無(wú)人機(jī)在特高壓輸電線(xiàn)路巡檢應(yīng)用中的成本經(jīng)濟(jì)效益

輸電線(xiàn)路及桿塔等附屬設(shè)施等長(zhǎng)期暴露于室外，易受各種天氣、機(jī)械及人為影響而產(chǎn)生倒塔、斷股、磨損等損傷，必須及時(shí)檢修。因此必須及時(shí)掌握輸電線(xiàn)路的運(yùn)行情況以及其周?chē)h(huán)境和線(xiàn)路保護(hù)區(qū)的變化情況，發(fā)現(xiàn)、消除隱患，預(yù)防事故的發(fā)生。而無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)以其經(jīng)濟(jì)、便捷、高效、高分辨率等顯著特點(diǎn)，顯示出了獨(dú)特的效益優(yōu)勢(shì)。

輸電線(xiàn)路分布點(diǎn)多、面廣，如何及時(shí)獲取遙感和攝影影像數(shù)據(jù)成為電網(wǎng)工程建設(shè)的一項(xiàng)重要工作。由于國(guó)家對(duì)空域的管制較緊，飛行前復(fù)雜的審批程序以及天氣影響等諸多問(wèn)題，采用載人飛機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量一般周期較長(zhǎng)。隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，以及無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)其經(jīng)濟(jì)、便捷、高時(shí)效、高分辨率等顯著特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)工程建設(shè)，并在快速成圖方面顯示出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

一、無(wú)人機(jī)概述

1.傳統(tǒng)的人工巡線(xiàn)辦法存在工作量大且工作環(huán)境艱苦等缺點(diǎn)，尤其是對(duì)山地地區(qū)和跨越較大的江河的輸電線(xiàn)路的巡視，以及在各種自然災(zāi)害和夜晚期間巡線(xiàn)檢查，需要花費(fèi)大量的人力成本，所花時(shí)間也會(huì)很大程度的延長(zhǎng)、困難非常大，某些線(xiàn)路區(qū)域和某些巡檢項(xiàng)目人工巡查方法目前還不能完成，無(wú)法保障巡線(xiàn)的及時(shí)可靠性，并且一些設(shè)備的故障還是不能準(zhǔn)確找出。

2.無(wú)人機(jī)是一款先進(jìn)的無(wú)人駕駛自行飛行器。電力無(wú)人機(jī)輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)系統(tǒng)集成了航空、電力，通信、地理信息系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)。它具備爬升高、距離遠(yuǎn)、速度快和自動(dòng)作業(yè)的功能，可以穿越很多復(fù)雜障礙物對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行迅速巡線(xiàn)，可以對(duì)架空線(xiàn)的金屬等各種器件進(jìn)行全光譜的快速攝像和故障監(jiān)測(cè)。基于電力無(wú)人機(jī)輸電巡線(xiàn)采集數(shù)據(jù)的專(zhuān)業(yè)分析，可以為電網(wǎng)管理和維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。大大提高了輸電維護(hù)和檢修的速度和效率，使許多工作能在完全帶油的環(huán)境下迅速完成。無(wú)人機(jī)作業(yè)作業(yè)范圍廣大，而且不為環(huán)境所限。這樣大大節(jié)省了人力和時(shí)間。綜上，無(wú)人機(jī)巡線(xiàn)方式無(wú)疑是一種成本經(jīng)濟(jì)效益非常顯著的巡線(xiàn)方式。

二、無(wú)人機(jī)在特高壓輸電線(xiàn)路巡檢中的應(yīng)用

1.精密巡檢

考慮到電網(wǎng)安全和無(wú)人機(jī)定位誤差的影響，精密巡檢主要是采用無(wú)人機(jī)飛控程序自動(dòng)控制和人工操控相結(jié)合的方式進(jìn)行：無(wú)人機(jī)飛控程序控制旋翼無(wú)人機(jī)到達(dá)已知線(xiàn)路路徑信息的目標(biāo)桿塔上方15m的位置，再切換到人工控制旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)一步靠近目標(biāo)桿塔并調(diào)整云臺(tái)角度，并根據(jù)具體的巡檢任務(wù)獲取相關(guān)影像。采用這種半自動(dòng)的精細(xì)巡檢方式能極大程度上提高無(wú)人機(jī)巡檢效率，保障巡檢線(xiàn)路安全，減輕了巡檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度，從而降低人力成本。

2.通道巡視

通道巡視內(nèi)容包括線(xiàn)路走廊安全距離范圍內(nèi)出現(xiàn)違章構(gòu)建筑物、違章施工等，通道內(nèi)出現(xiàn)污染源、防洪排水設(shè)施坍塌、道路橋梁損壞等，如果只通過(guò)無(wú)人機(jī)所采集的原始影像，難以對(duì)可能的危險(xiǎn)源和線(xiàn)路路徑之間的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行分析和判斷。因此，在無(wú)人機(jī)進(jìn)行通道巡視過(guò)程中除了采集原始無(wú)人機(jī)影像外，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)航飛設(shè)計(jì)進(jìn)行航空攝影測(cè)量生成相應(yīng)的正射影像成果，生成成果可用于距離、面積量測(cè)，輔助巡檢人員進(jìn)行通道內(nèi)線(xiàn)路隱患信息的判別，提高巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)事故處理的響應(yīng)效率，并能作為現(xiàn)場(chǎng)事故處理、隱患事故追責(zé)的有力憑證，減少不必要的民事糾紛。

3.特殊巡視及故障巡視

特殊巡視及故障巡視相較于日常巡視而言是根據(jù)線(xiàn)路故障和特殊巡檢需求而開(kāi)展的，對(duì)線(xiàn)路巡檢的需求更具針對(duì)性和現(xiàn)勢(shì)性，提出了更高要求。除了使用半自動(dòng)化精細(xì)巡檢的方式獲取釘銷(xiāo)級(jí)缺陷、通過(guò)生成的高清正射影像獲取通道的環(huán)境信息的方法外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行高清視頻的實(shí)時(shí)圖傳和現(xiàn)場(chǎng)視頻直播，全方位輔助管理人員進(jìn)行快速應(yīng)急響應(yīng)和現(xiàn)場(chǎng)決策。

三、實(shí)踐應(yīng)用分析

考慮高清視頻帶寬要求高，且無(wú)人飛行平臺(tái)與單人載荷能力均受限，在耐張塔組網(wǎng)模式下，考慮為其提供單獨(dú)鏈路，以降低接收門(mén)限，并且耐張塔組網(wǎng)模式下無(wú)人飛行平臺(tái)與單人不能同時(shí)使用系統(tǒng)。同樣，指揮車(chē)鏈路也是單獨(dú)的。指揮車(chē)觀看無(wú)人飛行平臺(tái)或單人采集的視頻。以最遠(yuǎn)16km為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，推測(cè)機(jī)載設(shè)備所需要能力，及載荷要求。因?yàn)樵O(shè)備能力有限，不考慮非視距傳播情況，盡管如此，無(wú)人飛行平臺(tái)升空高度有限，耐張塔天線(xiàn)高度有限，必然存在多徑，進(jìn)而導(dǎo)致電平衰落，為保證傳輸可靠性，塔上雙天線(xiàn)接收，路徑損耗按隨距離3次方律增加的參考模型計(jì)算，另外再留出10dB左右的衰落余量。根據(jù)以下參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)：

路徑損耗：L=20*log（f）+30*log（d）+92.4（f=6GHz為耐張塔工作的頻率，d=16km）=15.6+36.1+92.4=144.08dB；

接收門(mén)限電平：-88dBm（傳輸速率fb=30Mbps）；

衰落余量：10dB；

要求的接收電平=接收門(mén)限電平+衰落余量

=-88+10=-78dBm；

耐張塔天線(xiàn)增益：20dBi；

無(wú)人飛行平臺(tái)天線(xiàn)增益：5dBi；

設(shè)機(jī)載設(shè)備發(fā)射功率為X，可得以下方程：

X+5+20-144=-78dBm

得X=40dBm（10W）

本系統(tǒng)主要解決的矛盾是傳輸帶寬大與無(wú)人飛行平臺(tái)載荷能力較小帶來(lái)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)困難。通過(guò)前述分析，可知無(wú)人飛行平臺(tái)上設(shè)備、單人設(shè)備距載荷極限尚有較大空間，考慮預(yù)計(jì)的不準(zhǔn)確性，實(shí)際實(shí)施時(shí)設(shè)備功耗可能會(huì)增加，一般不會(huì)突破本設(shè)計(jì)中預(yù)計(jì)結(jié)果的兩倍，因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本可行。

結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)對(duì)輸電可靠性越來(lái)越高的要求，實(shí)踐微波通訊的巡線(xiàn)內(nèi)容越來(lái)越豐富，將越來(lái)越突出無(wú)線(xiàn)巡線(xiàn)的優(yōu)越性。無(wú)線(xiàn)巡線(xiàn)將會(huì)是一種快速、高效、大大降低人力成本的巡線(xiàn)方式。（作者單位為國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）