架空輸電線路無人機遠程自主巡檢關鍵技術(shù)研究和應用

王廷平

摘要：伴隨著時代快速進步與電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，使得輸電線路的建設也越來越復雜，這大大增加了后期對于架空輸電線路的巡檢難度。而將無人機應用于架空輸電線路的巡檢工作中，使得日常巡檢工作更加方便、簡單，大大降低了工作難度。本文著眼于架空輸電線路巡檢的現(xiàn)狀，探討了無人機在架空輸電線路巡檢中的應用技術(shù)。

關鍵詞：架空輸電線路;無人機;電力行業(yè)

1無人機在架空輸電線路上運用的背景

近年來，國內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，社會各界對于電能的需求越來越大，對于電能可靠性的要求越來越高，這些都推動了電網(wǎng)規(guī)模的不斷壯大，然而架空輸電線路運維人員的數(shù)量卻保持在相對穩(wěn)定的水平，在這種情況下，運用無人機配合線路的運維、檢修、施工作業(yè)，具有重要的意義。近年來，無人機技術(shù)的更新?lián)Q代進展迅速，使得無人機在架空輸電線路上的運用，能夠發(fā)揮越來越大的作用。為了更好地開展架空輸電線路的運維、檢修及施工作業(yè)，同時緊跟時代發(fā)展的步伐，更加高效率、高質(zhì)量地開展線路運檢工作，線路運檢人員學習并運用無人機配合日常巡檢工作，將成為今后的大勢所趨。

2無人機巡視輸電線路的特征

在輸電線路巡視中無人機具備非常明顯的特征，這是因為輸電線路其中的絕緣子和金具較小并且與居民區(qū)靠近等，盡管塔桿自身的高度較低，可是飛行難度要求超出輸電線路，所以在可見光攝像頭進行拍攝過程中，因為輸電線路自身的絕緣子和金具相對較小等，有關部件具備的精密度則要高出一些，為了可以得到較為詳盡的圖片信息無人機一定要靠近目標，這對于人員自身的操作技能給出了更為嚴格的提出了更高的要求。通常在進行拍攝過程中，一般使用的是推拉桿的一種操作形式，讓無人機慢慢的與桿塔設備靠近，并且把無人機控制在距離拍攝物體大概2.0到3.0m左右的位置時進行懸停，同時對其進行拍照。基于這種操作模式下，推拉桿操作的核心就是需要掌握無人機停住的瞬間以及推桿自身桿量，這樣的一個操作要求具備一定的工作經(jīng)驗才可以進行，通常熟練人員可以按照相關要求在3.0m左右進行抓拍，甚至可以與被拍攝物體靠近。假如至對線路通道進行巡視，則需要在下風側(cè)進行飛行，和帶電體之間需要保持在3m米之上的一個安全距離，使用7m/s-8m/s平穩(wěn)飛行同時完成拍照以及錄像。

3無人機遠程自主巡檢關鍵技術(shù)

3.1無人值守技術(shù)

3.1.1機巢

機巢和長航時無人機一起構(gòu)成無人值守平臺，機巢是一款為無人機巡檢作業(yè)定向研發(fā)的一體化設備，可以遠程控制和傳輸數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控無人機的狀態(tài)以及任務前的準備情況，配合無人機完成無人值守任務，并為無人機提供完整的后勤保障，是無人值守系統(tǒng)中不可缺少的一部分。

3.1.2長航時無人機

長航時無人機是一款為機巢定向研發(fā)的高端無人機，配合機巢實現(xiàn)無人值守作業(yè)，具有以下顯著優(yōu)勢：（1）長航時無人機采用了全新的飛控和動力方案，擁有超長的續(xù)航能力。在正常工作條件下，新型智能電池能夠在30min之內(nèi)完成充電，作業(yè)時間長達58min，單向航程超過30km。（2）內(nèi)置飛管計算機，由4顆ARMCortex-A9處理器組成，主頻高達1.2GHz，同時還搭載2GBDDR3運行內(nèi)存和16GBEMMC存儲空間，具備強大的運算能力。還內(nèi)置4G模塊，可進行遠程控制和通信。（3）搭載RTK定位系統(tǒng)，可以提供厘米級精度的定位，同時雙天線的配置為飛控準確定向，可提供強大的抗電磁干擾能力，在高壓線、金屬建筑等強磁干擾的環(huán)境下保障可靠的飛行。（4）搭載高清可見光云臺相機，最大可達2010萬像素。

3.2人工智能圖像識別技術(shù)

圖像識別模塊內(nèi)置于中央控制系統(tǒng)中，對傳回的巡檢照片進行智能處理分析。圖像識別采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡算法，具有強大的自學能力、容錯能力，通過大量樣本訓練進行深度學習，實現(xiàn)在圖像中自動提取目標。目前已建立70萬張巡檢圖像樣本庫進行深度學習，可高效識別施工外破、漂浮物、速生樹種、鳥窩等缺陷隱患。

3.3故障巡檢技術(shù)

無人機為架空輸電線路的故障巡視提供了新的選擇，（1）桿塔濕滑、積雪覆冰天氣的故障巡查工作。人工登桿塔進行故障巡查的安全風險大，勞動強度高，在這種情況下，采用無人機配合巡查，能夠克服天氣和架空輸電線路的不利因素，達到很好的效果。（2）屬于故障放電點位于導線檔距中央，比如吊車等大型施工車輛對于架空輸電線路造成的故障，或者故障放電點位于其他不容易人工拍照的位置。在這種情況下，運用無人機進行近距離查看，拍照取證，將大大縮減巡查的時間，為判定故障點的位置和具體原因提供有力的圖片保障。（3）山林、河溝蔓延區(qū)域的線路故障巡查工作。受地理環(huán)境的限制，故障巡查的進度嚴重延緩，此時運用無人機配合開展線路故障查找，也將取得事半功倍的效果。

4無人機巡檢對策研究

4.1加強技術(shù)研發(fā)

加強無人機在架空輸電線路巡檢中的技術(shù)研發(fā)，將更多的能夠有利于巡檢工作的技術(shù)搭載到無人機中，從而真正解決無人機在架空輸電線路中的各種技術(shù)問題，提高輸電線路的安全穩(wěn)定性。

4.2建立一個標準化的無人機巡檢工作體系

逐步探索符合實際情況的無人機巡檢班組模式，完成無人機班組建設及人員配置，初步建立相關的班組管理、制度標準、績效考核等配套體系，實現(xiàn)由傳統(tǒng)線路運維班組向新型協(xié)同巡檢班組的轉(zhuǎn)型;完善無人機培訓體系，組織青年員工參加國網(wǎng)公司山東電科院多旋翼無人機取證培訓班，取得AOPA頒發(fā)的輕型多旋翼飛行器駕駛員合格證。

5發(fā)展趨勢及研究方向

從架空輸電線路無人機巡檢技術(shù)研究現(xiàn)狀來看，發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下3個方面：

5.1協(xié)同立體化巡檢

為優(yōu)化直升機、無人機和人工巡檢的配置方式，提高架空輸電線路運行維護水平，需進一步加強直升機、無人機和人工巡檢的有效協(xié)同，完善協(xié)同巡檢效益評估和決策模型，全面考慮地形地貌特征、天氣氣象特征、線路本體特征、地理氣象環(huán)境及輸電通道性質(zhì)等各種數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。在制定無人機巡檢作業(yè)計劃時，充分考慮直升機和人工巡檢作業(yè)周期，形成有效的協(xié)同互補，進一步發(fā)揮無人機巡檢效益。

5.2高海拔、無人區(qū)等特殊復雜地區(qū)無人機作業(yè)

高海拔地區(qū)和無人區(qū)氣象條件惡劣，風速較大且風向多變，對無人機巡檢的要求更高。因此，需進一步研究適用于高海拔、無人區(qū)等特殊復雜地區(qū)的機型、技術(shù)條件和作業(yè)模式，并適時開展巡檢現(xiàn)場測試，促進特殊地理環(huán)境條件下無人機巡檢技術(shù)實用化。

5.3作業(yè)綜合保障

隨著無人機巡檢技術(shù)的逐漸普及應用，在無人機作業(yè)綜合保障技術(shù)方面，需開展相關研究工作。在無人機作業(yè)空域方面，需進一步研究更加高效和便捷的常態(tài)化申報機制，簡化空域使用流程，保證作業(yè)安全有序開展。在維護保養(yǎng)方面，針對無人機巡檢作業(yè)全周期流程，制定維護保養(yǎng)手冊，開展無人機關鍵組部件的常規(guī)保養(yǎng)和維修研究工作。

結(jié)語

將無人機應用于架空輸電線路的巡檢工作中能夠大大解放勞動力，提高巡檢工作效率的同時降低了工作難度，使得輸電線路的巡檢工作更加便捷、安全。但是這一應用尚且處于不斷發(fā)展和改進的階段，所以要加強新技術(shù)的開發(fā)和應用，建立完整無人機巡檢工作體系，提高電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性，真正實現(xiàn)高科技服務于社會的最終目的。

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