飞机连接状态、遥控器连接状态、遥控器链路状态、GPS 星数、电池电量、激光器状态、实时视频画面，航线飞行时间等。

3 结语

为缓解输电线路运维压力，提高线路巡检质量和效率，本文提出一种输电线路无人机自主飞行巡检技术。该技术从一键式航线规划、自主航线飞行、实时图传、变高飞行四个方面入手，不仅避免发生人工巡视缺陷，还节省了巡视成本，同时减少人员劳动强度，实现线路巡检标准化规范化，是输电线路巡检运维的智能化发展方向。