输电线路无人机自动巡检的实现和应用分析

2021-12-31陈凤翔陈科羽严尔梅

科技创新与应用 2021年26期

张伟，陈凤翔，陈科羽，严尔梅

（贵州电网有限责任公司输电运行检修分公司，贵州贵阳 550000）

人们物质生活水平的不断提升使得很多家用电器进入到居民生活中，人们的用电量变得越来越大，对于电力的依赖也变得越来越强烈，为此我国电力企业对电网规模进行了提升，但是这样又给输电线路巡检工作增加了负担。以前的人工巡检方式显然已经不能满足不断扩大的电网规模，所以就要引进更为先进的无人机自动巡检技术，以此来减轻巡线工作压力和危险性，同时能够提高巡线工作效率，为人们安全、平稳用电提供保障。基于此，本文对当前输电线路巡视现状进行了简单介绍，并对无人机自动巡检优势以及基础技术进行了总结归纳，最终对实现该工作的策略以及应用方式进行了分析，希望通过本文的分析可以为电力企业提供帮助。

1 当前输电线路巡视现状

输电线路是进行电力传输的主要设施，也是保障人们用电的重要设施。我国电网建设规模每年都在提升，如何在复杂的气候条件和地理环境下开展输电线路巡检工作，对于电网企业而言是一项艰巨的任务。下面就来介绍一下我国的输电线路巡视现状。

1.1 巡视环境复杂多变

最近几年我国的电力行业发展势头强劲，大部分地区都已经实现了通电，但是很多输电线路都位于人烟稀少的地区，地理环境比较繁复，气候条件也不太好，例如，位于西北地区的输电线路一般都建设在山地顶部，杆塔也设置在人烟稀少的地区，从而给巡视人员带来了查找难度，而且顶部气候太过多变，对于巡视工作也是一大阻碍，为此电力企业只能投入更多的人力、物力和财力，然而巡视工作还存在一定的危险性，所以巡视效率和效果都不太好。

1.2 巡线内容不断增加

输电线路巡检包括很多环节，涉及的内容也比较多，例如输电线路是否可以正常运行、是否受到环境的侵蚀、回填土下沉是否超出标准、杆塔基础状况是否良好、保护装置是否可以正常运行等。与此同时，还要负责巡视附属设备，例如保护装置是否可以顺畅运行、紧固件是否完好、警示标志是否存在、监测设备是否可以正常运行等，所以巡检人员需要肩负很大的工作负担，而且该项工作对于巡检人员的综合能力有着很高的要求。另外，巡检人员还要对线路环境进行检查，主要内容有检测地表活动、线路是否和周围事物保持一定的距离、线路四周是否出现了沉降现象等，而且随着输电线路的发展，巡检人员的工作内容还在不断增加。

1.3 人工巡检存在困难

现在很多电力企业都是采用人工巡检和无人机巡检相结合的方式，但是人工巡检的耗费比较大，而且存在一定的危险性。巡检人员需要带上专业设备到设置输电线路的位置进行巡视检查，无论是高山峡谷还是无人区都要亲自到场，还要爬上杆塔，即使遇到恶劣的天气也要坚持，如果在进行巡检时发生安全事故就会造成人员伤亡。无人机巡检虽然减轻了工作危险性，而且节省了人力，但需要花费很长时间才能培养出一个合格的无人机操作员，再加上操作员的技术水平参差不齐，所以很容易出现“炸机”。此外，由操作员指挥的无人机巡检容易出现误差，例如每个操作员的拍照距离都是不同的，拍照角度和位置也各不相同等，而且无人机巡检需要花费很高的资金。虽然无人机巡检提高了巡检效率，但是这种巡检方式也存在一些困难，如对操作员的技能水平有着很高的要求，还需要操作员长时间集中精力进行操作等。另外，由于无人机巡视内容的增加，操作员进行操作时经常发生事故。由两个技术水平不同的操作员对同一条线路进行巡视也可能得出不同的结果。输电线路巡视工作需要研究更先进、安全和可靠的技术和方式，以此来降低无人机巡视成本，提高无人机巡视准确率和工作效率，这是电力企业接下来需要重点关注的问题。

2 实现无人机输电线路自动巡线的技术支持

2.1 多角度多光谱成像技术

该技术能够支持可见光成像，还可以支持热红外成像，而且可以从多个角度同时支持三个波段，其是现在唯一一个能够从多个角度支持热红外成像的技术。该技术可以对线路地形进行成像，还可以对线路周围物体进行成像，同时能够形成线下横纵剖面图，还可以生成正射影像图，这样就可以确定目标位置，还可以对目标实际情况进行准确判断，从而及时发现目标是否存在危险，并对线路周围物体的距离进行测量。

2.2 激光振动技术

对振动频谱进行认真分析可以发现，一般情况下的振动频率和已经出现开裂的绝缘子振动频率有一定差异，所以可以先对需要检查的绝缘子发射超声波，之后再利用反射镜对超声波进行反射，这样就可以形成微振动，然后再利用激光对需要检查的绝缘子发射激光，再根据反射信号频谱对收集到的振动数据进行对比判断绝缘子是否存在开裂。

2.3 红外热像仪

如果线路接头存在问题，那么接触电阻就会升高，当负荷电流通过的时候，接头温度就会出现过热现象，如果电压运用中遇到低零值绝缘子也会出现过热现象，而过热会导致该设备发出比周边其他设备都要强烈的红外线，利用红外热像仪就可以及时发现存在问题的线路。

2.4 自动巡检技术

以前的无人机巡检都要借助定位系统传输过来的C/A码，通过航拍电文来对飞机飞行路线进行调整。最近几年，随着航拍技术的快速发展，研发出了让无人机根据空间坐标信息确定位置并拍照的技术，也就是输电通道空间模型，这样无人机就可以更准确地判断障碍物和输电线路的距离，误差可以控制在1米范围内，从而可以及时避开障碍物，操作人员的工作难度得到了有效降低，巡检效率也变得越来越高。另外，还有新研发的RTK技术将会被应用到无人机巡检中，该技术需要借助基准站接收卫星信号，基准站一般会建设在特定位置，然后将接收到的信号实时传送给无人机操作者，此外无人机操作者还可以接收卫星信号，操作者将两种信号进行联合解算就可以将外破误差控制在30-50厘米之内。

3 无人机自动巡线技术在电力输电线路巡检的实现策略

3.1 对GPS定位和信号传输系统进行改进

输电线路巡检需要经过很多类型的地形，还可能遇到恶劣的天气，为了确保无人机能够在此情形下安全、顺利地完成巡检任务，就需要采用精确度更高的导航定位技术。电力企业可以采用差分定位系统，该系统的定位结果更加准确，可以精确到厘米级，还可以有效降低观测误差，这样无人机就可以及时避开各种障碍物，而且还可以拍摄到更清晰的图像，这无疑可以为巡检工作提供很大的助力。此外，无人机自动巡检工作的顺利开展还需要通畅的信号作为支持，因为无人机需要接受操作人员的指令，还需要将信息及时地反馈给操作员，完成此操作需要确保通信正常。无人机自动巡检的工作环境比较复杂，经常会遇到高山峡谷，虽然现在的网络信号传输已经有了很大的提升，但是地形还是会对信号传输造成阻碍，从而出现通信中断、信号不稳定等情况。为此，需要采用更先进的数据链路中继系统，从而可以在信号方面为无人机在自动巡检过程中可以顺畅地进行视频传输提供保障，这样无人机就可以顺利地完成巡检工作。

3.2 对无人机避障系统进行完善

无人机自动巡检要想获得精准的信息就要采用超低空飞行，但是这种飞行方式会让无人机容易遇到各种障碍物，如果不能准确躲避这些障碍物就可能导致无人机受到损坏。基于此，就要对无人机避障系统进行升级改造，可以在无人机上应用能够24小时无论任何环境都可以自动识别和躲避障碍物的自主雷达避障系统，该系统对于200米范围内的障碍物都可以做到精准识别，这样无人机就可以顺利、安全地完成巡检任务。

3.3 制定科学的飞行计划和合理规划航迹路线

飞行计划是无人机自动巡检之前必须完成的一项工作，航迹路线规划同样也是必须进行的一个环节，这两项工作不仅会对无人机飞行安全造成直接影响，还和输电线路巡检效果有着密切关系。所以，相关工作人员进行巡检之前需要先认真分析地形数据，还要对电力线模型进行全面剖析，在此基础上制定科学的飞行计划，并对航迹路线进行合理规划。

3.4 优化无人机多传感自动任务检测技术

现在应用到输电线路巡检中的无人机大部分都不能进行自动多帧图片拍摄，而且传感器比较简单，为了让传感器可以同时进行数据集成和校验就要提升无人机数据获取能力，为此需要应用时间同步技术和位置姿态系统，这样传感器就可以准确、快速地获取时间和空间坐标，无人机获取数据的效率和准确性也能得到提升。与此同时，还要应用高精度POS系统，该系统可以让无人机吊舱位姿基准变得更加精确，惯性稳定平台也能因此得到准确的引导。此外，还要对吊舱自动跟踪技术进行提升。无人机对输电线路进行自动巡检时，吊舱荷载系统需要不断地进行移动，从而给相机、摄像机确定目标增加了难度，为此可以应用吊舱自动跟踪技术，采用双闭环控制策略对该技术进行提升，以便可以更准确地收集和传送信息。

4 无人机自动驾驶在输电线路巡检中的应用

4.1 应用于线路通道、树障巡检

以前只有技术熟练且对线路结构了解充分的操作人员才能顺利指挥无人机完成线路通道巡检工作。如果想让巡检可以顺利完成，指挥过程中就不能出现任何差错，拍照距离和角度也有着很高的要求，这无疑给无人机操作人员增加了工作难度。在输电线路巡检中应用无人机自动驾驶技术不仅可以减轻操作人员的工作难度，降低了对操作人员技术水平的要求，还可以提高数据采集精确性。而且该技术应用了雷达高精度定位系统，还采用了大数据积累，操作人员只需要按动按钮，无人机就可以按照提前规划好的航迹线路自动飞行，定位系统会将飞行地标实时传送给无人机，到达指定位置后，还会自动进行拍照保存，完成任务后不需要操作人员指挥就可以自动返航，从而实现了无人机自动巡检工作新模式。这种工作模式已经成为当前输电线路巡检的重要手段，特别是那些位于地形复杂区域的输电线路。以前的人工巡检每人每天只能完成4千米巡视，现在的无人机自动巡检却可以每天完成14.52千米的巡视，工作效率大辐提升。

4.2 应用于线路故障夜间巡视和勘定受灾程度

有时线路故障会发生在夜晚，这时不能使用普通的无人机进行故障查找，采用人工查找又需要耗费太长的时间，而且具有很大的危险性，对于故障根源的判断也容易出现偏差。针对这种情况就可以采用自动驾驶夜视无人机，这种无人机在夜晚也可以准确避开障碍物，从而可以快速、顺畅地完成故障查找工作，维修人员也可以及时完成维修工作。无人机自动巡检还可以应用到勘定受灾程度当中，从而可以为应急抢修提供数据参考，从而提高抢修效率。

4.3 应用于线路设备隐患台账记录和更新

无人机自动巡检时会从不同的角度对输电线路设备进行拍摄，操作人员可以利用专门的软件将这些照片整合起来，这样就可以了解线路全景情况，还可以应用在很多测量或检测工作中，如线路交叉跨越安全距离确定、多工况线路状态检测等。此外，还可以应用到线路隐患台账记录当中，为快速排除线路故障提供助力。跨越重要路段的输电线路具有很大的巡检难度，所以要应用无人机自动巡检来对安全隐患进行及时发掘，为线路顺畅运行提供保障，为电力企业及时了解线路运行状况提供助力，最终实现自动化线路巡检。