無人機(jī)在輸電線路運(yùn)維檢修應(yīng)用研究

袁葉葉

【摘 要】隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，科技產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)覆蓋到各行各業(yè)中。在電力行業(yè)中，電力線路的覆蓋范圍廣，所處的地形相對(duì)比較復(fù)雜，部分地區(qū)自然環(huán)境極其惡劣，電力巡檢部門每年都需要花費(fèi)大量的人力物力對(duì)線路進(jìn)行巡檢，部分線路所處區(qū)域人跡罕至、交通不便，難以進(jìn)行檢修工作。此時(shí)，運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行電力線路巡檢成為了我國(guó)當(dāng)前輸電線路巡檢的一種重要的方式。無人機(jī)巡檢的安全系數(shù)高，對(duì)輸電線路的圖像顯示清晰明了，可以發(fā)現(xiàn)桿塔、導(dǎo)地線等部件的運(yùn)行狀態(tài)、快捷方便、實(shí)用性強(qiáng)。本文主要分析VR無人機(jī)的應(yīng)用，低空攝影技術(shù)的應(yīng)用，研究無人機(jī)在輸電線路運(yùn)維檢修的選用原則，推動(dòng)電力巡檢工作現(xiàn)代化發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；輸電線路；運(yùn)維檢修

0 前言

無人機(jī)電力巡檢高效、便捷、安全的特點(diǎn)使其成為了我國(guó)當(dāng)前高壓輸電線路巡檢的一種重要方式。通過對(duì)無人機(jī)航拍采集的圖像信息進(jìn)行分析和整理，我們可以從中發(fā)現(xiàn)線路中的技術(shù)缺陷和故障問題，圖像顯示和低空攝影技術(shù)替代了人工觀察檢查，在行業(yè)發(fā)展的藍(lán)圖中具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 VR技術(shù)無人機(jī)

VR技術(shù)就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建虛擬世界的體驗(yàn)式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用先進(jìn)的攝像技術(shù)在計(jì)算機(jī)上形成三維環(huán)境，呈現(xiàn)出身臨其境的視覺感受。將無人機(jī)和VR技術(shù)相結(jié)合是當(dāng)下很新穎的課題。全景影像通過無人機(jī)——衛(wèi)星——佩戴者這一過程，在進(jìn)行電網(wǎng)巡檢時(shí)只需要連接好設(shè)備，佩戴眼鏡或者頭盔即可[1]。

VR無人機(jī)在電網(wǎng)巡檢中體現(xiàn)出了高度的安全性，只需要對(duì)無人機(jī)進(jìn)行操作即可。傳統(tǒng)無人機(jī)容易撞毀，在探測(cè)障礙物方面不是很優(yōu)秀，但是VR無人機(jī)就能很好的解決這一問題，立體化的感官換面對(duì)距離、位置的判斷有著生物優(yōu)勢(shì)。在使用無人機(jī)巡檢過程中，通過衛(wèi)星來檢查、監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀況，VR無人機(jī)能夠快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的故障和缺陷，其效率高于衛(wèi)星，極大地節(jié)約了人力資源，減少了故障處理時(shí)間。無人機(jī)的操作只需要工作人員遙控手柄就可以實(shí)現(xiàn)，隨著后期技術(shù)的不斷發(fā)展，未來無人機(jī)可能會(huì)脫離手柄的控制，直接通過VR設(shè)備接受操作者的頭部動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)智能飛行[2]。

2 圖像處理技術(shù)

圖像處理在電力巡檢的應(yīng)用中會(huì)遇到很多因素的干擾，對(duì)輸電線路檢修造成了很多困擾。在光學(xué)系統(tǒng)中，存在遠(yuǎn)軸區(qū)產(chǎn)生的像素偏差，會(huì)嚴(yán)重的影響圖像的質(zhì)量，導(dǎo)致檢修過程中對(duì)設(shè)備、部件的細(xì)節(jié)檢修準(zhǔn)確率低。利用傳感器對(duì)部門的反射，輻射的失真就是遙感圖像的失真，影響對(duì)圖像的判斷和分析。無人機(jī)在飛行過程中受運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、動(dòng)作變化、機(jī)械振動(dòng)的影響比較大，運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)無人機(jī)電力巡檢的干擾尤為嚴(yán)重。輸電線路附近的自然環(huán)境和鏡像的不斷變化，會(huì)使輸電線路及部件的圖像背景變得十分復(fù)雜，給內(nèi)容辨識(shí)提高了難度。

圖像處理在電力巡檢中的應(yīng)用首先表現(xiàn)在圖像預(yù)處理，針對(duì)這些干擾因素，首先會(huì)對(duì)無人機(jī)采集的圖像進(jìn)行一系列相關(guān)的處理，調(diào)整圖像的亮度。轉(zhuǎn)換到顏色空間調(diào)整、線性調(diào)整、曲線調(diào)整，擴(kuò)大或減少圖像中陰暗區(qū)域的差異。在霧霾、陰雨能見度低的天氣下，能夠去除天氣因素的影響，恢復(fù)真實(shí)背景。無人機(jī)在飛行過程中承重有限，機(jī)載攝像機(jī)的分辨率很有限，所以導(dǎo)致拍攝場(chǎng)景越大，圖片分辨率越低。現(xiàn)在的技術(shù)手段沒辦法在大場(chǎng)景的圖像中提升圖像的分辨率，所以要對(duì)圖像進(jìn)行拼接[3]。

拍攝環(huán)境的復(fù)雜多變，為了滿足巡檢工作的需要，只能通過輪廓特征、模型匹配和頻域圖像匹配這三種圖像匹配方法解決圖像問題。不直接使用圖像像素值，從圖像的特種中導(dǎo)出像素，取出有效特征作為參考，匹配圖像疊加區(qū)域特征區(qū)域。

3 無人機(jī)選用原則

3.1 無人機(jī)選型原則

無人機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪惺亲鳛椤巴婢摺贝嬖冢且坏o人機(jī)具備了電力檢修的使命，其功能、性質(zhì)就發(fā)生了根本性的變化。無人機(jī)在電力線路巡檢作業(yè)中應(yīng)該具備良好的續(xù)航時(shí)間、抗風(fēng)能力，而且要能夠搭載光學(xué)任務(wù)系統(tǒng)吊艙。中型無人機(jī)和固定翼機(jī)性能對(duì)比。詳見表1.

表1 無人直升機(jī)與翼機(jī)對(duì)比表

無人直升機(jī)能夠自主的進(jìn)行升降，其升降功能為內(nèi)控自動(dòng)飛行過程，不需要人工進(jìn)行操作，減少了外空操作出現(xiàn)意外的風(fēng)險(xiǎn)。綜合上述因素，在電力線路檢修作用工作中，無人直升機(jī)的優(yōu)勢(shì)大于固定翼機(jī)。要根據(jù)地形的不同、氣候的不同，對(duì)不同的巡檢要求，選擇不同的無人機(jī)類型[4]。

3.2 無人機(jī)模式應(yīng)用

無人機(jī)進(jìn)行電力線路檢修作業(yè)過程中，要選擇好其飛行方式，避免無人機(jī)在極端惡劣天氣情況下墜毀造成損失。無人機(jī)在進(jìn)行巡檢時(shí)，要和線路保持一定的安全距離，光學(xué)任務(wù)吊艙系統(tǒng)處于無人機(jī)的下方，為了保證巡視質(zhì)量，避免電磁干擾，要保證無人機(jī)的飛行空間，要在線路的斜上方飛行。光學(xué)吊艙具有足夠的掃描視角時(shí)，無人機(jī)可以進(jìn)行單方向的巡視，在較高電壓等級(jí)線路中，無人機(jī)就需要在線路兩側(cè)進(jìn)行往返巡視。

通信鏈路系統(tǒng)是滿足無人機(jī)進(jìn)行電力線路巡檢工作的重要環(huán)節(jié)，在無人機(jī)距離地面測(cè)控車比較近，且沒有障礙物阻擋的情況下，通信鏈路一般為直通模式，即無人機(jī)直接與地面測(cè)控車進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)通信。但是很多線路處于山區(qū)，其中的山峰、樹木等障礙物眾多，會(huì)對(duì)無人機(jī)傳送的信號(hào)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的干擾。就需要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在超距條件下作業(yè)，通信方式就可以采用地面中繼模式或者空中中繼模式。地面中繼模式是在將通信倆路系統(tǒng)中的中繼設(shè)備安裝在線路桿塔上，這種方式成本比較低，但是工作模式復(fù)雜，需要工作人員對(duì)特殊地形下的地面中繼點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃，在實(shí)際安裝過程中很可能受到當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境因素的影響[5]。

要注意電路巡視工作中的不同要求，將不同的無人機(jī)類型、設(shè)備組成不同的巡檢模式。中型無人機(jī)加上地面中繼模式就很適合無人機(jī)無法直接與地面測(cè)控車進(jìn)行通信的情況，無人機(jī)距離地面控制車超過了直視范圍，或者存在障礙物阻礙。無人機(jī)采集到的圖像和信號(hào)會(huì)首先通過無線發(fā)送給塔架中繼終端，中繼終端再轉(zhuǎn)發(fā)給地面的測(cè)控車。地面測(cè)控車發(fā)出的指令發(fā)送到中繼終端，然后在通過中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)給無人機(jī)。

4 結(jié)語

輸電線路故障將會(huì)導(dǎo)致大面積的停網(wǎng)斷電，可能會(huì)導(dǎo)致交通擁堵、鐵路停電、生產(chǎn)制造廠的停工，嚴(yán)重影響人們的正常生活和經(jīng)濟(jì)效益。因此，為了保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象和潛在故障具有十分重要的意義。無人機(jī)電力巡檢已經(jīng)成為了我國(guó)線路檢測(cè)的重要方式，所以我們應(yīng)該大力推動(dòng)中國(guó)無人機(jī)電力巡檢的發(fā)展，保護(hù)中國(guó)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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