基于機器視覺的電力無人機清障技術研究

劉晉平

（國網山西省電力公司檢修分公司，山西 太原 030006）

我國的電力部門在進行電力線路管理以及清障作業的過程中加強了對于高新技術的運用，促進了相關作業的效率以及質量的提升。目前，無人機憑借著其自身的有點而獲得了電力部門的青睞，并將其廣泛的運用在電力線路的處理作業過程中。

一、無人機簡介及其分類

當代科技領域對于無人機的定義為無人駕駛，能進行多次使用，能夠進行遠程指揮也能自行控制。無人機的升力主要靠空氣動力。動力主要依靠電池等電能設備。飛行時可攜帶有效的載荷。無人機按功能可分為軍用和民用兩大類。軍用無人機包括通信中繼無人機、偵察機、電子對抗無人機等。民用無人機包括巡查和監視無人機、航拍無人機、氣象無人機等[1]。按體型分類可以分為大型、中型、小型、微小型幾種。按活動半徑分類可以分為遠程、中程、短程等幾大類。還可按飛行速度和實用升限等對其進行分類。本文中提及的無人機主要是中小型能夠應用于變電站電力線路巡視的無人機。這種無人機一般采用四軸飛行器，配置相應參數的電機、纖維機架、槳葉和鋰電池。

二、無人機技術具有的優勢和應注意的問題

電力線路中采用無人飛行器巡檢時，主要具有以下兩項優勢：一是不受地理環境和自然環境等外界因素的制約。由于很多電力線路都在室外，一旦遇上雨雪等自然天氣時，人工將無法完成一些巡視工作，而無人飛行機就可以避免這些不利的因素，減少因巡檢而造成的意外和傷害；二是無人飛行器系統中具有的光學吊艙任務可以及早發現現行的線路網系統中存在的各種隱患，因此無人機技術非常受電力系統的歡迎。

使用無人機設備應當注意以下兩點事項：一是不能全面識別各種線路問題。當前，由于受技術因素等多方面的限制，在使用無人機進行線路巡視時，無人機只能對線路中出現的一些普遍問題進行快速識別，還無法做到對整個電力線路出現的安全隱患進行全面的識別；二是使用無人機拍攝圖片時，需要花費很高的成本和時間。目前，無人機設備能夠達到的效果是，必須與線路保持40米以內的距離才能夠拍攝出比較清晰的錄像，一旦距離很近的話，就需要配置比較高的設備才能達到相應的效果，這無疑增加了電力線路巡視的成本和時間。

三、線路缺陷、隱患的障礙探測技術

（一）通過視覺探測，無人機的高清相機和攝像機可以將巡線中的圖片、視頻加以拍攝和傳輸、存儲，由于地面數據中心的智能專家系統或者基站工作人員在圖像或者視頻中對外觀的故障、隱患等加以判斷、識別。視覺探測功能能夠將線路中的異物斷股、懸掛、桿塔變形等故障加以非常精準的拍攝和識別。

（二）使用紅外熱成像儀和紫外探測技術，可以對線路、街頭、線夾、絕緣子等出現故障的發熱點進行巡查。在無人機巡檢過程中，如過發現了熱點溫度馬上就能進行設備的熱點識別。同時紫外成像儀能夠接收到設備中放電過程中出現的紫外光訊號，并且將電暈的位置清晰地顯示在圖像中，讓專家和設計人員可以直觀地看到絕緣子放電、污染、導線外衫等造成放電現象的故障，并且根據線路故障的判定方案，進行放電位置和強度的定量分析以及清障。

（三）利用激光雷達的單色性和相干性，可以對于故障的角度、距離、長度等進行精確地測量和計量，在激光對連續波相位進行測距時，可以對脈沖的發射和接收時間間距測定，將目標距離通過掃描線路走廊加以獲取，得到大量的精度極高的激光運輸數據，配合高分辨率的航空數碼影像建立線路走廊地形的三維建模。然后根據激光雷達點測得的數據等計算出輸電線路中的樹木、建筑物等的距離數值，定位樹木障礙，進行清障任務。

（四）協助運維人員治理設備本體及通道環境缺陷。通過使用無人機協助運維人員巡視，可實現線路運維由“線”到“面”的全面覆蓋。以導地線巡視為例，受地形條件限制，巡視人員在地面無法確定導線斷股的確切損傷程度時，公司安排無人機搭載攝像頭進行檢查，確定導線斷裂股數，為檢修人員飛車出線的安全系數以及導線修補方式提供科學依據；同時大擋距、跨越深溝等地段，用無人機開展通道巡視，解決了登桿查看樹障視覺差問題，即使人員無法到達擋距下方，導線下方樹障仍能準確把握。通道狀況一目了然，彌補人工巡視的不足。

四、無人機的發展前景

無人機的發展前景可以概括為以下幾點：

第一，在高壓輸電線路中，可快速、準確地查找故障點，并對存在的可疑故障點進行高效、合理的巡檢，是高壓輸電線路穩定運行的保障。第二，在輸電線路具體的某個路段或局部設備中，可以快速對故障進行巡檢，成本低、效率高，具有較好的安全性和技術性。第三，可以智能化定點懸停在輸電線路金具和絕緣子的上方進行局部檢測，操作簡單，從而減少人工巡檢的任務量和時間，尤其是在環境條件惡劣的輸電線路中，無人機的優勢更為明顯。第四，無人機所具有的陀螺穩定可見監視器和紅外線成像儀設備不僅能夠對輸電線路起到錄像和檢測的作用，實現自動巡檢，還能夠有效解決地形巡視困難等問題，進一步降低人工巡檢的潛在危險性，提高輸電線路的運行質量。

結束語：

目前無人機巡視中對于清障任務的執行，很好地補充了傳統人工巡視和清障方式，解決了傳統巡視工作中無法解決的難點。隨著無人機巡視中清障技術的進一步研發和應用，無人機還將在線路缺陷自主識別、增強精準度等方面，清障智能化、夜視儀導向探測等方面更加深入的發展，極大解決勞動生產力，為電網檢修開辟廣闊的發展空間。