無人機(jī)在電力線路巡檢中的應(yīng)用

周 琳，楊 沛

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司培訓(xùn)中心，吉林 長春 130000）

0 引 言

數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，同時(shí)也帶動(dòng)了無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，全面提升了無人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)階段各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。在電力線路巡視工作中，無人機(jī)技術(shù)能夠適應(yīng)當(dāng)今的發(fā)展需要。通過無人機(jī)巡檢平臺(tái)的選型原則，對(duì)比無人機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，做好嚴(yán)格的質(zhì)量把控[1]。無人機(jī)巡檢技術(shù)并不是單指一種技術(shù)，而是由多種高精尖技術(shù)融合應(yīng)用的產(chǎn)物。通過巡檢技術(shù)、定位技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)、遙測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及智能AI技術(shù)等綜合應(yīng)用進(jìn)行空間巡檢信息的獲取[2]。航空拍攝工作、數(shù)據(jù)采集工作、數(shù)據(jù)處理工作、應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、獲取特殊目標(biāo)以及進(jìn)行土方量計(jì)算等都屬于無人機(jī)巡檢技術(shù)的范圍[3]。目前，無人機(jī)巡檢技術(shù)已經(jīng)慢慢普及，逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)老舊的巡檢技術(shù)。此外，由于無人機(jī)巡檢技術(shù)在實(shí)際測(cè)量工作中的優(yōu)勢(shì)明顯，因此使得其應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)用頻率也越來越高。

1 無人機(jī)巡檢平臺(tái)選型原則

無人機(jī)憑借其較長的續(xù)航能力、抗風(fēng)能力以及適應(yīng)不同環(huán)境的能力，在當(dāng)今的電力線路巡檢工作中應(yīng)用廣泛。將無人機(jī)巡檢代替人工巡檢在現(xiàn)如今的電力線路巡檢過程中取得了良好的效果。按照以前的工作經(jīng)驗(yàn)，無人機(jī)的選擇應(yīng)用需要首先按照巡檢平臺(tái)選型原則進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)階段應(yīng)用到電力線路巡檢工作中的主要有微型無人機(jī)、小型無人機(jī)以及中型無人機(jī)。其中，微型無人機(jī)機(jī)動(dòng)性和靈活性較高，但是攜帶的電池較小，續(xù)航能力較差[4]。小型無人機(jī)相較于微型無人機(jī)續(xù)航能力有所提升，且抗風(fēng)能力較強(qiáng)，還有一定的載重能力，最高可載重10 kg的物品，飛行范圍在20 km以內(nèi)。3種無人機(jī)中，中型無人機(jī)的氣候適應(yīng)能力和續(xù)航能力都是最強(qiáng)的。

2 電力線路巡檢中小型無人機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

本文將以小型無人機(jī)為例，介紹在電力線路巡檢中無人機(jī)的應(yīng)用詳情和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.1 小型多旋翼無人機(jī)

小型多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用主要是通過搭載高清相機(jī)設(shè)備，由專業(yè)操作人員進(jìn)行操作。通過精確的操作，將小型多旋翼無人機(jī)停放在指定位置，拍攝桿塔對(duì)應(yīng)位置實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)電力線路巡檢[5]。例如，在巡視某2.2×105V交流單回直路塔時(shí)，按照以下巡檢規(guī)則進(jìn)行檢查。首先是塔號(hào)牌，其次是左側(cè)大號(hào)塔基，最后是右側(cè)小號(hào)塔基。以上3項(xiàng)內(nèi)容一共拍攝24張高清圖片，拍攝之后利用導(dǎo)入子模塊將圖像信息發(fā)射回地面操作系統(tǒng)。經(jīng)過地面系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)分析對(duì)比實(shí)現(xiàn)圖像和桿塔位置的配對(duì)，用桿塔對(duì)應(yīng)的部位對(duì)圖像進(jìn)行相應(yīng)格式的命名，然后利用圖像分析模塊，對(duì)部位圖像進(jìn)行缺陷分析，最終生成缺陷報(bào)告[6]。

2.2 小型固定翼無人機(jī)

小型固定翼無人機(jī)主要是用來開展電力線路通道巡視，以及在發(fā)生自然災(zāi)害之后，評(píng)估分析電網(wǎng)現(xiàn)狀。根據(jù)事先準(zhǔn)備好的線路坐標(biāo)點(diǎn)信息劃分小型固定翼無人機(jī)的飛行航線，明確起飛點(diǎn)和降落點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電力線路通道的巡檢[7]。在進(jìn)行巡視時(shí)，要提前對(duì)小型固定翼無人機(jī)進(jìn)行程序編程，將其按照事先編輯好的線路，每100 m之間高清拍攝一次，獲得一張高清通道線路圖片。在完成每個(gè)航站的巡視之后，通過圖像導(dǎo)入組模塊將無人機(jī)搭載的檢測(cè)設(shè)備采集的圖像信息返回到地面系統(tǒng)，通過系統(tǒng)對(duì)比圖像信息、GPS模式信息以及數(shù)據(jù)信息將圖像和桿塔進(jìn)行一一配對(duì)，接著利用圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行圖像分析排除圖像中存在的缺陷，生成缺陷檢查報(bào)告。

2.3 小型多旋翼無人機(jī)和小型固定翼無人機(jī)對(duì)比分析

小型多旋翼無人機(jī)只需要一塊相對(duì)空曠且平整的土地就能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起飛和降落。有很多先進(jìn)的多旋翼無人機(jī)可以通過手托的方式實(shí)現(xiàn)起飛和降落，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)懸停和低速飛行。小型固定翼無人機(jī)只需要在機(jī)身重量的1/10級(jí)上就能夠?qū)崿F(xiàn)起飛，而多旋翼無人機(jī)需要較大的電機(jī)推動(dòng)才能夠?qū)崿F(xiàn)起飛。小型固定翼無人機(jī)應(yīng)用于較長線路的形式，該應(yīng)用優(yōu)勢(shì)能夠?qū)崿F(xiàn)長距離的飛行，并且續(xù)航能力較強(qiáng)，但小型固定翼無人機(jī)在飛行過程中容易受到風(fēng)力的影響發(fā)生側(cè)翻事故，導(dǎo)致巡檢失敗。

2.4 無人機(jī)巡檢模式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)人工巡檢來說，小型無人機(jī)對(duì)電力線路進(jìn)行巡檢能夠提升工作效率，節(jié)省巡檢成本。

2.4.1 安全和可靠兼顧

近些年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)。目前我國多項(xiàng)研究使用無人機(jī)巡檢技術(shù)，通過搖桿操控?zé)o人機(jī)，再輔助以計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)更好地進(jìn)行相關(guān)測(cè)量工作。此外，由于無人機(jī)不需要駕駛員和地質(zhì)科研員在飛機(jī)上展開相應(yīng)工作，因此在進(jìn)行危險(xiǎn)測(cè)量工作時(shí)減少了人員損失，提高了安全性和可靠性。

2.4.2 靈活小巧，機(jī)動(dòng)性高

相較于傳統(tǒng)的航拍飛機(jī)來說，無人機(jī)更加靈活小巧，并且升空的時(shí)間較短，不需要專門的跑場(chǎng)就能夠升到空中進(jìn)行正常的工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，快速進(jìn)步的巡檢操作系統(tǒng)使得無人機(jī)搖感技術(shù)的運(yùn)營成本降低了很多。操作簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和成本較低的運(yùn)營，促進(jìn)了無人機(jī)巡檢技術(shù)的進(jìn)一步使用。在進(jìn)行無人機(jī)巡檢之前，通常需要先進(jìn)行線路的規(guī)劃，根據(jù)規(guī)定好的線路進(jìn)行自動(dòng)飛行，體現(xiàn)了其穩(wěn)定性。無人機(jī)性能的加強(qiáng)，不僅能進(jìn)行高強(qiáng)度的航空拍攝，還能夠相應(yīng)的提高穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度。此外，由于不需要進(jìn)行駕駛員的操作，因此能夠節(jié)省更多的空間進(jìn)行燃料的添加和儲(chǔ)存，相比于普通飛機(jī)能夠飛得更遠(yuǎn)，運(yùn)行時(shí)間更長。輕便靈活的無人機(jī)能夠在射電之內(nèi)完成100多個(gè)行點(diǎn)的測(cè)量工作，并且能夠不間斷地進(jìn)行測(cè)量。而且無人機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)瞬間傳到地面，工作人員能夠及時(shí)處理傳回的數(shù)據(jù)，提高處理的效率。

2.4.3 相對(duì)成本低

由于無人機(jī)的操作系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，所以造價(jià)要比普通的航拍飛機(jī)便宜許多。另外無人機(jī)只需要駕駛員在地面通過巡檢系統(tǒng)進(jìn)行操控，因此進(jìn)一步縮短了駕駛員的上崗時(shí)間，減少了相應(yīng)的成本。再者無人機(jī)制造所用的材料都是新型復(fù)合材料，較為輕便，同時(shí)費(fèi)用較低，能夠更好地進(jìn)行后期維修。此外，如今無人機(jī)巡檢技術(shù)搭載的處理設(shè)備對(duì)配置的要求較低，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理費(fèi)用也比普通的航拍飛機(jī)要少很多。

2.4.4 精度高，角度刁

無人機(jī)巡檢技術(shù)所應(yīng)用的無人機(jī)搭載的都是高科技設(shè)備，能夠?qū)y(cè)量點(diǎn)進(jìn)行多個(gè)方向和多個(gè)角度的拍攝。在拍攝過程中，垂直角度、傾斜角度以及水平角度都能夠輕易完成。并且無人機(jī)體型較小能夠穿越狹小的通道，從多個(gè)角度和尺度進(jìn)行拍攝，解決了一部分遮擋物的問題，從而使得測(cè)量的結(jié)果精度更高。

2.4.5 綜合性能高

無論是無人機(jī)巡檢技術(shù)還是其他傳統(tǒng)巡檢技術(shù)，都可以通過使用單一巡檢技術(shù)輕松地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)監(jiān)視中的漏洞。結(jié)合不同的巡檢系統(tǒng)，相互學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)彼此間的不足，解決系統(tǒng)中的不同問題，并充分發(fā)揮不同系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。此外，由于無人機(jī)巡檢技術(shù)是高度集成的，可以與其他系統(tǒng)很好地集成在一起，因此可以提高其應(yīng)用效果。

2.4.6 監(jiān)測(cè)效率高、深度廣

對(duì)于巡檢技術(shù)而言，保證監(jiān)測(cè)效率是十分重要的一點(diǎn)。如果不能夠在第一時(shí)間處理發(fā)生的緊急事件，就很容易造成不好的社會(huì)影響和惡劣的結(jié)果。對(duì)比其他手段，無人機(jī)巡檢技術(shù)具有監(jiān)測(cè)效率高的優(yōu)勢(shì)。因此，利用無人機(jī)巡檢技術(shù)能夠第一時(shí)間對(duì)緊急事件進(jìn)行有效處理，提高處理事件的效率和監(jiān)測(cè)效率，同時(shí)還能改善處理的結(jié)果。

僅對(duì)大范圍的對(duì)象進(jìn)行監(jiān)視是不夠的，并不能達(dá)到理想的監(jiān)視效果。目前，通過無人機(jī)巡檢技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)小范圍的目標(biāo)監(jiān)視，同時(shí)在應(yīng)用于電力線路巡檢工程的測(cè)量過程中，測(cè)量范圍可以更加靈活，增強(qiáng)控制能力。另外，充分利用該技術(shù)可以將目標(biāo)區(qū)域的實(shí)際情況反映在相應(yīng)的儀器中，從而可以擴(kuò)大監(jiān)視深度，大大提高地圖的直觀程度。

3 在電力線路巡檢工程中無人機(jī)巡檢技術(shù)的應(yīng)用

3.1 航空拍攝工作

無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其飛行高度越來越高，能夠進(jìn)行高空的航空拍攝，這是人工巡檢測(cè)量達(dá)不到的。通過無人機(jī)攜帶輕型光學(xué)相機(jī)、高分辨率攝像機(jī)以及掃描儀等高精尖設(shè)備，能夠精細(xì)化航空拍攝工作。此外，無人機(jī)內(nèi)部還裝有微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠?qū)ε臄z的照片和視頻進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理、分析以及保存。

3.2 數(shù)據(jù)采集工作

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)信息的安全，通常使用手動(dòng)采集或自動(dòng)加密采集的方式進(jìn)行。工作人員通過遠(yuǎn)程遙控并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行有選擇性的數(shù)據(jù)采集工作，為了保證數(shù)據(jù)的安全處理不泄露，在數(shù)據(jù)保存時(shí)，無人機(jī)內(nèi)部?jī)?chǔ)存系統(tǒng)通常會(huì)進(jìn)行部分加密處理，這是一種自動(dòng)保護(hù)機(jī)制，工作人員需要用專門的密鑰進(jìn)行加密的破解才能最終獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)無人機(jī)遇到意外情況不能正常回收時(shí)，內(nèi)部數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的自毀處理，防止重要機(jī)密的外露，危害國家安全。

4 結(jié) 論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)也在不斷的發(fā)展，并且在電力線路巡檢工程領(lǐng)域發(fā)揮了更大的作用。將多種精密的巡檢儀器安裝到無人機(jī)上，能夠?qū)崿F(xiàn)一系列的巡檢工作，完成人工巡檢和傳統(tǒng)巡檢完不成的任務(wù)。國家和政府應(yīng)該加大無人機(jī)巡檢技術(shù)的研究投入，提高其技術(shù)含量，發(fā)揮在電力線路巡檢工程中的真正作用，為我國的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。