多旋翼無人機在超高壓輸電線路巡線技術的應用

摘 要：無人機作為近年來新型技術之一，已在消防、救災、農業等領域中廣泛應用。目前，國家電網公司正在將該技術運用于輸電線路巡視中，用以打造直升機、無人機（分為固定翼和多旋翼）和人工巡檢的三位一體、新型巡視方式。文章重點介紹多旋翼無人機巡視特點，現階段無人機在線路中的巡視方式以及無人機采集圖像的分析方法。同時也提出未來無人機巡線的發展方向。文章可能有片面、不足之處，在未來工作中將會持續改進。

關鍵詞：多旋翼無人機；無人機巡線；應用

1 無人機概述

無人機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是一種由無線電遙控設備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。用于輸電線路巡視的無人機主要包括以下三類：

（1）固定翼無人機：飛行速度很快，可以達到100至200km/h，續航時間長，主要適合輸電線路的總體狀況的巡視，如通道情況、違章搭建和高大樹木，也可用于災后應急評估，為救災提供第一手現場資料。但固定翼無人機不能懸停，一般沿線路方向快速巡檢，且航線位于線路上方，可根據實際需要降低飛行速度、高度。

（2）無人直升機：與固定翼無人機相比，無人直升機能夠定點懸停、起飛及降落，但續航時間比較短，速度較慢（小于100km/h），不適合長距離巡線。但與多旋翼無人機相比，其載重優勢很明顯，可以搭載較多檢查設備，可對線路進行更全面的巡檢，但飛行操作較為困難，攜帶、維護不便。

（3）多旋翼無人機：飛行機動靈活、操作簡單、重量小、結構簡單，依靠無線電遙控飛行，抵御陣風能力強。一般在已確定故障段，用多旋翼無人機查找故障段，低速、定點進行圖像信息采集，供技術人員分析，便于檢修方案的制定。

2 多旋翼無人機巡線特點

目前應用于輸電線路巡視的無人機多數采用鋰電池作為動力電源，由于電池技術上的限制，導致無人機飛行時間較短，在空載、氣象條件良好情況下，能支持飛行30分鐘左右，但在搭載設備、有風時，只能支持飛行20分鐘左右。為了提高多旋翼無人機巡線效率和安全性，針對不同的巡視對象和巡檢部位，在開展巡視前應制定科學合理的拍攝飛行路徑和拍攝部位，嚴格落實安全飛行管控措施。結合現場實際情況、地理環境和氣象狀況，尋找最佳巡檢路徑，并根據拍攝需求，采取不同的飛行模式。

根據不同的桿塔結構，制定合理的拍攝方位、飛行流程，形成完整的拍攝流程，對各相導線、絕緣子串及金具等設備進行多角度拍攝，避免巡視死角，及時發現缺陷，保證電網穩定運行。

圖1 單回桿塔拍攝方式

對輸電線路桿塔進行巡檢時，宜以5m/s速度到達鐵塔附近20m左右位置后（根據電壓等級來確定安全距離），緩慢接近目標，當到達拍攝位置時，采用懸停模式，按照指定的方案，由任務手操作云臺，利用機載設備對目標進行實時檢查及圖像收集。

3 多旋翼無人機巡線作業流程

3.1 準備階段

無人機巡視作業前，應充分做好資料收集工作（巡視區域地形、天氣狀況等），了解巡視區域內大致地形地貌，機場、軍事禁飛區等重要設施情況，獲取巡視輸電線路桿塔坐標和高度。做好現場安全管控措施，編制飛行安全管控方案和應急方案。設計好飛行高度、巡視范圍。對無人機本體及其配套設備做好航前檢查。

3.2 實施階段

準備工作完成后進入實施階段，在此階段，操控手、程控手和任務手應各司其職，嚴格按照作業規范開展工作，保證人身、設備安全。飛控手和程控手應相互溝通，保證無人機、拍攝數據的穩定性和安全性，做好無人機回收。

多旋翼無人機巡線作業流程如圖2所示。

4 巡線數據處理方法

目前，無人機采集的圖像信息，一般通過人工分析，即通過工作人員對圖片進行分析，以此來確定桿塔線路存在的缺陷和隱患。然而，在無人機圖片采集的過程中，會受到多方面原因影響，如霧天、陰天等天氣因素，這些都會造成采集的圖片出現不同程度的影響。目前國家電網公司浙江電力公司應用無人機搭載SAR雷達已開展試點線路巡視，驗證了可在大霧環境下對導線斷線進行巡視。

為加強無人機巡檢效率，針對無人機圖像處理系統的程序需要盡快應用。通過對圖像進行去噪、去模糊等處理，使圖像更為清楚。或是增強無人機云臺系統的穩定性，提升機身穩定性。目前南京開悅無人機使用三軸陀螺技術穩定云臺，該技術可主動抵消飛行帶來的抖動、讓無人機在高空可保證圖片的清晰度。

5 無人機巡線技術下一階段方向

5.1 激光雷達建模技術

激光雷達探測技術的主要優勢在于其精確的定點測量。利用激光測距儀，可以精確地測得線下植被、建筑對輸電線路的距離，從而科學地制定樹木砍伐計劃和及時處理違章建筑。

5.2 無人機智能避障技術

無人機智能避障技術采用在無人機加裝發射和接收器的方法，將其接入飛控系統中。常見的發射、接收裝置為超聲波和TOF（光相位檢測）。前者利用聲波，后者利用光波。這兩種最簡單的測距系統，對周圍進行掃描，達到避障的效果。但超聲波和TOF系統有效距離較短（5米左右），不適合電力巡線。

未來無人機發展遠遠不止文中所提到的兩種技術，例如多機編隊協同控制技術、智能傳感技術、空氣動力學等將會大力推動對現有的無人機發展和應用。根據國家電網公司公司在協同巡檢試點工作總結電視電話會上的報告中指出：今后要發展通過搭載激光掃描等設備開展輸電線路巡檢工作。結合當前國內外前沿的云計算技術、圖像智能識別技術、無人機智能化避障技術和無人機載激光掃描等先進技術。

6 結束語

傳統的輸電線路人工巡視方法不僅工作量大而且條件十分艱苦，巡視周期長，由于人員技能水平和巡視視角的不同容易造成缺陷的遺漏，巡視質量難以控制。采取無人機進行線路巡視，不僅可以降低輸電線路運維人員勞動強度，而且提高了巡檢質量和效率。無人機作為一種新型巡檢手段，對人工巡檢形成強有力補充，做到人工和無人機協同巡檢，進一步提高線路的安全管控水平。