基于無人機的輸電線路巡視系統(tǒng)設計與實現

周書軍+邢書理+劉杰

摘要當前國家已經把建設智能電網提升到國家的戰(zhàn)略層面，因此，必須加快輸電線路的智能化管理。現如今，我國的不少地區(qū)所使用的巡檢手段依然是人工檢查，這根本無法滿足現在電力事業(yè)快速發(fā)展的需求。而無人機逐漸從軍事領域擴展到其他領域，開始廣泛應用于輸電線路的巡查和架設線路。本文將詳細分析六旋翼無人機的輸電線路巡視系統(tǒng)設計與具體應用。

關鍵詞無人機；輸電線路；巡視系統(tǒng)；設計；實現

隨著無人機在民事領域的應用，它被應用在輸電線路領域，不僅可以對輸電線路進行巡查而且也可以架設線路。無人機巡檢可以完成很多項目，比如桿塔、絕緣子等部件的明顯故障，而且也可以對線路附近的房屋、塔基附近的地形變化等進行檢測，另外還可以發(fā)現標識牌是否處于完好狀態(tài)，鐵塔的塔材是否丟失，以及是否有異物等。相比較四旋翼無人機而言，六旋翼無人機具有更多的優(yōu)勢，本文以六旋翼無人機為例進行詳細分析。

1六旋翼無人機應用的優(yōu)勢

六旋翼無人機的旋翼機械結構相對而言比較簡單，它可以有效承載增加的回轉效應。六旋翼無人機的六個旋翼具有完全對稱的特點。當它對角線上的兩個旋翼旋轉的方向正好相反的時候就會將他們旋轉時所產生的扭力矩抵消，這樣就可以不用像是傳統(tǒng)的無人機一樣，用尾翼來補償主旋翼的扭力矩，使旋翼的利用效率得到了進一步的提高。這些都說明六旋翼無人機具有很大的應用優(yōu)勢和很好的發(fā)展前景。

2六旋翼無人機輸電線路巡視系統(tǒng)設計

2.1六旋翼無人機飛行器的設計

飛行器本身具有多種類型，而多旋翼無人機只是其中的一種，在飛行器中不但需要GPS導航系統(tǒng)，而且還需要POS點和照相機來對飛行進行控制，旋翼無人機的三維空間控制精度和固定翼、直升機相比較高，對于四旋翼無人機，一旦其中的某個旋翼出現了問題，就不可以正常進行作業(yè)，而八旋翼無人機甚至是更多旋翼的無人機，由于需要更多的動力組，所以效率自然沒有六旋翼無人機高。六旋翼無人機可以根據輸電線路GIS的坐標地點，在線路的正上方進行分型，對照相機姿態(tài)儀數據和POS數據進行記錄，再把圖像信息取回，將其導入到數據庫中，這些數據則是基礎數據。

2.2六旋翼無人機可見光設備設計

當前六旋翼無人機的可見光設備主要是照相機和攝像機。現在電器器件的體積變得越來越小，所以可見光設備也需要更加的小型化，分辨率也需要更高，同時需要安裝姿態(tài)儀，通過定點、定距和定時來攝像或者是拍照，再把這些拍攝到的內容傳到地面控制系統(tǒng)中，進而實現排查隱患或者故障的目的。

2.3六旋翼無人機圖像處理軟件設計

六旋翼無人機所使用的圖像處理軟件可以處理任何帶有GPS的UAV圖像，等高線、DSM等。還可以對多個數據集進行簡易的管理，進行模塊設計。矯正六旋翼無人機拍攝的圖片，將其拍攝的圖片都處于同一水平面上，而且每張圖片的中心線路和輸電線路的中心線路保持一致，最后建立起對比數據庫。

2.4六旋翼無人機終端服務器設計

無人機的終端服務器最主要的功能就是保存對比基礎數據庫，通過對拍攝的照片數據進行分析，進而建立起各種故障點的模型軟件，對故障點進行分類和排數，最后將一些疑似出現故障的點錄入到文件夾中。到處POS和GPS數據，這樣相關的技術人員就可以發(fā)現一些疑似故障的點進行排查，進而更加準確的發(fā)現輸電線路中存在的安全隱患。

2.5巡檢方案的設計

針對輸電線路巡檢的具體要求，從絕緣子、金屬部件、桿塔和線路等方面的影響采集入手，本系統(tǒng)主要采用自主飛行和手動控制相結合的巡檢方案，通過機載影像設備對數據進行實時的顯示。

2.6巡檢管理系統(tǒng)的設計

巡檢管理系統(tǒng)包含了多方面的功能，比如對巡線任務進行規(guī)劃，分析巡線結果、對拍攝的圖像和影像進行處理、查詢巡線的相關信息，對得到的結果進行展示等。通過無人機來巡視使巡線作業(yè)的流程變得更加標準，確保最終得到的結果信息完整性以及獲取信息的便利性，使用戶使用無人機進行作業(yè)的效率大大提高。

2.7巡檢系統(tǒng)的具體實施步驟

1）自主飛行航跡點是需要根據桿塔的GPS坐標信息以及其周圍的環(huán)境情況進行設定的，而航路的選擇則是需要考慮到桿塔線路和飛行器之間的安全距離、影像設備的聚焦功能等。每一個航跡點上都可以預設停留的時間，如果到達了相對重要的航跡點可以進行懸停拍攝。當飛行器到達預設的航跡點時，可以通過控制模式來將其轉變?yōu)槭謩涌刂颇Ｊ剑@樣可以進行全面詳細的影像拍攝。2）機載圖像會通過地面的圖像監(jiān)測系統(tǒng)進行實時的顯示，而且還可以對圖像的優(yōu)劣以及飛行器的拍攝角度進行配短。結合地面飛行器的參數對飛行器的軌跡進行適當的調整，地面的相關管理人員可以以拍攝到的圖片為參考依據，對飛行器的航跡點進行適當調整，而且還可以優(yōu)化飛行器的三維坐標、云臺俯仰角度等。

3六旋翼無人機輸電線路巡視系統(tǒng)的實際應用成果

六旋翼無人機由于自身具備的各種優(yōu)勢，有著十分良好的發(fā)展前景，它不但可以實現對輸電線路的巡查而且也可以在架設輸電線路的過程中起到重要作用。

3.1六旋翼無人機在架設輸電線路中的應用

2015年6月安徽省滁州市京滬鐵路路段，電力施工的相關工作人員在放線之前對六旋翼無人機進行調試。根據相關了解，這次是安徽省在不影響鐵路列車正常運行的情況下使用六旋翼無人機開展袈裟輸電線路作業(yè)，這樣可以保障施工不影響列車的正點運行。因此六旋翼無人機在架設輸電線路中也有很大的應用價值。

近年，梧州市供電局輸電管理所首次使用六旋翼無人機巡視輸電線路，這標志著其正式開始無人機巡視作業(yè)，如圖2所示。

據輸電所負責人介紹，與過去人工攀爬的檢查方式不同的是，六旋翼無人機可以輕松到達距離地面100多米高的鐵塔上方，利用高清相機實行全方位、多角度實時觀測和高清拍攝，實現點對點的故障查巡。還可對線路中有可能存在的隱性或潛在的缺陷隱患進行定點排查，及時掌握高壓輸電線路設備的運行狀態(tài)。此次采用無人機巡檢線路，大大提高了線路巡視的效率。

隨著此次六旋翼無人機巡線工作的開展，梧州供電局輸電所負責人表示，2016年輸電所將大力推廣無人機和人工巡檢相互協同的輸電線路新型巡檢模式，無人機將大規(guī)模運用到電力線路巡檢中，對電力線路進行全方位、立體式巡查。同時開展相關培訓，推動無人機巡檢工作常態(tài)化，制定日常飛行工作計劃，對重要輸電線路開展定期飛行巡視工作，使無人機更好地應用在輸電線路巡視工作中，為線路的安全運行提供保障。

4結論

六旋翼無人機輸電線路巡視系統(tǒng)可以獲取到高質量的影像，它還具有其他的功能：第一，實現低電壓保護的目的，如果飛行器的電壓達到了預設的安全電壓時，地面控制系統(tǒng)就會發(fā)出指令使其自動返航；第二，進行失控保護，如果飛行器因為意外原因無法接受地面信號，它將自主返航降落；第三，結合上一次巡航的效果對相關的航路和航跡點進行保存，為下一次提供參考依據。endprint