小型多旋翼無人機在線路故障巡視的應用探討

貴州電網有限責任公司畢節供電局 莫 剛

小型多旋翼無人機在線路故障巡視的應用探討

貴州電網有限責任公司畢節供電局 莫 剛

我國輸電線路分布范圍廣，距離長，且大多處于山區地帶，走廊地形復雜，交叉跨越多。而現有的線路巡視方法一般采用人工巡檢為主，運維人員工作量大，強度高，容易發生人身安全事故。小型多旋翼無人機具有良好的機動性和操控性，本文就小型多旋翼無人機在線路故障巡視的應用進行探討。

無人機；線路故障；巡視

1. 引言

輸電線路跨區域分布，點多面廣，所處地形復雜，自然環境惡劣，輸電線路設備長期暴露在野外，受到持續的機械張力、雷擊閃絡、材料老化、覆冰以及人為因素的影響而產生倒塔、斷股、磨損、腐蝕、舞動等現象，這些情況若沒有及時發現并修復，將對電網運行產生巨大威脅。

傳統的巡線方式已經滿足不了現代電力系統的廣泛需求。針對高壓輸電線路的運行管理模式和常規作業方式，傳統的人工巡線方法不僅工作量大而且條件艱苦，特別是對山區和跨越大江大河的輸電線路的巡查，以及在冰災、水災、地震、滑坡、夜晚期間巡線檢查，所花時間長、人力成本高、困難大，某些線路區域和某些巡檢項目人工巡查方法目前還難以完成。遇到電網緊急故障和異常氣候條件等情況，線路維護人員不具備有利的交通優勢，利用望遠鏡或肉眼來巡查設施。傳統巡線方式已經不能滿足電網高效巡線的要求，新興起的電力無人機巡線卻有著傳統巡線無可比擬的優勢，完美的解決了傳統巡線中所遇到的困難。

2. 固定翼無人在電力巡線的應用

固定翼無人機是無人機發展中歷史最悠久、最成熟的一類。

固定翼無人機的普遍特點是：結構復雜性低、飛行速度高、載重量大、操縱簡便、自主性強、續航時間長、維護性好、可在各個空域高度飛行。其不足是：起飛／著陸需要專用場地或專用設備(如彈射機構、回收攔阻網)；此外，由于空

氣動力學特性，固定翼無人機必須以一定的速度飛行(隨機型和載重不同)才能維持其升力。因而，不適合于低空慢速巡檢查，視頻拍攝效果難以保證。對線路可疑點無法進行連續的視頻和圖像拍攝。

3. 小型多旋翼無人機在電力巡線的應用

多旋翼無人機的旋翼為非共軸對稱布局(如兩、四、六、八旋翼多種)。多旋翼無人機技術非常先進[1]，雖然采用電池驅動，巡航距離短，負載輕，但是它的體積小巧輕便，容易攜帶，危險性非常小。采用高容量的鋰聚合物電池，其巡航能力和負載能夠滿足輸電線路故障巡查工作要求，適用大規模場景航拍等各類工程應用[2]。

多旋翼無人機具備高空、遠距離、快速、自行作業的能力，可以穿越高山、河流對輸電線路進行快速巡線，對架空線的鐵塔、支架、導線、絕緣子、防震錘、耐張線夾、懸垂線夾等進行全光譜的快速攝像和故障監測。多旋翼無人機作業可以大大提高輸電維護和檢修的速度和效率，使許多工作能在完全帶電的環境下迅速完成。因此，無人機巡線方式無疑是一種安全、快速、高效、前途廣闊的巡線方式[3]。

4. 小型多旋翼無人機識別線路故障的關鍵技術

無人機巡視線路的工作流程可分為兩部分，線路照片拍攝和照片分析，線路照片拍攝由無人機攜帶的任務設備完成，照片分析由圖像輔助分析系統完成。

小型多旋翼無人機作為搭載平臺，搭載供電設備、檢測設備、控制設備等硬件設施到達空中完成指定作業。無線通信鏈路包括無線圖傳、無人機遙控、相機無線遙控等三種數據，分別實現實時視頻傳輸、飛行操控、遙控拍攝照片。地面站由地面終端（可以為車載終端、便攜式終端等）、遙控和飛巡裝置等構成，完成無人機控制、目標的巡視、數據采集、實時視頻展示等功能，并在野外現場進行數據預處理，判斷巡視結果，同時將處理結果及原始圖片等信息通過GPRS／3G／4G 網絡上傳監控中心以作進一步的分析和存儲。

小型多旋翼無人機通過可見光、紅外等攝像設備對電力線路進行拍照，可稱為素材采集，素材收集需對線路進行連續拍照，該過程的關鍵技術涉及飛行控制技術、機體穩定控制技術、數據鏈通訊技術、現代導航技術、智能避障技術和快速對焦攝像技術等，目前已經有較多商業化的航拍用小型多旋翼無人機，技術也比較成熟。得益于先進的飛控技術，小型多旋翼無人機的操控變得越來越簡單可靠；巡線人員現場觀察到疑似故障點后，可操控小型多旋翼無人機對故障點進行多角度拍攝，收集到的照片可用于之后的故障分析。

素材收集完畢后，在臺式電腦上對線路圖片進行查看分析，判別線路是否存在故障點；一條線路巡檢下來獲得的照片數量是巨大的，如果用人工查看的方式，效率低下并且受人影響的因素較大，可能會忽視一些細小的故障點，這時需要利用圖像輔助分析系統提高圖片分析的效率和質量。圖像輔助分析系統可對采集到的線路照片進行批量處理，從中分析出線路存在的故障點并生成故障報告，再經人工審核確定。針對不同故障類型，圖像分析算法也不一樣。

以絕緣子缺陷檢測為例，針對航拍圖像背景復雜的特點，絕緣子的分割至關重要。結合絕緣子整串的形狀特征，利用閾值分割和邊緣檢測的方式可實現對絕緣子串快速定位[4]。目前多利用其顏色特征和閾值分割算法對其進行分割提取，同時結合形態學特征、遺傳算法和BP 神經網絡等方法，可實現絕緣子缺陷檢測。

5. 小型多旋翼無人機巡線優點

(1)進行高壓輸電線路故障點的快速查找和架空線路高空巡檢作業，高效地排查可疑故障點，發現和確定故障點。

(2)減少登塔高空作業及帶電作業次數，通過人員在地面操作航模機，多角度拍攝視頻和高清晰照片，實現高空檢查，便于快速開展狀態檢修。

(3)較適用于具體區段、局部設備的快速反應故障巡查。使用方便、成本低、體積小、安全性強、維護費用較低，具有強大的技術、經濟優勢和廣闊的應用前景。

(4)智能定點懸停在線路金具、絕緣子上方進行局部檢測，方便快捷。減少人工線路巡視的勞動強度和時間。尤其是進行山區、跨河及惡劣環境下的線路巡視，其優勢凸顯。

(5)無人機通過攜帶陀螺穩定的可見光監視器和紅外線成像儀等設備，對輸電線路進行錄像和檢測，實現自動巡視，解決復雜地形巡視難、診斷難的問題，替代人工實現危險區域作業，改變人工巡視受自然環境、地形、觀測角度局限的局面。

6. 發展前景

隨著無入機技術的的不斷進步，將多旋翼無人機引入輸電線路巡視領域，特別適用于具體區段、局部設備的快速反應故障巡查，其價格低廉、飛機和操作完全掌握在運行單位手中，這些優勢使多旋翼無人機對于高壓輸電線路乃至特超高壓線路的故障排查和巡查，具有強大的技術、經濟優勢和廣闊的應用前景，正逐步受到國家電網公司各個部門的重視，這種方式將成為輸電線路運行維護工作的未來發展方向之一。

[1]楊成順,楊忠,葛樂等.基于多旋翼無人機的輸電線路智能巡檢系統[J].濟南大學學報(自然科學版),2013,27(4):358-362.

[2]代君,管宇峰,任淑紅等.多旋翼無人機研究現狀與發展趨勢探討[J].赤峰學院學報(自然科學版),2016,32(16):22-24.DOI:10.3969/ j.issn.1673-260X.2016.16.008.

[3]湯明文,戴禮豪,林朝輝等.無人機在電力線路巡視中的應用[J].中國電力,2013,46(3):35-38.DOI:10.3969/j.issn.1004-9649.2013.03.008.