小型多旋翼無人機在架空輸電線路巡檢應用探索

傅榮宗 丘文彪

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，人們生產生活中對電力的需求也不斷增加，因此對于架空輸電線路運維檢修要求越來越高。對于快速高效巡維線路并消除安全隱患、缺陷，保證電網安全運營的需要，由于傳統巡檢方式的諸多限制而無法滿足。因此，小型多旋翼無人機在架空輸電線路巡檢應用應運而生。文章首先分析了架空輸電線路巡檢網絡對無人機的要求，然后介紹了無人機的特點和應用現狀，最后探討了小型多旋翼無人機在架空輸電線路中的模塊配置及存在問題。

關鍵詞：無人機；輸電線路；巡檢

中圖分類號：TM75 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0170-02

Abstract： With the continuous development of social economy， the demand for electricity in production and life is also increasing， so the maintenance requirements for overhead transmission lines are getting higher and higher. For fast and efficient patrol lines and eliminate security risks and defects， it is hard to ensure the safe operation of the power grid， due to the traditional patrol way of many restrictions. Therefore， the application of small multi-rotor unmanned aerial vehicle （UAV） in overhead transmission line inspection is developed at this historic moment. This paper first analyzes the requirements of UAV for overhead transmission line inspection network， then introduces the characteristics and application status of UAV， and finally discusses the module configuration and existing problems of small multi-rotor UAV in overhead transmission line.

Keywords： unmanned aerial vehicle （UAV）； transmission line； patrol inspection

輸電線路傳統的巡檢方式受人員勞動強度大、工作條件艱苦、勞動效率低、危險性高等因素限制，遇到電網緊急故障和異常氣候條件下，線路巡檢人員不具備有利的交通優勢、僅有效利用普通儀器或單純通過肉眼來巡查設備，這種方式已經不能完全適應現代化電網建設與發展的需求。為此，小型多旋翼無人機實現了輸電線路先進、科學、高效的巡檢方式。

1 架空輸電線路無人機巡檢要求

輸電線路大多處于高山密林之中，部分多回路輸電線路較為復雜，線路之間的間距比較小。對于架空線路進行巡檢的不同方式，因此需要無人機能夠具備可見光成像、紅外測溫或者激光雷達測距等功能，還需要無人機具有較強的環境適應性，并且攜帶的時候比較方便。

一般小型多旋翼無人機可以很好的滿足架空輸電線路巡檢要求，目前，小型多旋翼無人機已經實現了電子化、信息化、智能化巡檢，提高了電力線路巡檢的工作效率、應急搶險水平和供電可靠率。特別在山洪暴發、地震災害等緊急情況下，無人機可對線路的潛在危險，諸如導線損傷等問題進行勘測與緊急排查，絲毫不受路面狀況影響，既免去攀爬桿塔之苦，又能勘測到人眼的視覺死角，對于迅速恢復供電很有幫助[1]。

2 無人機的概述以及應用

早期我國就開始使用載人直升機進行巡檢，但是這種巡檢方式的安全系數比較低、機動性較差并且巡檢成本較高等，不符合電力巡檢的要求。我國對無人機的研究起步較晚，同時我國的低空領域也沒有完全對無人機開放，目前電力企業無人機巡檢應用尚處于發展階段。

目前電力企業已經建設無人機巡線應用體系，對輸電線路無人機巡檢應用更加重視數據處理以及圖像處理。對于一些高原以及邊遠山區等地區，使用無人機來巡查架空輸電線路的優勢更為明顯，從而更好地解決走廊樹障問題。我們山區供電局計劃2020年底基本實現“機巡為主、人巡為輔”的協同巡檢目標，要求機巡覆蓋不少于90%的110kV及以上線路；100%覆蓋Ⅰ級、Ⅱ級風險管控220kV及以上線路，無人機巡檢占比達到70%。

3 小型多旋翼無人機應用到輸電線路巡檢中的模塊配置

根據輸電線路巡檢對無人機的工作要求，需要對小型多旋翼無人機配置相關的模塊，這樣才能夠更好的完成巡檢任務。下面將對這些模塊進行重點分析。

3.1 高速成像模塊

高速成像模塊主要是無人機在飛行的過程中能夠實現對輸電線路圖像的采集，通過具有較高分辨率的可見光相機能夠拍攝一些可見光圖像。這樣就能夠觀測到架空輸電線路中存在的一些絕緣子雷擊、斷股以及導線毛刺等情況。為了提高無人機巡檢的質量，對可見光傳感器也提出了更多的技術要求，包括：能夠有自動對焦功能、拍攝的速度要高于25幀/s，并且具有4倍的光學變焦功能，其能夠連續的可調，有效的像素數要高于1000萬。

3.2 紅外、紫外傳感器模塊

對于輸電線路出現的導線接頭、線夾等部位的發熱故障，可以通過紅外成像傳感模塊進行檢測。因此，使用無人機對架空輸電線路進行巡檢的時候，可以搭載紅外成像傳感模塊。同時還需要遵循一定的要求，包括：具有自動對焦功能；有效像素數要高于30萬；能夠得出熱圖數據并且能夠導出，能夠對影響中溫度最高點的數值以及位置進行實時顯示。

對于輸電線路以及電氣設備出現的電暈放電情況，可以通過紫外成像傳感模塊進行監測。將紫外成像傳感模塊搭載到小型多旋翼無人機上，需要遵循一些技術標準，包括：體積較小；質量要低于1.5KG；具有較高的探測靈敏度；能夠獲取到光子技術信息；能夠兼顧可見光模塊的功能，巡檢一些比較常見的故障。

目前，將紫外成像傳感模塊搭載到小型多旋翼無人機上有三種探測系統，包括日盲紫外探測儀和微型可見光相機；定焦距日盲紫外探測儀；改進型可見光/日盲紫外雙譜段探測儀。對三種方案的開發周期、成本以及優缺點進行對比，目前比較適合的就是改進型可見光/日盲紫外雙譜段探測儀，將其搭載在小型多旋翼無人直升機上，能夠極大的提高巡檢質量[2]。

3.3 激光雷達測量技術模塊

機載激光雷達測量系統由激光掃描儀、慣性導航系統、動態差分定位系統、成像裝置和控制系統等組成。

機載激光雷達測量作業生產環境主要包括航攝設計、航攝數據采集、數據預處理、激光數據分類、安全距離分析、數字高程模型、三維模型制作等。

基于無人機平臺的激光雷達輸電通道巡檢技術實現了線路本體和廊道地形地物高精度激光點云、光學影響數據的同步采集、半自動處理、故障診斷和預警，可實現通道環境安全監測。通過將激光雷達電力巡檢和電力線路設計有機結合，可實現輸電通道高精度還原和三維仿真分析，有效提高輸電線路信息化管理水平。

4 無人機應用過程中存在的問題

當前，國內外的電力公司在使用無人機進行架空輸電線路巡檢的時候都使用了手動操作的方式，暫未實現智能飛行。對線路的情況進行獲取的時候，通常需要人員將無人機操作到目標高度，然后再手動調整拍攝的角度。這樣操作起來難度比較大，并且對操作人員的技能要求比較高，同時安全程度也不高。無人機也沒有學習功能，當下次進行巡檢的時候，還需要重新進行操作。使用無人機進行巡檢的時候，智能化水平比較低，并且收集和分析資料的時候也需要人力來完成，因此成本也比較高。目前將無人機使用到架空線路巡檢的過程中的主要方向就是能夠智能快速地處理影像資料。同時對于無人機及其電池的管理，也沒有記錄統計使用的情況，不能夠進行全壽命周期管理[3]。

5 結束語

隨著我國電力建設的不斷發展，搭載高速成像、紅外傳感器以及激光雷達測距等模塊的多旋翼無人機在輸電線路巡檢應用愈加重要，能夠極大地提高巡檢的質量以及效率。后續在海量數據處理、巡檢缺陷圖像自動識別等方面新技術的轉化和發展將更大提高電力行業無人機巡檢實用水平，切實解決實際生產問題，保證輸電線路的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]張政，竇杰，陳冀渝.多旋翼無人機的航空攝影測量技術在電力測繪中的應用[J].科技尚品，2016（7）：4-5.

[2]孟令川.高海拔地區高壓架空輸電線路無人機巡視精益化研究[J].科技創新與應用，2016（35）：46.

[3]莫剛.小型多旋翼無人機在線路故障巡視的應用探討[J].電子世界，2017（17）：154.