無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術

李銀峰

摘要：我國社會經濟在高速發展，電力線路的數量也在不斷增加。傳統的人工電力巡檢方法已經無法滿足當前的電力線路運行工作需求，無人機電力巡檢技術具有明顯優勢，能夠為安全巡檢工作提供技術保障。本文將展開對無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術的研究，以期提高電力線路巡檢水平，促進提升電力線路運行質量。

關鍵詞：無人機;電力線路安全巡檢;系統;技術

1無人機技術

無人機即無人駕駛飛行器，其結合了快速光譜照相、紅外感應以及故障監控功能，對一些比較復雜或者比較危險的區域進行實現監控拍照，將照片回傳計算機端，方便操縱者對施工環境進行掌控，推出更加安全合理的工作方案。其具有高空、遙控、智能特點，屬于高度機電一體化產品。這種技術對于管理范圍比較大，受自然情況影響明顯的工程來說，具有極大的優勢，可以節省人力、財力和物力，降低施工企業的施工成本。目前，無人機技術已經在軍事中大量使用，逐漸地擴散到經濟領域，被相關企業用在了巡檢工作當中，其中比較典型的就是電力線路的巡檢。

2無人機電力線路安全巡檢系統

2.1多傳感器數據以及無人機平臺系統

電力線路巡檢想要獲得充分有效的數據采集，主要是通過子系統完成的，涉及到的主要有飛行平臺下的無人機以及傳感器、數據的多重性獲取、穩定平臺系統以及定位定姿系統、避免出現障礙系統以及預警的自動化系統。

2.2地面測控站

對于無人機飛行過程中，飛行狀態的檢測應用地面測控站的子系統完成，明確飛行的范圍，對數據的獲取以及控制使用傳感器，針對于飛行數據展開初步性的處理。無人機飛行的平臺、地面控制系統、地面控制系統中的多傳感器應用以及編解碼的數據系統，對數據展開實時的分析等，共同構成子系統。

2.3通信鏈路的數據系統

針對于整個通過系統連接設備而言，通訊數據鏈路系統的存在價值顯著，能夠完成信號接收，主要涉及到地面、監控站以及機載方面。針對于無人機通信中繼設備，主要是針對小型無人機載體而言，完成發射設備中的相關資料數據通訊，能夠貫穿于無人機飛行平臺與地面監控站之間，在電力系統環境相對復雜的狀態之下，在定位定姿的無人機實時數據傳輸影響之下，數據鏈路能夠完成數據的上傳以及控制命令，能夠對無人機工作狀態展開全面的了解，使得相關測控人員在地面上即可全方位了解無人機的飛行情況。

2.4地面數據的處理系統

針對于數據的后期處理、存儲以及應用，即為地面數據處理系統的工作范圍，主要涉及的工作內容有數據預處理，存在于多傳感器當中，處理系統呈現幾何化，傳感器應用紅外紫外光學以及激光，并能夠借助相關專家的智能性系統以及借助三維畫的線路走廊可視系統等加以完成。在數據處理方法，方面使用遙感以及攝影測量的相關技術，并能夠明確數據應用流程，幾何處理方面更加展現高精度化。

3無人機電力線路安全巡檢系統的關鍵技術

3.1飛行姿態控制技術

強風、降雨等氣候因素可以被看作是無人機飛行姿態控制技術的主要影響因素。飛行姿態控制技術在無人機電力線路安全巡檢系統中的應用，可以為無人機與線路的安全提供保障。根據一些研究者的研究結果，LQG控制器可以用于飛機俯仰翻轉姿態的控制，除LQG控制器以外，PID控制器也可以應用于無人機的偏航控制。

3.2地面數據處理技術

就電力線路巡檢工作而言，地面數據處理技術是利用巡檢設備中的紅外成像儀、紫外線成像儀及POS系統等多種傳感器數據進行信息融合，生成高精準度的數據成果。

3.3正射影像采集技術

根據電力線路巡檢工作的實際情況，正射影像采集技術建立在GPU模型的基礎之上。這一技術的應用，有助于正射影像采集速度的提升，也可以為航測影像的快速處理提供支持。

3.4線路隱患、缺陷的探測技術

視覺探測技術在電力線路顯性故障（如導線斷股、異物懸掛及桿塔變形等故障）的甄別過程中發揮著重要的作用。圖像的質量是圖像識別精度與圖像識別的準確度的主要影響因素。

在電力線路安全巡檢工作開展過程中，相關人員可以借助圖像探測導線外傷、絕緣子放電及污染等放電現象。在紫外線探測技術應用于電力線路巡檢工作以后，太陽光及人造光源對巡檢工作的干擾，是巡檢人員所不可忽視的內容。

激光雷達技術與無人機電力線路巡檢技術之間的融合，可以讓巡檢人員在掃描線路走廊的基礎上，獲取高精度的激光點云數據信息，進而借助高分辨率航空數碼影像開展高精度三維建模。激光雷達技術在電力線路巡檢過程中的應用，也可以讓巡檢人員在計算輸電線路與樹木、建筑物的距離的基礎上，完成故障缺陷的準確定位。

3.5無線通訊技術

無線通信技術可以讓巡檢人員對巡檢設備與無人機的飛行狀態進行關注。無人機跟蹤定位功能的開發，可以讓巡檢人員對無人機的位置進行實時掌控，以保證無人機工作狀態的穩定性。

4無人機電力線路安全巡檢系統的發展

以美國為主的發達國家依托于先進的無人機研發基礎，在無人機電力設施巡檢領域一直處于領先地位。縱觀國內近幾年的無人機發展狀況，各類基于無人機類型產品的科技公司層出不窮，例如大疆、3DRobotics、派諾特、零度、極飛等，這些公司生產的無人機產品更多傾向于民用航拍，國內無人機行業在機身材料革新、位置及姿態傳感技術、無人機地面站技術等方面的發展也是有目共睹的。

但是在電力行業，特別是在輸電線路巡檢方面，由于輸電線路巡檢復雜多變的巡檢環境以及需要基于輸電線路進行無人機任務規劃、無人機禁飛區設置等多方面的特殊功能需求，截至目前國內還沒有專門針對輸電線路巡檢所開發的系統的無人機量化產品。且國內無人機行業還處于硬件開發層面，配合無人機巡檢的地面監控系統，以及后續的數據在線處理、智能識別、診斷技術等類型的軟件技術開發方向的研究還是收獲甚微。

目前電力巡檢監控系統與無人機之間依舊是一對一的工作模式，即一臺地面監控系統只能監控一架巡檢無人機，監控系統和巡檢無人機間的通信策略研究，將會是影響電力用無人機發展的重中之重，如何能夠通過地面監控系統的智能監控，實現多無人機智能、自主和協同巡檢，以便進一步提升巡檢效率，也會成為巡檢用無人機的重點研究方向。隨著電子信息技術的發展，引入具有真正意義上的人工智能計算機視覺分析技術，使巡檢系統具備人眼的識別和人腦的分析能力，利用無人機巡檢系統圖像的仿生視覺處理，我們可以清晰的識別輸電線路的桿塔、導線、附屬設備、弧垂變化等情況，對無人機巡檢數據中重要的缺陷和隱患進行及時、有效的處理，以便提高無人機巡檢水平，減少人為后期巡檢數據處理的工作量。隨著尖端技術的發展和普及，在軍工領域運用較多的激光雷達技術，也將會成為未來電力專用無人機巡檢技術可拓展延伸的方向。我相信，利用數字圖像處理技術實現對巡檢圖像進行預處理功能，實現復雜自然背景下輸電線路及附屬設備的自動提取與識別，實現無人機巡檢數據處理分析的智能化將是國內外電力用無人機發展的必然趨勢。

結語：綜上所述，無人機巡檢因為擁有智能元素，在很大程度上改善了傳統巡檢的弊端，當前，無人機逐漸被推廣應用于電力線路的安全巡檢中，研究無人機電力巡檢技術具有十分重要的意義。在未來這種高科技的巡檢技術將普及開來，會擁有更廣闊的發展前景。相關人員在實踐中應當加強對無人機電力線路安全巡檢系統的合理化應用，并能夠明確其自身發展的中所具有的關鍵性技術，以此促進電力線路運行的安全性，為降低安全隱患提供有效保障。

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