無人機在輸電線路巡檢中的應(yīng)用

張星煒

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211102）

1 無人機巡檢技術(shù)

無人機檢測系統(tǒng)根據(jù)無人機平臺的精確定位、GPS與自主飛行能力，搭載高清攝像機等各種感應(yīng)器，構(gòu)建多層次、全方位的實時檢測輸電線。該系統(tǒng)一般由航空飛行平臺與地面站控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。地面滑翔掌控部分重要用作航跡計劃、上傳、飛行姿勢的實時同步表示、機上傳感器的控制以及檢查結(jié)果的表示等。依據(jù)上載的計劃航線與航線點，對于航線成員展開數(shù)據(jù)搜集。圖1為無人機檢查系統(tǒng)。

圖1 無人機巡檢系統(tǒng)組成

1.1 無人機主要巡檢內(nèi)容

目前，無人機的電源檢查重點集中于線路通道、線路主體和設(shè)備設(shè)施3個部分。依據(jù)檢查的具體內(nèi)容，分成范圍檢查、定點檢查和準(zhǔn)確檢查，可使用高清攝像機檢測線主體與輔助設(shè)備主體，可通過紅外線攝像裝置等檢測設(shè)備的發(fā)熱異常。無人機的主要檢查內(nèi)容見表1[1]。

2 無人機航測技術(shù)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用優(yōu)勢與不足

2.1 優(yōu) 勢

第一，無人機的體積較小，對于陸地沒嚴(yán)格要求，降落與著陸過程相當(dāng)簡單。第二，履行任務(wù)時高效且方便。無人機設(shè)備在展開運輸作業(yè)時體積較小，可通過鐵路、公路、航空等方式運輸，提高檢查工作的便利性。第三，直升機搭載高清攝像設(shè)備。通過提升攝像設(shè)備的分辨率且強化綜合技術(shù)的應(yīng)用，取得了較好的航測結(jié)果。通常，無人機要裝上數(shù)碼相機的傳感器和與全球定位系統(tǒng)相匹配的導(dǎo)航裝置。隨著技術(shù)水平的提高，攝像機與導(dǎo)航設(shè)備愈來愈先進(jìn)，無人機系統(tǒng)的集成度也愈來愈高，獲得的圖像數(shù)據(jù)分辨率高。第四，部分輸電線地處地勢險要、環(huán)境險峻的地區(qū)，傳統(tǒng)的人工作業(yè)檢查不易抵達(dá)，而使用直升機檢查可徹底解決這些問題，提高了安全性。

2.2 不 足

無人機的應(yīng)用在檢測過程中也存在缺陷。比如，在巡航時間方面，無人機的巡航時間較短，受限于電池容量；遠(yuǎn)程掌控范圍方面，無人機裝置的距離在1 000 m左右；部分無人機設(shè)備難以自動展開圖像缺陷分析，需將借助計算機，采用適當(dāng)?shù)某绦蛩惴ㄕ归_人工智能辨識，而人工智能辨識的精度不高，需要很多的人工干擾[2]。

3 無人機巡檢新技術(shù)在輸電線路運行中存在的問題和相關(guān)運用

3.1 存在的主要問題

無人機檢測技術(shù)已經(jīng)在輸電線運行層面獲得應(yīng)用，但是在無人機檢測過程中需注意安全管理問題。安全性風(fēng)險的分析包含項目安全性風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險與管理風(fēng)險。但是，部分人員無法立即分析項目管理中的主要風(fēng)險，欠缺對無線環(huán)境、地理環(huán)境、氣象環(huán)境等安全性風(fēng)險因素的研究。在無線環(huán)境中，無線距離測試可以由分光分析儀展開。

3.2 無人機在輸電線路中的應(yīng)用技術(shù)

3.2.1 視覺跟蹤技術(shù)

無人機執(zhí)勤時有導(dǎo)航功能，通過線塔的視覺跟蹤技術(shù)可精確躲避障礙物。但是，實際操作過程中，工作環(huán)境中的無人機振動，影響相機的穩(wěn)定性，造成部分圖像不夠清晰。

3.2.2 無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無人機檢查中會攝制線路影像與關(guān)鍵影像，這一部分的圖像需傳送到數(shù)據(jù)接收器。無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建地面基站計算機與無人機的雙向通信。數(shù)據(jù)交換通過線路檢測的智能感測數(shù)據(jù)，構(gòu)建無人機的具體位置信息，由控制站計算機發(fā)射，以掌控直升機滑翔的各種信息。因為無線通信技術(shù)平穩(wěn)、安全、可信、抗干擾能力強，直升機能于遠(yuǎn)程巡邏與干擾條件之下構(gòu)建控制站和無人機間的信息傳輸。

3.2.3 線路故障探測技術(shù)

第一，視覺檢查技術(shù)。無人機上安裝高清攝像機，能實時檢測線路裝置的表面故障，并且把圖像信息儲存到上位機。人可通過圖像識別算法確認(rèn)線路設(shè)備的缺陷類型。第二，紅外線與紫外線探測技術(shù)。無人機通過紅色與紫外線攝像設(shè)備展開檢測，依據(jù)圖像熱源可辨別線路中的連接器、絕緣子與夾具存在的問題。通過紫外線接收裝置分解紫外線信號圖像，確認(rèn)線路日冕強度與日冕的特定位置，進(jìn)而辨別線路損傷與絕緣子放電故障[3]。第三，通過包含時隔波振幅雷達(dá)與脈沖雷達(dá)在內(nèi)的激光器方向特性，構(gòu)建激光雷達(dá)探測技術(shù)。激光測距原理包含用作火箭時隔或是脈沖激光器信號的測距儀。激光器目標(biāo)碰到目標(biāo)反射，可精確記錄激光器來往時間、測量距離和測量目標(biāo)距離。

3.3 無人機在輸電線路中的應(yīng)用

3.3.1 電力輸電線路全方位巡檢中的應(yīng)用

在輸電線路檢測過程中，高性能無人機硬件包含地面站與無人機兩個組件[5]。幾個部分的可視光相機難以加裝可視光，相機不能發(fā)送路上的全方位攝制。檢查員可使用專門的軟件即時證實無人機攝制的影像，并且依據(jù)無人機攝制的影像辨別傳輸線路的運行狀態(tài)。此外，對特定的線路檢查要求，檢查員可采用遙控器掌控?zé)o人機，躲避障礙物，迅速看到故障位置。此外，監(jiān)視人員可通過遙控器掌控?zé)o人機的焦距，使目標(biāo)位置更清楚，且可通過無人機進(jìn)一步行進(jìn)，將檢查圖像儲存到計算機中。

3.3.2 電力輸電線路異物清除中的應(yīng)用

在輸電線檢查過程中，有時候輸電線上常常出現(xiàn)異物。假如這些異物沒被立即去除，有可能造成傳輸線路故障或是觸電。為了防止這些問題，檢查員需常常清除異物。無人機的出現(xiàn)對輸電線中除去異物起到了關(guān)鍵作用。通過無人機去除傳送路徑中的異物，常規(guī)方法是把激光器加裝于無人機，軟管模塊通過光的聚焦作用把異物吹走。由于激光器是平行的，必需采用凸透鏡對光展開聚焦，專注后的光必需準(zhǔn)確導(dǎo)向于異物[6]。在異物縱火過程中，必需保證異物和無人機維持一定的距離，這樣檢查人員便可掌控?zé)o人機。

3.3.3 電力輸電線路故障檢測中的應(yīng)用

在輸電線路檢測過程中，無人機發(fā)揮著關(guān)鍵作用。無人機有3種檢測方式[7]：（1）使用雷達(dá)檢查故障；（2）通過攝制視頻檢查故障；（3）使用紅外線檢查故障。雷達(dá)探測可提升傳輸線路的定量測量精度，雷達(dá)距離測量裝置可精確測定傳輸線路和四周障礙物間的距離，為傳輸線路的維持與安裝獲取數(shù)據(jù)參考。視覺相機通過無人駕駛飛機或是地面天線傳送照片或是視頻，計算機通過通信模塊采用專門的軟件錄像觀察。在紅外線檢測方面，該技術(shù)幫助檢查員展開紅外線成像分析，在線路金屬探傷方面具備較高的應(yīng)用價值。

4 結(jié) 論

本文通過對相關(guān)技術(shù)流程的研究，系統(tǒng)闡述無人機檢測技術(shù)理論，并且通過具體的實踐，證明了這項檢測技術(shù)的低成本、高可靠性與安全性。與傳統(tǒng)的手工作業(yè)檢查相比，優(yōu)勢明顯。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，輸電線密集，無人機技術(shù)需急速轉(zhuǎn)型與成熟。