小型多旋翼无人机在架空输电线路巡检应用探索

2020-05-27曲达

通信电源技术 2020年6期

曲达

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东茂名 525000）

1 无人机功能应用现状及问题

1.1 无人机功能应用现状

现阶段，无人机在实际应用中还处于探索阶段，各个国家电力层也会对无人机进行小范围应用，为巡线操作提供便利条件，但并没有制定出完整的问题解决方案和应用模式。在我国，载人直升机巡检工作开始于20 世纪80 年代，由于该种巡检方式需要投入很多费用，而且灵活性和机动性很差，没有得到广泛流行。需要注意的是，我国无人飞行器的研究起步较晚，理论部分并不完善，而且还没有完全开放。相比之下，无人飞行器在我国国内的应用频率较高，如影视制作、广告航拍、消防监测以及科研活动等[1]。

国外很多电力公司很早便开始进行硬件开发研究，实现对激光雷达和巡线技术的有效应用。例如，根据自身输电线路运维特点，执行有效的无人机巡线体系建设操作，全面提升线路运维效率。

1.2 无人机功能应用过程中存在的问题

现阶段，国内外电力公司均意识到无人机飞行的重要性，但依然以手动操作形式为主，没有达到自主飞行状态。在拍摄过程中，工作人员应开展手动操作无人机计划的制定，确保无人机能够飞行到最高目标高程上，调整好飞行和拍摄角度，这也使得主体操作难度大幅增加。此外，该项操作对于工作人员操作熟练度同样具备较高要求，安全系数很难保持在规定状态下。在实际飞行中，人们很难对学习功能进行应用，即使是相同任务的执行，也需要借助于手动操作。

从如上内容中也能够看出，除了智能化水平不足外，对无人机的影像资料分析、归类等同样存在一些问题，需要消耗大量的人力、物力，从而导致无人机推广应用受到很大影响。对于无人机和电池的管理，工作人员也不能针对无人机实际情况进行统计操作，无法做到该层面的全寿命周期管理。

2 小型多旋翼无人机在架空输电线路巡检中的应用

2.1 高速成像模块

对于高速成像模块的应用，主要是在无人机飞行过程中，开展输电线路图像信息的采集操作，获取到更多的可见光图像。通过上述操作，架空输电线路的实际情况也能真实的呈现出来，确认其中是否存在绝缘子雷击、断股等问题。为了进一步提升无人机巡检质量，相关工作人员对可见光传感器提出了更高要求，这其中涉及到的内容有很多方面，如自动对焦功能展示等，进而将4 倍光学变焦功能表达出来，让实际像素标准保持在1000 万以上。

2.2 红外和紫外传感器模块

从实际输电线路检查过程中能够看出，容易出现接头盒、线夹等发热情况。为了避免这些情况出现，工作人员会将红外成像传感器模块设置于无人机。在实际架空线路巡检操作执行时，红外成像传感器模块会发挥出很大作用。同时，相关工作人员还要遵循以往的设计要求，如自动对焦功能展示、相机像素超过30 万等。当相关工作人员得到热图数据之后，还要在第一时间内将其导出，并将最高点数值和位置显示出来。对于输电线路和电气设备之中存在的电晕放电情况，工作人员可以通过紫外成像传感器对其进行监测。为了方便相关工作的执行，工作人员可以将紫外成像传感器搭载在小型多旋翼无人机上，并按照相关技术标准进行有效设计，这其中最为常见的要求有：体积小、质量低于1.5 kg、具备较高的探测灵敏度等，并及时将巡检过程中出现的故障内容呈现出来。

现阶段，整个紫外西横向传感器模块搭载的小型多旋翼无人机探测系统的组成，主要涉及到如下三方面内容：第一，日盲紫外探测仪和微型可见光相机；第二，定焦距日盲紫外探测仪；第三，改进型可见光探测仪。通过对产品的开发周期以及成本对比，使用效果最好的当属改进型可见光探测仪，如果能够将其搭载到小型多旋翼无人机中，巡检质量及效率也会得到大大提升[2]。

2.3 激光雷达测量技术模块

一般情况下，机载激光雷达测量系统主要涉及到的内容有：激光扫描仪、惯性导航系统及成像系统等。此外，对于机载激光雷达测量工作的开展，还会应用到航摄数据采集、航摄设计等。基于无人机平台激光雷达输电通道巡检技术的应用，可以确保光学影像数据等内容的同步操作，为后续预警工作的执行创造更多有利条件，确保主体环境的安全检查。更为重要的是，工作人员也可以借助于激光雷达电力巡检和电力线路设计结合操作，让输电通道得到高精度还原，这也是三维仿真分析的重要环节，可以将输电线路信息化管理水平提升。例如，基于无人机的激光雷达测量技术模块，能够在输电线路树障普查及预警中展示出作用。树线矛盾一直都是电力部门巡检的重点内容，倘若树和线安全距离不足，容易出现放电等事故。为此，相关部门引进了LiAir 无人机激光雷达扫描系统，该系统由GNSS 和IMU 定位系统以及存储控制单元等内容构成，具体作业流程如图1 所示[3]。

2.4 智能操纵终端APP

通过对智能操控终端APP 的使用，无人机能够按照实际规划路径开展自主巡视操作。此外，在实际无人机自主飞行过程中，需要按照实际高程和拍摄角度，实现对输电线路通道开展持续拍摄，该类飞行过程不会受到熟练程度的影响，进而将实际飞行操作难度进一步降低，最终使得输电通道巡视飞行的安全性大大提升。一般整个智能操作终端APP 主要涉及到的模块有精细化巡视、通道巡视和全景采集等。其中，精细化巡视模块主要是借助于无人机搭载RTK 组件，让无人机定位精度达到厘米级别。该模块能够提供有效的学习模块，在实际学习模式之下，对飞行记录进行规范化分析，如果在后续执行相同任务时，便可以开展有效的自动巡视操作。此外，通过巡视模块同样可以开展自动控制操作，确保对走廊环境信息的全面采集操作。在作业执行之前，相关工作人员需要将线路飞行任务明确，输入起飞点信息，此时软件也能自动生成航线高度[4]。