電力輸電線路巡檢中無人機(jī)的應(yīng)用

司云 宋莉玲 靳镕光 李靜峰 牛剛剛 李亞亮

【摘 要】近年來，科學(xué)技術(shù)不斷取得新的突破，無人機(jī)技術(shù)越來越成熟，在社會(huì)諸多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。在電力企業(yè)中，利用無人機(jī)對輸電線路的狀態(tài)進(jìn)行巡檢已得到界內(nèi)人士的認(rèn)同，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工巡查方式工作量大、效率低等種種弊端。但是，利用無人機(jī)巡查輸電線路面臨處理生成的視頻數(shù)據(jù)、圖像信息的難題。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī);輸電線路;巡檢

中圖分類號：TM755文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

無人機(jī)本身具備機(jī)身較小、容易操控、且具備圖像收集和紅外探測功能，是航空采集信息的最佳設(shè)備。由于輸電線路在傳輸過程中設(shè)備暴露在戶外，受到干擾的因素較多，需要必不可少的維護(hù)工作來維持穩(wěn)定運(yùn)行，而無人機(jī)可以有效取代人工巡視，利用自身優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)高效率巡檢。

1無人機(jī)

無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。機(jī)上無駕駛艙，但安裝有自動(dòng)駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備。地面、艦艇上或母機(jī)遙控站人員通過雷達(dá)等設(shè)備，對其進(jìn)行跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸。可在無線電遙控下像普通飛機(jī)一樣起飛或用助推火箭發(fā)射升空，也可由母機(jī)帶到空中投放飛行。回收時(shí)，可用與普通飛機(jī)著陸過程一樣的方式自動(dòng)著陸，也可通過遙控用降落傘或攔網(wǎng)回收。可反復(fù)使用多次。廣泛用于空中偵察、監(jiān)視、通信、反潛、電子干擾等。

2無人機(jī)巡檢的組成分析

2.1無人機(jī)平臺(tái)與系統(tǒng)

巡測功能的實(shí)現(xiàn)，需要借助于無人機(jī)平臺(tái)以及搭載的眾多類型的傳感器。首先，對于數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)而言，它是進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集與獲取的重要平臺(tái)，該平臺(tái)不僅囊括了飛行平臺(tái)以及穩(wěn)定平臺(tái)，同時(shí)還安裝了相應(yīng)的自主預(yù)警系統(tǒng)以及避障系統(tǒng)等。這樣一來，可以確保無人機(jī)能夠順利的飛行，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)信息采集的質(zhì)量與精度，進(jìn)而提高了數(shù)據(jù)的利用價(jià)值。

2.2數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)

對于該子系統(tǒng)而言，其主要工作是進(jìn)行信號的接收與發(fā)射。無人機(jī)巡測過程中，需要與地面測控站保持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞與交互。巡檢工作中，當(dāng)傳輸速率滿足4-8Mbps的要求，地面的測控人員就能實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳遞。

2.3地面測控站

作為輸電線路巡檢工作的重要組成部分，地面訊測站中包含了諸多的子系統(tǒng)。其中，較為重要的是地面控制系統(tǒng)。同時(shí)，測控站中還安裝了數(shù)據(jù)編解碼系統(tǒng)以及分析系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)等等。地面測控站可以對無人機(jī)的實(shí)時(shí)飛行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的管理與監(jiān)控，并且能夠?qū)︼w行環(huán)節(jié)中的信息獲取方式做出相應(yīng)的控制。

2.4地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的后期處理，并且對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的存儲(chǔ)，進(jìn)而為數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供支持。一般來說，地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：其一，就是三維可視化系統(tǒng);其二，就是安全巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了激光、紫外線在內(nèi)的多種類型的傳感設(shè)備;其三，就是數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)同樣囊括了多種感應(yīng)設(shè)備。通過可視化技術(shù)的應(yīng)用，能夠及時(shí)對輸電線路存在的缺陷與隱患做出判斷，進(jìn)而能夠?qū)Σ煌€路的安全狀況做出診斷與評估。

3無人機(jī)在輸電線路中的應(yīng)用

3.1日常巡視

隨著近些年來我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，我國電力行業(yè)也發(fā)展迅猛，于此同時(shí)輸電線路也在不斷增加，公里數(shù)也在不斷增加，但是由于輸電線路設(shè)備大部分都暴露在室外，在室外的設(shè)備就一定會(huì)受到天氣的影響，在氣候條件復(fù)雜、現(xiàn)場環(huán)境多變的情況下，導(dǎo)線、避雷線、絕緣子等在長時(shí)間運(yùn)行之后會(huì)出現(xiàn)斷股、腐蝕、過熱等老化現(xiàn)象，再加上各種力的作用下，難免會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行故障，而為了保證輸電線路的正常需要開展巡視工作，在過去依靠人工巡視的工作，巡視工作量較大，地理環(huán)境也較為復(fù)雜，帶給巡視工作人員的難度較大，會(huì)有大量不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)，同樣輸電線路企業(yè)也需要耗費(fèi)大量的人力資源來應(yīng)對才能開展正常工作。但是在無人機(jī)幫助下，它能利用裝載的小型攝像機(jī)、照相機(jī)、紅外測溫裝置等巡視輸電線路的運(yùn)行狀況，飛行過程中只需一人操作即可，節(jié)省了時(shí)間和人力，高效率完成日常巡視。

3.2設(shè)備專項(xiàng)巡視

輸電線路巡視的運(yùn)輸在日常運(yùn)輸過程中是一項(xiàng)危險(xiǎn)系數(shù)較高的工作，而為了保證居民生活的正常，需要定期對輸電線路進(jìn)行專項(xiàng)指標(biāo)檢測，即開展專項(xiàng)巡視。在進(jìn)行專項(xiàng)巡視的過程中需要進(jìn)行專項(xiàng)排查，例如架空地線的專項(xiàng)排查，它需要在定期的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行周期檢測，如果采用人工檢測不但會(huì)遇到安全問題，采集信息和圖像也需要耗費(fèi)較大的人力物力，同時(shí)難度系數(shù)也較大，但是通過無人機(jī)的巡視可以快速完成周期性觀察，并獲取完整的圖像，清晰的觀察到輸電線路的腐蝕和連接情況，并將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的傳達(dá)給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行匯總，方便專項(xiàng)工作準(zhǔn)確無誤的進(jìn)行。同類型的排查工作還有合成絕緣子排查，利用無人機(jī)傳回來的圖像可以完整觀察到合成絕緣子表面的損傷情況，為設(shè)備狀態(tài)評估提供重要依據(jù)。

3.3應(yīng)急搶險(xiǎn)

在輸電線路運(yùn)行過程中，難免會(huì)發(fā)生火災(zāi)、雪災(zāi)、旱澇等狀況，例如在遇到特大雪災(zāi)的時(shí)候必然會(huì)遭受覆冰的影響，那么道路通行就會(huì)變困難、且人工巡視爬桿也會(huì)受到影響，但在無人機(jī)的幫助下，它不受任何天氣狀況的影響，僅僅需要幾十秒的時(shí)間并可以觀察清楚到線路的狀況，通過傳達(dá)回來的圖像觀察搭配線路和塔桿的狀況，及時(shí)了解覆冰狀況進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候能利用無人機(jī)探測火災(zāi)的蔓延情況，根據(jù)火勢的狀況及時(shí)進(jìn)行搶救，并準(zhǔn)確無誤的找到發(fā)生火災(zāi)的倒桿區(qū)域，找到火災(zāi)中心位置，并根據(jù)傳達(dá)的地理位置圖像了解地理特征，為搶險(xiǎn)爭取寶貴的時(shí)間，并提升搶救效率，降低人工損傷率。

4輸電線路巡檢中無人機(jī)航測技術(shù)的運(yùn)用

4.1線路隱患探測技術(shù)

作為輸電線路安全巡檢工作的重要內(nèi)容之一，做好線路的隱患探測有著重要的作用。具體巡檢工作中，要及時(shí)、準(zhǔn)確的查找到相關(guān)線路存在的缺陷，并采取針對性措施予以檢修。這一過程中，主要應(yīng)用到的探測技術(shù)囊括了視覺探測技術(shù)以及激光雷達(dá)探測技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)用到紅外線技術(shù)以及紫外線探測技術(shù)。具體應(yīng)用時(shí)，需要借助無人機(jī)設(shè)備搭載攝像機(jī)以及探測器等設(shè)備，通過將收集到的數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行及時(shí)的收發(fā)與傳遞，地面工作人員可以實(shí)時(shí)了解到相應(yīng)的影響與數(shù)據(jù)。在經(jīng)過仔細(xì)的判斷與甄別之后，就能明確線路存在的安全隱患或故障。

4.2飛行姿勢控制技術(shù)

在利用無人機(jī)設(shè)備對輸電線路進(jìn)行巡檢時(shí)，如果當(dāng)?shù)氐奶鞖猸h(huán)境較為惡劣，那么將會(huì)對無人機(jī)飛行的角度產(chǎn)生一定的影響，因而出現(xiàn)偏移問題在所難免。為了提高無人機(jī)的飛行效果、確保線路巡檢的質(zhì)量，就要對無人機(jī)的飛行姿勢進(jìn)行嚴(yán)格的控制。就顯得尤為重要。通過LQG控制器的使用，可以對無人機(jī)設(shè)備的俯仰、翻轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行精確的控制，并且可以使無人機(jī)在空中進(jìn)行懸停作業(yè)，進(jìn)而確保了巡檢工作的質(zhì)量。

4.3正射影像采集技術(shù)

在進(jìn)行采集影響的變換與修改工作時(shí)，以往需要借助于CPU串行方式進(jìn)行。近幾年來，隨著傳感設(shè)備與傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，影像數(shù)據(jù)處理工作的難度大大降低。再沿用以往的CPU串行方式已經(jīng)不能滿足正射影像的采集要求。因而，在開展輸電線路的安全巡檢工作時(shí)，需要在無人機(jī)上搭載相應(yīng)的遙感設(shè)備，并且要建立GPGPU模型，最終能夠得到大量的有價(jià)值的正射影像。通過應(yīng)用圖形繪制流水線，可以對無人機(jī)設(shè)備拍攝的航測影像進(jìn)行快速的完善與修改，進(jìn)而有效提高了采集工作的速度與效率。

結(jié)束語

輸電線路的運(yùn)行本身具備一定的危險(xiǎn)系數(shù)，而無人機(jī)在輸電線路中的運(yùn)行大大降低了人工巡檢危險(xiǎn)系數(shù)，也提升了巡檢的效率與質(zhì)量，是輸電線路發(fā)展過程中的重要進(jìn)步，但是無人機(jī)在運(yùn)行過程中還存在問題，還需要進(jìn)一步改進(jìn)，不斷提升無人機(jī)在運(yùn)行過程中存在的弊端，加快輸電線路的穩(wěn)定發(fā)展。

（作者單位：國網(wǎng)晉城供電公司）