無人機巡檢技術在輸電線路運維中的應用研究

國網山西省電力公司輸電檢修分公司 董 凱

隨著我國大量各電壓等級輸電線路的建設及投運，線路距離不斷增長的現狀與運檢人員不足之間的矛盾日益突出，對輸電線路的現行運行維護方式帶來了巨大挑戰。傳統的人工巡視主要是依靠巡視人員目測觀察，依托各種檢測工具（如望遠鏡、紅外測溫儀）沿輸電線路行走，用肉眼或望遠鏡對轄區內的輸電線路進行觀測。這種工作方式存在巡檢效率低、巡檢精度不高、可靠性差等問題。

鑒于此，國家電網公司在“十二五”以來，加大了直升機、無人機、機器人、特種作業車輛等高端、大型運檢裝備配置力度。無人機巡視和人工巡視由于觀測視角不同，對于發現桿塔上半部的細微缺陷有著明顯優勢，可以在極大程度上彌補人工巡視不足。因此，以無人機巡檢為基礎，創新優質高效的輸電線路巡檢方法勢在必行、迫在眉睫。

1 做法

1.1 加強無人機作業安全分級管控，夯實作業安全基礎

輸電線路運維單位應統一管控無人機配置、規程、空域申請等，遵循“安全第一、預防為主”的原則，對所轄的無人機進行集約化管控，確保每一架無人機都時時在控。工區級別負責無人機作業安全措施的具體實施，從作業人員、無人機現場管控兩方面管理管控，對無人機相關的人員、證照、實物、作業等方面提出規范化的管理要求。管控無人機飛行安全，嚴格遵守相關規范，杜絕電力巡檢作業中黑飛、亂飛現象的出現。通過安全分級管控，做到無人機飛行安全監控無死角，全方位保障無人機作業時人員、設備安全。

1.2 立足巡視開展實效，合理安排人、機資源

建立健全符合企業自身特點的管理制度是一項工作能否順利開展的前提和基礎。無人機巡檢應遵循統籌規劃、因時制宜的策略，規章制度由公司層面統一管理頒布，而無人機和人員的配置則由工區層面統一安排。在普通運維班組中應配置多名員工，同時具有輸電線路巡檢和無人機巡檢資格。在無無人機巡視任務時，攜帶無人機執行輸電線路的日常巡檢工作，工作過程中運行人員既能發揮主觀能動性發現認為需要由無人機巡視的缺陷或隱患，又處于隨時待命的狀態，時刻準備迎接公司下達的無人機作業任務，在最短時間內根據巡檢任務進行配置，完成巡檢任務。

1.3 建立“四學四有”培養制度，完善人才支撐體系

以無人機巡檢輸電線路作業為契機，積極選拔優秀人才，不斷培養合格優秀的一專多能型無人機巡檢骨干。作為一名無人機操控員，建議首先要有2年及以上輸電線路的運行維護工作經驗，掌握所需要的專業知識。在此基礎之上，遵循引導為先、適才適用的原則，通過學案例制度、學原理方法、學模擬實操、學專業課程的遞進式、立體化的“四學”培養方法形成有態度、有基礎、有素質、有資格的“四有”人才，從源頭上保證輸電線路無人機巡視工作的高效開展。

學習案例和制度，使運維人員具有科學嚴謹的態度。無人機飛行是一件非常嚴謹的工作，每一個細節都關乎飛行安全，這就要求無人機操控員要具有科學嚴謹的態度，并要具備較強的法規意識，熟知并遵守有關航空法律法規。基于此，無人機巡視工作開展的第一步就是對人員進行相關案例和規章制度的學習，這是保障無人機巡視工作順利開展的先決條件。

學習原理和方法，使運維人員具有扎實的理論基礎。為使無人機巡視人員形成良好的分析問題與解決問題的能力，強化了相關工作原理和基本操作方法，主要是無人機的飛行原理及現場飛行要領的學習。具體包括航空理論知識學習，通過對空氣動力學、飛行原理與飛行性能、無人機系統構造、航空遙感知識、氣象、任務規劃、航空法規等知識的系統學習，使員工掌握操控無人機必須具備的航空理論知識，打下良好的理論基礎。在學習中注重將基本知識、基本技能、基本方法有機結合起來，突出飛行中的實際應用。

學習模擬和實操，使運維人員具有過硬的心理素質。無人機在飛行作業過程中經常會遇到各種突發情況，為了能夠在較短的時間內把風險和損失降到最低，要求操控員具備良好的心理素質、果斷的判斷能力和較強的應急處置能力。通過模擬和實操的練習，增強無人機操控能力，提升判斷力和應急能力，提升其心理素質。在實際飛行前，通過電腦飛行模擬軟件學習飛行控制的練習。通過對模擬無人機的操控熟練的控制來減少實際飛行過程中的操作失誤，通過模擬軟件的練習要形成基本的飛行條件反射。

學習專業課程，使運維人員具有國家規定取得的無人機駕駛員（機長）合格證。根據中國民航總局頒布的《民用無人駕駛航空器系統駕駛員管理規定》和中國民航總局頒布的《關于民用無人機駕駛航空器系統駕駛員資質管理有關問題的通知》，進行輸電線路無人機巡視必須經過航空器擁有者及駕駛員協會(AOPA)專業的培訓，并且取得無人機駕駛員（機長）合格證，這是中國民航總局對于全國無人機飛行的統一規定。

1.4 立足精益化，提出輸電線路“N+4”巡視方法

在以往對桿塔進行常規巡檢時，缺少經過實踐驗證的安全可靠的拍攝路徑和方法。在進行巡檢拍攝時隨意性較大，導致采集到的圖片信息較為雜亂且容易出現漏拍，不能保障巡檢質量，留下安全隱患。針對這種情況，可采用“N+4”巡視方法有效提升巡視質量和巡檢效率，其主要是針對輸電線路的日常巡視提出的，其中“N”是針對輸電線路中不同塔型應針對巡視的“N”個關鍵部位，“4”是指輸電線路桿塔中桿塔大小號側通道以及縱向左右側兩個方向共計4條通道的巡視工作。

優化無人機巡檢部位。在以往的巡視過程中，無人機巡檢是對絕緣串與導地線和桿塔的連接部位以及各類金具等進行檢測，但并沒有形成一套規整有法的巡視方法，巡視路徑及巡視部位受無人機飛手的個人技能和巡視習慣影響，這樣很容易遺漏掉關鍵檢測部位，留下安全隱患。可結合日常巡視經驗和無人機巡視特點，針對不同塔型桿塔本體巡視，遵循不留死角、飛必到位的原則，依據不同塔型科學選取、固化“N”個拍攝點，其均為桿塔與導地線、桿塔與絕緣串以及導地線與絕緣串連接部位，這些地方也是桿塔最容易出現故障的部位。

優化無人機巡檢路徑。目前無人機巡視主要采用高性能鋰電池作為動力來源，由于鋰電池容量有限且受限于無人機載荷，導致多旋翼無人機續航時間較短，必須合理規劃巡檢路線，避免無效飛行。為提高無人機巡檢的效率和安全性，必須制定出科學合理的拍攝飛行路徑和拍攝方法，在滿足安全飛行的條件下可以遍歷所有巡檢點且飛行路程最短的路徑。結合大量實踐檢驗、科學驗證與分析，將無人機桿塔巡檢路徑規劃等效為不回到起點的TSP問題來，選用窮舉法來進行路徑規劃，結合實際情況將所有可行的路徑都計算出來，然后比較得出最優路徑。

輸電線路通道的“4”路巡視法。針對目前日益增加的線路走廊內施工、樹害等問題，結合無人機自身巡視特點，采用輸電線路通道的“4”路巡視方法。那就是輸電線路桿塔中桿塔大小號側通道以及縱向左右側兩個方向共計4條通道的巡視工作。在桿塔大、小號側通道處各拍攝通道1張，要求看到前桿塔電氣部分、后桿塔全部及通道情況，飛行高度在最下層導線掛點與弧垂最低點之間。同時拍攝桿塔左、右側通道內的運行情況，做到全方位、無死角的對桿塔通道運行情況進行掌控。

2 結語

無人機巡檢應用到輸電線路運維管理中，是輸電線路精益化運維的必然需求。通過本文中探討的四條做法，可以達到以下效果。

提升輸電線路運維管理水平，落實了國網公司規劃要求。文中探討的做法，可深化落實國家電網公司全面實現標準化作業、巡檢效益全面提升的規劃要求，實現了無人機標準化作業，顯著提升巡檢效益。該做法首先縮短了輸電線路的巡檢時間，在保證巡檢質量的前提下將巡檢效率提升，同時緩解了運維人員的運行壓力，提升了巡檢手段的先進性，提升了巡檢效率。

推動公司人才建設，營造良好的求索創新氛圍。文中探討的做法，能夠推薦培養獨當一面、優秀出色的無人機飛手，同時可利用這些人才大力革新，在無人機巡檢領域積極探索。該模式中的人才養成機制對促進員工自主學習、積極成才起到了引領、促進作用，在企業內部形成良好的文化氛圍。

高效完成公司工區各項生產任務，全面提升工作質效。推行文中探索的無人機精準巡視管理方法，可提高無人機巡視管理效率，減少裁撤冗余環節，高效出色完成了無人機巡檢任務，為公司各項工作開展提供了強有力的支持，保障了公司所轄的輸電線路的安全穩定運行。