多旋翼無(wú)人機(jī)在超高壓輸電線路巡線技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：無(wú)人機(jī)作為近年來(lái)新型技術(shù)之一，已在消防、救災(zāi)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)家電網(wǎng)公司正在將該技術(shù)運(yùn)用于輸電線路巡視中，用以打造直升機(jī)、無(wú)人機(jī)（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(diǎn)介紹多旋翼無(wú)人機(jī)巡視特點(diǎn)，現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)在線路中的巡視方式以及無(wú)人機(jī)采集圖像的分析方法。同時(shí)也提出未來(lái)無(wú)人機(jī)巡線的發(fā)展方向。文章可能有片面、不足之處，在未來(lái)工作中將會(huì)持續(xù)改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：多旋翼無(wú)人機(jī)；無(wú)人機(jī)巡線；應(yīng)用

1 無(wú)人機(jī)概述

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

（1）固定翼無(wú)人機(jī)：飛行速度很快，可以達(dá)到100至200km/h，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，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(shù)木，也可用于災(zāi)后應(yīng)急評(píng)估，為救災(zāi)提供第一手現(xiàn)場(chǎng)資料。但固定翼無(wú)人機(jī)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(jù)實(shí)際需要降低飛行速度、高度。

（2）無(wú)人直升機(jī)：與固定翼無(wú)人機(jī)相比，無(wú)人直升機(jī)能夠定點(diǎn)懸停、起飛及降落，但續(xù)航時(shí)間比較短，速度較慢（小于100km/h），不適合長(zhǎng)距離巡線。但與多旋翼無(wú)人機(jī)相比，其載重優(yōu)勢(shì)很明顯，可以搭載較多檢查設(shè)備，可對(duì)線路進(jìn)行更全面的巡檢，但飛行操作較為困難，攜帶、維護(hù)不便。

（3）多旋翼無(wú)人機(jī)：飛行機(jī)動(dòng)靈活、操作簡(jiǎn)單、重量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，依靠無(wú)線電遙控飛行，抵御陣風(fēng)能力強(qiáng)。一般在已確定故障段，用多旋翼無(wú)人機(jī)查找故障段，低速、定點(diǎn)進(jìn)行圖像信息采集，供技術(shù)人員分析，便于檢修方案的制定。

2 多旋翼無(wú)人機(jī)巡線特點(diǎn)

目前應(yīng)用于輸電線路巡視的無(wú)人機(jī)多數(shù)采用鋰電池作為動(dòng)力電源，由于電池技術(shù)上的限制，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛行時(shí)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(shè)備、有風(fēng)時(shí)，只能支持飛行20分鐘左右。為了提高多旋翼無(wú)人機(jī)巡線效率和安全性，針對(duì)不同的巡視對(duì)象和巡檢部位，在開(kāi)展巡視前應(yīng)制定科學(xué)合理的拍攝飛行路徑和拍攝部位，嚴(yán)格落實(shí)安全飛行管控措施。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、地理環(huán)境和氣象狀況，尋找最佳巡檢路徑，并根據(jù)拍攝需求，采取不同的飛行模式。

根據(jù)不同的桿塔結(jié)構(gòu)，制定合理的拍攝方位、飛行流程，形成完整的拍攝流程，對(duì)各相導(dǎo)線、絕緣子串及金具等設(shè)備進(jìn)行多角度拍攝，避免巡視死角，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 單回桿塔拍攝方式

對(duì)輸電線路桿塔進(jìn)行巡檢時(shí)，宜以5m/s速度到達(dá)鐵塔附近20m左右位置后（根據(jù)電壓等級(jí)來(lái)確定安全距離），緩慢接近目標(biāo)，當(dāng)?shù)竭_(dá)拍攝位置時(shí)，采用懸停模式，按照指定的方案，由任務(wù)手操作云臺(tái)，利用機(jī)載設(shè)備對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查及圖像收集。

3 多旋翼無(wú)人機(jī)巡線作業(yè)流程

3.1 準(zhǔn)備階段

無(wú)人機(jī)巡視作業(yè)前，應(yīng)充分做好資料收集工作（巡視區(qū)域地形、天氣狀況等），了解巡視區(qū)域內(nèi)大致地形地貌，機(jī)場(chǎng)、軍事禁飛區(qū)等重要設(shè)施情況，獲取巡視輸電線路桿塔坐標(biāo)和高度。做好現(xiàn)場(chǎng)安全管控措施，編制飛行安全管控方案和應(yīng)急方案。設(shè)計(jì)好飛行高度、巡視范圍。對(duì)無(wú)人機(jī)本體及其配套設(shè)備做好航前檢查。

3.2 實(shí)施階段

準(zhǔn)備工作完成后進(jìn)入實(shí)施階段，在此階段，操控手、程控手和任務(wù)手應(yīng)各司其職，嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)范開(kāi)展工作，保證人身、設(shè)備安全。飛控手和程控手應(yīng)相互溝通，保證無(wú)人機(jī)、拍攝數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性，做好無(wú)人機(jī)回收。

多旋翼無(wú)人機(jī)巡線作業(yè)流程如圖2所示。

4 巡線數(shù)據(jù)處理方法

目前，無(wú)人機(jī)采集的圖像信息，一般通過(guò)人工分析，即通過(guò)工作人員對(duì)圖片進(jìn)行分析，以此來(lái)確定桿塔線路存在的缺陷和隱患。然而，在無(wú)人機(jī)圖片采集的過(guò)程中，會(huì)受到多方面原因影響，如霧天、陰天等天氣因素，這些都會(huì)造成采集的圖片出現(xiàn)不同程度的影響。目前國(guó)家電網(wǎng)公司浙江電力公司應(yīng)用無(wú)人機(jī)搭載SAR雷達(dá)已開(kāi)展試點(diǎn)線路巡視，驗(yàn)證了可在大霧環(huán)境下對(duì)導(dǎo)線斷線進(jìn)行巡視。

為加強(qiáng)無(wú)人機(jī)巡檢效率，針對(duì)無(wú)人機(jī)圖像處理系統(tǒng)的程序需要盡快應(yīng)用。通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行去噪、去模糊等處理，使圖像更為清楚。或是增強(qiáng)無(wú)人機(jī)云臺(tái)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提升機(jī)身穩(wěn)定性。目前南京開(kāi)悅無(wú)人機(jī)使用三軸陀螺技術(shù)穩(wěn)定云臺(tái)，該技術(shù)可主動(dòng)抵消飛行帶來(lái)的抖動(dòng)、讓無(wú)人機(jī)在高空可保證圖片的清晰度。

5 無(wú)人機(jī)巡線技術(shù)下一階段方向

5.1 激光雷達(dá)建模技術(shù)

激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于其精確的定點(diǎn)測(cè)量。利用激光測(cè)距儀，可以精確地測(cè)得線下植被、建筑對(duì)輸電線路的距離，從而科學(xué)地制定樹(shù)木砍伐計(jì)劃和及時(shí)處理違章建筑。

5.2 無(wú)人機(jī)智能避障技術(shù)

無(wú)人機(jī)智能避障技術(shù)采用在無(wú)人機(jī)加裝發(fā)射和接收器的方法，將其接入飛控系統(tǒng)中。常見(jiàn)的發(fā)射、接收裝置為超聲波和TOF（光相位檢測(cè)）。前者利用聲波，后者利用光波。這兩種最簡(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)，對(duì)周圍進(jìn)行掃描，達(dá)到避障的效果。但超聲波和TOF系統(tǒng)有效距離較短（5米左右），不適合電力巡線。

未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止文中所提到的兩種技術(shù)，例如多機(jī)編隊(duì)協(xié)同控制技術(shù)、智能傳感技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)等將會(huì)大力推動(dòng)對(duì)現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)發(fā)展和應(yīng)用。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司公司在協(xié)同巡檢試點(diǎn)工作總結(jié)電視電話會(huì)上的報(bào)告中指出：今后要發(fā)展通過(guò)搭載激光掃描等設(shè)備開(kāi)展輸電線路巡檢工作。結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外前沿的云計(jì)算技術(shù)、圖像智能識(shí)別技術(shù)、無(wú)人機(jī)智能化避障技術(shù)和無(wú)人機(jī)載激光掃描等先進(jìn)技術(shù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)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(zhǎng)，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(zhì)量難以控制。采取無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路巡視，不僅可以降低輸電線路運(yùn)維人員勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提高了巡檢質(zhì)量和效率。無(wú)人機(jī)作為一種新型巡檢手段，對(duì)人工巡檢形成強(qiáng)有力補(bǔ)充，做到人工和無(wú)人機(jī)協(xié)同巡檢，進(jìn)一步提高線路的安全管控水平。