配網線路集群無人機智能巡視技術研究與應用

羅煒　張海濤　張笑玲　薛麗嬌　卜成浪　黃嘉盛

摘? 要：隨著社會的發展和工業產能的提升，當今社會對電力資源的需求越來越大，電力供應的可靠性要求也越來越高。電力在我國經濟發展中發揮著至關重要的作用。然而，在電力供應當中也表現出了一些突出的問題，例如電源中傳輸線的安全性。傳輸線的總距離相對較長，并且許多配電線路處于惡劣環境中。這大大增加了傳輸線問題的可能性，并且人工巡線的難度成倍增加?；谶@一點，文章在介紹了無人機的基本含義，以及配網線路巡檢工作現狀的基礎上，闡述了微型無人機全自主巡檢技術的理論基礎，指出了應用無人機電力巡檢技術的重要性。最后對多旋翼無人機全自主巡檢方案進行設計，并對無人機在配網線路巡檢中的應用進行探討。

關鍵詞：無人機;配網線路;巡檢

中圖分類號：TM755? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）07-0146-02

Abstract： With the development of society and the improvement of industrial production capacity， the demand for power resources is increasing， and the reliability of power supply is becoming higher and higher. Electric power plays a vital role in the economic development of our country. However， there are also some prominent problems in the power supply， such as the security of the transmission line in the power supply. The total distance of transmission lines is relatively long， and many distribution lines are in a harsh environment. This greatly increases the possibility of transmission line problems， and the difficulty of manual line patrol increases exponentially. Based on this point， on the basis of introducing the basic meaning of UAV and the present situation of distribution line inspection， this paper expounds the theoretical basis of micro-UAV fully autonomous inspection technology， and points out the importance of applying UAV power inspection technology. Finally， the autonomous inspection scheme of multi-rotor UAV is designed， and the application of UAV in distribution network inspection is discussed.

Keywords： unmanned aerial vehicle （UAV）; distribution network line; patrol inspection

1 無人機的基本含義

無人機是基于飛控技術，搭載專用的任務載荷，執行自動飛行任務和其它相關工作的無人駕駛航空器。相較于載人飛機，其最主要特點是沒有飛行員隨機飛行，飛機上也沒有生命保障系統設備，成本低、風險小、操控相對簡單，是配電線路巡檢檢測的非常有效工具?，F常見的無人機飛行平臺有：多旋翼無人機、單旋翼無人直升機、固定翼無人機和組合翼無人機等新型布局的各種無人機。

2 配電線路巡檢工作現狀

由于配電線路的安全穩定運行對整體電力供應系統的安全性起著至關重要的作用，更是社會穩定、百姓日常生活的基礎。所以，需要不斷對配電線路運行維護，做好配電線路的巡檢工作，及時發現配電線路的線路本體及附屬設施出現的故障或安全隱患和線路保護區內各種檢測裝置、標志牌、航空警示器材、防霧防冰器材缺損、變化等情況。為了預防配電線路發生故障，為配電線路的檢修與運維提供參考依據，需要定期對其進行巡檢。有很多配電線路分布在地形比較復雜的野外，線路及設備會遭受雷雪風暴等自然原因的破壞，以及違章施工、違章植樹等人為原因的破壞，出現故障或隱患，要求配電線路維護人員需定期進行巡檢工作，需要實現全方位、多角度的巡視，及時準確的發現線路故障點。繁重復雜、安全性差、效率低是傳統人工巡檢無法避開的缺點。近年來，隨著無人機技術的飛速發展，已廣泛應用于航空攝影測量、太陽能電廠巡檢、考古勘探、地質勘探、高速公路巡視、電網線路巡檢、森林火情監測、城市高層建筑消防等領域。

3 無人機的全自動巡檢的理論基礎

無人機智能巡檢技術可以為電力系統提供方便、快捷的巡檢方案，該系統方案包括高度集成的一體化無人機控制地面站系統、無人機飛行平臺、任務載荷和數據鏈電臺。各子系統間相互協調、互相配合完成立體化智能電力巡檢工作。無人機全自主巡檢技術以搭載高性能飛控和高像素航拍相機的無人機為核心，輔以高可靠性的數據鏈系統，以及具有完整信息處理能力的地面站系統組成。在巡檢作業時，一般采用先使用固定翼巡檢無人機或大型油動單旋翼無人直升機對線路進行通道巡檢，在用微型多旋翼巡檢無人機通過遙控圖像對輸電線路、地線、絕緣子的具體情況進行精細化巡檢。在發生異常的情況下，可以使用巡檢團隊攜帶的微型多旋翼無人機到發現異常情況的位置進行徹底的精細化巡檢工作，巡檢作業人員可以通過地面站顯示的回傳圖像判斷該處是否有故障。

由于無人機有許多優點，人工電力巡檢作業存在著許多困難和局限性，近年來，隨著微型無人機技術的發展，一些地方電力企業進行了微型無人機在電力線路巡檢作業中的嘗試，初步并取得了不錯的成效。根據相關調查結果，將微型無人機航空攝影技術應用于輸電線路巡檢，可以提高輸電線路的運用維度水平，提高輸電線路可靠性，同時也能有效地降低相關設備的運維工作強度，省去了大量人力巡檢的人員開支，提高了電網線路運維部門的自動化水平，大大降低了企業的運行和維護成本。

4 微型多旋翼無人機自動化巡檢方案的設計

在以往的無人機巡檢過程中，需要無人機操控手控制無人機在近距離拍攝高精度的桿塔和線條圖像。由于地面操作者的視角不同，對人控制的精確定位有非常大的誤差，不僅降低了工作效率，而且因為定位不準確，還可能會影響航拍照片的診斷效果，迫切需要開展無人機的自動化巡檢工作。

無人機的自動化巡檢作業，首先要合理規劃飛行路線。飛行路徑由一系列航拍點和飛行軌跡組成，無人機巡檢作業航線規劃的實質是航拍點的設計和航跡的規劃。在巡檢無人機作業過程中，飛行文件以一個固定的頻率記錄GPS定位系統、動力系統、任務載荷以及詳細的飛參信息。無人機完成巡線作業后，不僅可以根據POS數據繪制出巡線的準確軌跡，而且可以將高精度空攝的時間信息與飛控POS數據相結合，在航拍過程中，決定各航拍位置的坐標信息和照相機的云臺角度焦距等信息。使用專用的工業級多旋翼無人機，在專用的無人機地面站上將航跡沿線的拍照點和轉彎點設為航點，并在航點信息里編輯航點的坐標信息和云臺角度等信息。

首先由飛行經驗豐富的無人機操縱手進行手動飛行拍攝，找到最佳的航拍位置和云臺角度。之后，從飛控的日志文件中分析無人機航拍的航跡、航拍點的坐標信息、云臺角度、航拍相機的焦距等信息。然后，通過這些信息規劃好無人機全自動飛行的航路和航拍點的云臺角度、航拍相機的焦距。之后的巡檢作業，只需要把規劃好的無人機的航路上傳無人機飛控，就可以實現電網線路的無人機全自主巡檢。

5 無人機在配網線路巡檢中的應用

5.1 無人機技術中的應用

無人機航拍技術在配電線路巡檢作業中的應用取得了非常好的效果，利用微型多旋翼無人機進行航拍巡檢可以實現全方位、多角度的巡檢。在配電線路巡檢作業中可以快速發現故障點，可以大大減少電力巡線人員高空作業量和帶電作業量。這既減輕了電力巡檢人員的工作強度，又大大降低了電力巡檢工作中的危險性。在極端的自然條件下（大風、大雪、大雨等惡劣天氣），攀爬配電線路桿塔容易發生跌落等意外事故。而且，如果巡回員坐在桿上進行檢查，還很容易發生電擊等安全事故。用無人機代替人工巡檢配電線路，不僅大大降低了巡檢作業的危險性，而且有效地提高了巡檢工作效率，在有效保障了巡檢工作人員生命安全的同時，直接提高了電力系統運行的可靠性。

5.2 無人機技術的應用前景

微型無人機配電線路自動化巡檢技術具有廣泛的應用前景，其中微型無人機在架空線路的精細化巡檢作業，通過查看航拍照片可以方便快捷地找到配電線路中的缺陷和變化情況，能夠有效減少巡檢人員攀爬鐵塔的工作量。同時，巡檢作業人員可以在地面站上操作無人機以進行高空檢查，通過從航拍的高分辨率圖片，電網巡檢人員可以準確確定配電線路的運行狀態。微型無人機配電線路自動化巡檢技術不僅具有成本低，安全性高的特點，而且在其它方面也具有廣闊的應用前景。當配電線路位于地形復雜的環境中時，人工很難完成檢查并手動診斷故障。使用微型多旋翼無人機代替人工檢查可以行之有效地完成配電線路的巡檢工作。

6 結束語

配電線路持續安全運行對于整個電力系統的安全運行極為重要，因此，做好配電線路的巡檢工作是配電線路運維工作的重中之重。隨著微型無人機飛控控制和定位技術的進步，微型多旋翼無人機在配電線路巡檢方面顯示出了巨大的優勢，它不僅可以大大減輕電力巡檢人員的工作強度，保障電力巡檢作業人員的人身安全，而且可以以非常低的成本快速有效地執行巡檢任務。因此，在配電線路巡檢工作中，非常有必要推廣微型無人機全自主巡檢技術。

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