無人機在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

羅昳昀，米 立，王 原

（國網(wǎng)宜昌供電公司檢修分公司，湖北 宜昌 443001）

0 引 言

使用無人機巡檢技術(shù)，需要了解無人機巡檢工作現(xiàn)狀，事前規(guī)劃好巡檢路徑，然后將無人機導(dǎo)入導(dǎo)航系統(tǒng)，按照規(guī)劃好的路徑行駛，從而將人為差錯引起的安全隱患降到最低。利用無人機的懸停、起降等能力進行輸電線路巡檢，可以對相應(yīng)的輸電線路目標進行視頻跟進，借助模塊化設(shè)計，大大降低工作人員的負擔。同時，可以根據(jù)實際工作需要有效地進行部件更換，從而降低運行維護成本，避免輸電線路的運行故障。

1 輸電線路巡檢工作內(nèi)容

輸電線路巡檢工作主要是對線路本體、附屬設(shè)施等進行有效檢查和巡視，明確輸電線路的運行狀態(tài)，便于及時發(fā)現(xiàn)輸電線路運行中出現(xiàn)的問題。輸電線路巡檢工作分為正常巡視、故障巡視和特殊巡視三種模式。它們都采用人工地面巡檢的基本形式。不同類型的巡檢工作有不同的工作要求，需要合理安排無人機巡檢路徑[1]。為更好地滿足輸電線路巡檢工作要求，要了解線路的運行情況，綜合性分析各方面影響因素，實現(xiàn)對現(xiàn)有資源的科學(xué)運用，以此保證輸電線路運行的穩(wěn)定性和安全性。

2 無人機巡檢系統(tǒng)的介紹

無人機巡檢系統(tǒng)由無人機動力系統(tǒng)、無人機定位系統(tǒng)和機載任務(wù)系統(tǒng)等構(gòu)成。其中，機載任務(wù)系統(tǒng)包括圖像采集模塊、云臺及控制模塊、空地通信模塊和機載供電模塊等[2]。無人機巡檢系統(tǒng)的核心是低速、低空、長距離航行、長航行時間行進，在其日常運行中，需要充分借助微型氣象數(shù)據(jù)采集平臺、信息處理系統(tǒng)和陀螺穩(wěn)定平臺等完成相應(yīng)線路的巡檢工作。比如巡檢中，要掌握以下專業(yè)內(nèi)容：（1）明確無人機的主要技術(shù)參數(shù)，掌握無人機的性能指標，便于控制無人機的飛行距離。（2）高壓輸電線路運行的情況下，將無人機飛行距離控制在10 km以上，測控范圍不小于2 km。（3）在無遮擋情況下，將無人機飛行距離控制在2 km以上[3]，在可測控范圍內(nèi)，充分利用控制系統(tǒng)操控?zé)o人機實現(xiàn)遠程控制，此過程可以傳遞大量監(jiān)測信息，保障了視頻跟進的及時性。圖1為輸電線路無人機巡檢技術(shù)的操作原理。

圖1 為輸電線路無人機巡檢技術(shù)的操作原理

3 輸電線路巡檢工作對無人機的技術(shù)要求

在風(fēng)向夾角小于30°、起降風(fēng)速10 m/s以下、環(huán)境溫度為-40～52 ℃的環(huán)境中，無人機可以實現(xiàn)穩(wěn)定飛行。無人機的限定高度為5 000 m。在飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)運行中，無人機主要采用自穩(wěn)定能力的攝像云臺，同時將紅外成像儀、彩色攝像機和紫外線成像儀等作為輔助設(shè)施。保持無人機穩(wěn)定的自動控制攝像功能，在采用先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以快速拍攝地面線路桿塔的高分辨航空圖像，并有效地拍攝并保存相應(yīng)的圖像信息[4]。采用自駕駛系統(tǒng)控制無人機飛行，實時接收無人機的飛行信息和實現(xiàn)穩(wěn)定操作，快速發(fā)出飛控指令，同時生成高清晰的地面桿塔等可見成像。

4 無人機巡檢新技術(shù)在輸電線路運行存在的主要問題和相關(guān)運用

效滲透無人機抗干擾技術(shù)，且管理人員與基層員工共同見證了無人機抗干擾技術(shù)在輸電線路巡檢中的運用。雙天線側(cè)向技術(shù)，使得飛行更穩(wěn)定，具有很好的抗磁干擾能力，即使在惡劣的環(huán)境下也能可靠運行，在遇到碰撞時會自動懸停，同時飛行中可實時采集紅外數(shù)據(jù)和可見光，改變以往爬山涉水的巡檢模式，大大提升了輸電巡檢效率[6]。

4.1 存在的主要問題

無人機巡檢技術(shù)在輸電線路運維工作中得到了合理運用，但是需要進行無人機技術(shù)的再次改造，并重視無人機巡檢過程中的安全管理問題。在分析安全隱患時發(fā)現(xiàn)，主要風(fēng)險有項目安全風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險和管理風(fēng)險。但是，部分人員沒有及時分析項目管理中存在的主要風(fēng)險，缺乏對安全風(fēng)險因素的重點分析，如無線電環(huán)境、地理環(huán)境和氣象環(huán)境等。在無線電環(huán)境下，僅依靠頻譜儀進行無線電距離測試。測試環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)，電磁環(huán)境影響較大，導(dǎo)致任務(wù)管理存在一定難度，無法快速、有效地完成無線電距離測試工作[5]。

4.2 無人機技術(shù)的運用

4.2.1 目標跟蹤技術(shù)的運用

輸電線路運行過程中，加強對目標跟蹤技術(shù)的運用，要有特定的電力巡檢目標，快速進行電力巡檢的跟蹤和定位，實現(xiàn)自動導(dǎo)航，并以均值漂移的思想預(yù)測圖像中某一視頻序列的具體位置，促進全局搜索問題向局部搜索問題快速轉(zhuǎn)換。無人機技術(shù)建立在圖像處理技術(shù)和自動控制技術(shù)之上，為快速完成目標跟蹤任務(wù)，工作人員需及時進行以下操作：利用無人機搭建計算平臺，及時掌握目標圖像信息，以此實現(xiàn)目標的檢測；利用控制飛行器，穩(wěn)定飛行到目標的正面位置，借助目標檢測算法確定目標初始位置，由此實現(xiàn)多目標同步跟蹤；結(jié)合地面攝像頭數(shù)據(jù)，利用跟蹤系統(tǒng)自動識別指定目標，從而實現(xiàn)高強度的無人機自動化跟蹤。

4.2.2 姿態(tài)控制技術(shù)的運用

廣泛運用無人機進行輸電線路的檢查和巡視，精確控制無人機的飛行姿態(tài)，使線路運行路徑穩(wěn)定，有效減少了外界信息的干擾，保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。例如，輸電線路巡檢中，相應(yīng)人員將無人機姿態(tài)控制技術(shù)歸納為：（1）利用加速計、磁羅盤、陀螺儀等姿態(tài)傳感器，采集相應(yīng)的工作信息，充分發(fā)揮無人機跟蹤精度高、穩(wěn)定性強等特點，同時分析姿態(tài)控制技術(shù)要點；（2）借助地面站、遙控器等來設(shè)置姿態(tài)控制模式；（3）根據(jù)地面站、遙控器等指令信息，有效控制無人機的飛行姿態(tài)。圖2為無人機巡檢輸電線路示意圖。

4.2.3 抗干擾技術(shù)的運用

為提升無人測控系統(tǒng)的抗干擾能力，加快數(shù)據(jù)傳輸，采用空中信道減少輸電線路和桿塔磁場對傳輸信號的影響，采取抗頻抗干擾措施強化干擾信息處理，全面掌握濾波器輸出的信噪比，科學(xué)控制信號功率；及時整合圖像信息和遙測信息，提高下行信道的抗干擾能力，采用有效的抑制干擾法，促進輸電巡檢工作的順利開展。例如，某人員在巡檢輸電線路環(huán)節(jié)，有

圖2 為利用無人機巡檢輸電線路

4.2.4 圖像處理技術(shù)的運用

充分運用圖像預(yù)處理技術(shù)和圖像數(shù)據(jù)優(yōu)化技術(shù)，檢查輸電線路運行中的桿塔和線路故障，積極掌握圖像處理技術(shù)，不斷提高巡檢技術(shù)，快速進行巡檢信息采集和處理。例如，采用無人機收集相應(yīng)的工作信息，檢查輸電線路運行中的故障。掌握不斷變化的輸電線路走廊地貌，在復(fù)雜的外界環(huán)境中運用高精度的無人機技術(shù)識別圖像信息，及時解決肉眼難以辨別的問題。運用圖像處理技術(shù)，便于管理人員有效存儲相應(yīng)的巡檢視頻和照片，尤其是對懸掛異物、絕緣子破損、閃絡(luò)痕跡等現(xiàn)象作出綜合性考慮，實時掌握輸電線路巡檢工作進度，減少線路故障，保證輸電線路運行過程的可靠性。

5 結(jié) 論

明確輸電線路巡檢工作內(nèi)容，及時了解無人機巡檢系統(tǒng)的基本特點，掌握輸電線路巡檢工作對無人機的技術(shù)要求，以加強對無人機技術(shù)的運用。具體地，可將目標跟蹤技術(shù)、姿態(tài)控制技術(shù)、抗干擾技術(shù)、圖像處理技術(shù)等廣泛運用，如運用目標跟蹤技術(shù)快速定位巡檢位置，明確電力巡檢路線，實現(xiàn)自動導(dǎo)航，同時在高頻率作業(yè)環(huán)境下實現(xiàn)目標定位，便于掌握輸電線路巡檢工作進度，提前做好故障排查，促進輸電線路的穩(wěn)定運行。