王偉男:基于無人機的輸電線路運維檢修一體化裝置的研究與應用

王偉男

摘要：隨著我們國家的不斷進步，科技的不斷發展，近年民用無人機技術快速發展，逐漸深入各個行業領域。雖然無人機在電力上開始了廣泛的應用，但應用技術弱，專業性不強，未做到深入融合。同時，輸電線路的運維檢修、數字化管理等應用領域都需要無人機搭載多種任務設備完成相應作業，但這需要多個無人機飛行平臺配套相應任務載荷，使得成本高、通用性差、功能單一。所以，研究一套一體化多任務智能運檢無人機系統具有重要意義。

關鍵詞：無人機;輸電線路;運維檢修;一體化裝置

1無人機巡檢的缺陷與優勢

無人機設備在電網輸電線路巡檢中的運用是非常重要的，能夠高效地改變往常人力巡檢效率低下、大量人員資源浪費的問題。現價段，無人機巡檢處于初步發展階段，在實際應用中，還存在很多的不足。一方面，無人機設備的體積小，電容量較低，導致巡檢時間較短，難以使用在長距離的輸電線路巡檢中。另一方面，無人機設備的遙控范圍較小，存在距離限制，并且系統較為低端，未能實現對拍攝線路缺陷的自動識別。但使用無人機進行輸電線路巡檢，與傳統的人工巡檢方式相比而言，具有一定的優勢。首先，無人機設備的基礎是自主懸停技術和自定導航技術，可以起到防止碰撞輸電線路的效果，提高了巡檢的安全性。其次，在惡劣的天氣中，可以有效的對輸電線路發生的問題進行分析，并找出發生問題的位置，便于快速解決問題，恢復電路系統。最后，無人機設備分為手動和自駕兩種，在使用中可以根據自身的需求選用適合的類型，在兩種操作方式在具體應用中，都可以降低以往巡檢中對大量人力的使用，并且還提高了巡檢的速度和電力企業的經濟效益。

2無人機的輸電線路運維檢修一體化裝置的策略

2.1一體化地面站

無人機地面站采用防水、防塵、防沙設計，地面平臺包含飛行控制平臺、顯示平臺、通信平臺、任務控制平臺等。（1）飛行控制平臺，是飛行控制的操作臺，具備半自動/自動飛行控制功能，主要實現飛行器的飛行控制和應急控制。（2）顯示平臺，主要顯示無人機地面站軟件、實時飛行圖像、實時測距系統等。（3）通信平臺，是無人機所有機載通信與地面通信的基站，也是運檢中心的通信點。（4）任務控制平臺，是控制無人機飛行平臺任務裝置的操作平臺，主要控制任務裝置的機械動作和工作狀態。

2.2無人機在輸電線路覆冰勘測中的應用探索

在冬季總是會遭受不同程度的低溫凝凍天氣，線路覆冰將會引起輸電線路倒桿（塔）、斷線及跳閘事故，嚴重威脅到電網的安全穩定運行。為解決這一問題，貴州電網公司搭建了主網線路覆冰檢測裝置，結合運檢公司建立的“輸電線路防災減災分析預警系統”中的微氣象信息預報和線路的運行數據，可實現對輸電線路防冰薄弱點的查找，及時提出重點觀冰區域和急需融冰的線路。無人機系統和輸電線路防災減災分析系統進行數據交互，根據防災減災系統分析得出的結果，利用桿塔坐標進行定位、制定巡航路線，對覆冰重災區進行精確核查。通過攜帶的高清攝像頭及嵌入式視頻處理平臺實時處理航拍圖像。系統將對輸電線路和絕緣子進行準確識別，并通過圖像分割以及邊緣檢測技術計算覆冰的厚度，從而自動分析反饋出該區段線路在覆冰情況下的工況，并對需要融冰的線路，可能發生冰閃的絕緣子串進行預警并提供輔助決策。并且在線路融冰過程中通過紅外鏡頭進行核查，指導融冰工作，使融冰過程更加高效便捷。同時，無人機系統還能在夜間進行輸電線路融冰時，對輸電線路融冰效果進行核查，無須在夜間在融冰現場派駐值守人員，大量減少了輸電線路融冰的作業人員，使融冰過程更加高效便捷。

2.3攜帶方便、操作方便、效率高

傳統的人工巡檢方式，在不同的地形下所用到的設備儀器都不一樣，所以，巡檢人員在進行巡檢工作是往往需要帶著大量的設備儀器，這給巡檢人員帶來了很大的麻煩。但是，無人機具有機型小、體重輕、占地面積小、易于攜帶、輕便的優點，消除了巡檢人員帶著繁重的機器進行巡檢的煩惱與麻煩，這能夠為巡檢人員節省下來大量的時間，巡檢人員可以利用這些事件在巡檢數據的研究上，這對于我國輸電線路的整體工作是一個很大的發展與提升。

2.4無人機設備接近線路巡檢措施

讓無人機設備接近輸電線路進行巡檢，在操作設備時，通常使用兩種飛行方式：一種是，固定高度飛行法。這種方式在使用中，首先，應選好適合的起飛和降落場地，其次，無人機在起飛點進行精準定位，并設置起飛高度。最后，對設備的起飛航向進行確定，然后進行巡檢、懸停拍攝。這種接線巡檢方式在使用中，由于相關操作參數都是固定值，可以在很大程度上降低操作失誤。另一種是，斜線飛行方式。這種接近線路方式，具體來說是對無人機設備進行精確定位后，直接從站點起飛，以斜線的方式方式飛行并逐漸接近巡檢線路。這種操作飛行方式在使用中，可以快速接近巡檢目標，提高了巡檢的速度，但同時由于需要左右手同時進行操作，會增加操作的難度，出現較多的操作失誤。

2.5圖像的收集與處理

在高壓輸電線路的巡視中，需要無人機實現對相應區域的圖像、視頻等的采集。為了實現這一目的，可以通過在無人機上加設單相機實現。在單相機的支持下，無人機可以在低空飛行的條件下完成對高分辨率影像的獲取;可以在光線不足（陰天）的條件之下獲取光學影響;可以在高位環境下完成長距離的飛行探測。結合空速管的加設，能夠進一步提升對無人機飛行速度控制的精確程度，保證其拍攝與保存的圖像重疊率在40%及以上。通過對圖像的進一步的加工處理，能夠發掘出高壓輸電線路中的外破或隱患，保障線路的穩定運行。

2.6一體化任務裝置

一體化任務裝置主要包括輸電線路通道線樹測距裝置、導地線異物清障裝置、拋投喊話裝置和三維攝影裝置。（1）線樹測距裝置，采用毫米波雷達傳感器作為測距儀，包括線距裝置和樹距裝置，這兩套測距裝置包括毫米波雷達傳感器、微型攝像頭、角度傳感器、轉動裝置等。（2）一體化清障裝置，具備噴火除異物和激光清障功能。處理環境無易燃物或有風箏異物時，采用噴火方式除異物;處理環境有易燃物或無風箏異物時，采用激光方式除異物。（3）喊話拋投裝置，采用一體化成型設計，包括喊話器、拋投器和攝像頭，主要用于新建輸電線路牽引線架設、高空運輸輕量設備和對線路通道違規建筑/施工進行喊話和取證。（4）三維攝影裝置，采用五鏡頭的一體成型傾斜相機，主要用于輸電線路通道三維建模的數據采集。

2.7在精細巡檢中的應用

在高壓輸電線路的精細巡檢中，通過應用無人機，能夠實現對桿塔、接地裝置、導線、金具及其附屬設施、絕緣子等結構的檢查。相比于實地巡視檢測的方式，應用無人機能夠在保障檢查質量的同時，提升巡視的實際效率。在基于無人機的高壓輸電線路精細巡檢中，為了最大程度的避免受到無人機定位誤差以及電網安全的影響，相關人員可以使用“自動控制+人工控制”相結合的方式完成。此時，可以當無人機進入距目標桿塔還有15米的范圍內時，可以切換至人工控制的模式，完成對云臺角度的調整，完成相關影像的獲取，這樣的方式有著更高的巡檢效率。

結語

輸電線路運維檢修一體化裝置的研究與應用，是電力行業發展的必然趨勢。毫米波雷達測距、一體化無人機、自動巡檢系統和數字化管理系統的研究與應用，雖然存在很多缺陷和不足，但其對無人機在電力行業的快速發展起著推動作用。

參考文獻

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