基于配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)自主巡檢技術(shù)分析

程進(jìn) 劉智華 國網(wǎng)陜西省電力公司黃陵縣供電公司

配電網(wǎng)架空線路是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的主要設(shè)施，隨著社會(huì)人群對電能的需求越來越大，架空線路數(shù)量大幅增長，整體架構(gòu)也變得更加復(fù)雜，這時(shí)線路運(yùn)維、檢修工作的難度大幅增長，以往普遍使用的人工巡檢模式已經(jīng)無法滿足工作要求。為此，架空線路管理部門引進(jìn)了無人機(jī)巡檢技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)成功彌補(bǔ)了人工巡檢模式的不足，能夠幫助人工了解配網(wǎng)架空線路情況，做好運(yùn)維、檢修工作。

一、無人機(jī)自主巡檢技術(shù)

自主巡檢技術(shù)是配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)巡檢技術(shù)研究中的重點(diǎn)課題，該項(xiàng)技術(shù)在理論上能夠讓無人機(jī)自主飛行、運(yùn)作，基本可以擺脫人工。根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知，可以使用激光雷達(dá)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主巡檢，其中激光雷達(dá)技術(shù)能夠自動(dòng)獲取飛行線路的高精度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由此能對飛行線路進(jìn)行規(guī)劃，而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位技術(shù)能夠?qū)o人機(jī)實(shí)際飛行路線進(jìn)行控制，確保無人機(jī)飛行路線與規(guī)劃路線吻合。

現(xiàn)實(shí)情況中自主巡檢技術(shù)尚處于研究階段，因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)的實(shí)施涉及到無人機(jī)飛行時(shí)的航高、坐標(biāo)、慣性等多種不確定的因素，所以該項(xiàng)技術(shù)在目前研究中的成本會(huì)比較高。同時(shí)，無人機(jī)在對配電網(wǎng)架空線路進(jìn)行巡檢時(shí)要考慮到桿塔巡檢的精細(xì)程度，而激光雷達(dá)技術(shù)在這方面還不夠成熟，無法投入實(shí)際運(yùn)用，這是該項(xiàng)技術(shù)未來的研究方向。此外，自主巡檢技術(shù)還有很多待研究的點(diǎn)，如無人機(jī)續(xù)航問題、地面工作站巡檢任務(wù)采集功能等，這些問題不但尚未解決，也沒有產(chǎn)生對應(yīng)的技術(shù)，這也是后續(xù)需要研究的重點(diǎn)。

二、無人機(jī)自主巡檢功能應(yīng)用

通過配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)，對無人機(jī)進(jìn)行人工遠(yuǎn)程操控，記錄無人機(jī)飛行軌跡及操作動(dòng)作流程，同時(shí)將架空線路以每條線路為基礎(chǔ)建立巡檢任務(wù)。巡檢任務(wù)的內(nèi)容包括線路名稱、線路所屬運(yùn)維小組、巡檢頻率和巡檢位置等信息。當(dāng)無人機(jī)接到巡檢平臺(tái)下達(dá)的巡檢指令后，立即從全自動(dòng)機(jī)場起飛，按照存儲(chǔ)的飛行軌跡和操作動(dòng)作指令，完成本次全部飛行任務(wù)和操作動(dòng)作，此過程中無人機(jī)可以在線路中間的臨時(shí)停機(jī)場完成電池的自動(dòng)更換，以達(dá)到長時(shí)間、長距離巡檢的巡檢要求。

一般情況下，無人機(jī)搭載的高倍攝像頭完成對架空線路及其周邊環(huán)境所有關(guān)注細(xì)節(jié)的拍攝工作，將高清照片或視頻通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至邊緣物聯(lián)代理，由邊緣物聯(lián)代理實(shí)現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的智能識別，然后將分析結(jié)果上傳至巡檢平臺(tái)，并自動(dòng)生成巡檢報(bào)告從而完成整個(gè)全自動(dòng)巡檢任務(wù)。同時(shí)無人機(jī)還可以搭載激光設(shè)備，以月或季度為周期，利用激光點(diǎn)云技術(shù)完成對架空線路及其周邊的掃描，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至巡檢平臺(tái)，由巡檢平臺(tái)對上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，自動(dòng)生成巡檢報(bào)告，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)架空線路及其周邊環(huán)境的安全評估。

三、配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)自主巡檢技術(shù)應(yīng)用存在的問題

（一）圖像數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)巡檢圖像數(shù)據(jù)主要來源于光學(xué)影像數(shù)據(jù)和激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。其中，激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理已具有較高的智能自動(dòng)化處理水平，應(yīng)用商業(yè)軟件再加上少量的人工干預(yù)即可。而光學(xué)影像數(shù)據(jù)，包括可見光影像、紅外影像等數(shù)據(jù)的智能化處理尚不成熟，還在處在初步研究階段。目前，可將光影像數(shù)據(jù)智能化處理是輸電線路無人機(jī)自主巡檢圖像處理領(lǐng)域的熱門研究方向。傳統(tǒng)的電力設(shè)備圖像數(shù)據(jù)處理方法是基于人工設(shè)計(jì)特征提取的機(jī)器學(xué)習(xí)圖像目標(biāo)檢測方法。然而，該方法存在檢測對象單一的問題，且存在漏檢、錯(cuò)檢的風(fēng)險(xiǎn)。在配電網(wǎng)架空線路巡檢中，有將近900多種常規(guī)缺陷，并且電力設(shè)備的型號眾多，設(shè)備之間外形差異較大，基于上述傳統(tǒng)圖像處理方法僅能檢測單一或少數(shù)幾種電力設(shè)備，缺乏基本的通用性和較高的可靠性，因而實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值較低。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升和智能算法的不斷發(fā)展，有學(xué)者提出可建立大型的數(shù)據(jù)集，將深度學(xué)習(xí)算法引入架空線路無人機(jī)自主巡檢圖像的數(shù)據(jù)處理中。從現(xiàn)有研究來看，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在該領(lǐng)域中確實(shí)具有更大的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿Α５牵壳斑€難以建立起比較完善的數(shù)據(jù)集，制約了深度學(xué)習(xí)技術(shù)在架空線路無人機(jī)自主巡檢圖像數(shù)據(jù)智能處理中的發(fā)展。

（二）無人機(jī)續(xù)航

無人機(jī)續(xù)航能力不足是配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)自主巡檢技術(shù)中存在的另一關(guān)鍵問題，已嚴(yán)重制約了架空線路巡檢的效率。目前，無人機(jī)續(xù)航時(shí)間通常為30min左右。為解決無人機(jī)的續(xù)航問題，部分地區(qū)已開始采用了設(shè)置無人機(jī)機(jī)巢的方法。無人機(jī)機(jī)巢主要有巡檢車改裝而成的移動(dòng)式機(jī)巢和固定于桿塔頂部的固定式機(jī)巢。其中，移動(dòng)式機(jī)巢可在一定程度上提高無人機(jī)巡檢的續(xù)航時(shí)間，但并不適應(yīng)無人機(jī)自主巡航的發(fā)展趨勢，并且人工、維護(hù)等成本較高；而固定式機(jī)巢僅需少量的人工干預(yù)，更加契合無人機(jī)自主巡檢的要求，因而具有較好的應(yīng)用前景。然而，如何將固定式機(jī)巢完備地融合于架空線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)中，還有諸多技術(shù)難點(diǎn)需要攻克。

（三）無人機(jī)自主巡檢方法和規(guī)程

當(dāng)前，配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)自主巡檢作業(yè)仍處于試驗(yàn)階段，相關(guān)方法和技術(shù)并不成熟，整個(gè)巡檢作業(yè)流程尚未形成統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范。根據(jù)傳統(tǒng)的巡檢方法和現(xiàn)有的巡檢經(jīng)驗(yàn)，可將架空線路無人機(jī)巡檢作業(yè)按照巡檢內(nèi)容主要分為線路本體、附屬設(shè)施、通道及電力保護(hù)區(qū)三大部分。在無人機(jī)自主巡檢作業(yè)中，涉及人員配備、作業(yè)前準(zhǔn)備、無人機(jī)準(zhǔn)備、巡線工作、圖像視頻傳輸、圖像處理等多個(gè)步驟。提出一種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的架空線路無人機(jī)自主巡檢方法和規(guī)程是應(yīng)用配電網(wǎng)架空線路無人機(jī)自主巡檢技術(shù)的關(guān)鍵一步。

四、無人機(jī)自主巡檢技術(shù)更好應(yīng)用于配電網(wǎng)架空線路中的策略

（一）精準(zhǔn)掃描

在整個(gè)配電網(wǎng)架空線路的運(yùn)行系統(tǒng)當(dāng)中，不僅存在一些容易觀察到的設(shè)備，同時(shí)也存在著許多微小不易觀察到的設(shè)備。因此，對于無人機(jī)自主巡檢當(dāng)中要用精準(zhǔn)的掃描儀確保這些微小的設(shè)備都能夠得到觀測和分析。因此，如果想要使無人機(jī)自主巡檢在架空線路當(dāng)中得到更精確的結(jié)果，不僅需要使大范圍的設(shè)備都能夠得到檢測，同時(shí)也要保證一些微小的設(shè)備得到掃描分析。在進(jìn)行大范圍的設(shè)備檢測時(shí)可以使用無人機(jī)的弧垂檢測技術(shù)，弧垂測量技術(shù)是一種基于無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行線路的弧垂高度測量的檢測系統(tǒng)方式，整個(gè)檢測系統(tǒng)主要由，數(shù)碼相機(jī)，微波發(fā)射器，微波接收器，地面控制中心，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)等等組成。在進(jìn)行無人機(jī)自主巡檢的時(shí)候，將數(shù)碼相機(jī)和發(fā)射器安裝到無人機(jī)的旋翼當(dāng)中，并且將這些相機(jī)發(fā)射器等等與無人機(jī)的控制面板相聯(lián)系，與地面的計(jì)算機(jī)操作控制系統(tǒng)總部相結(jié)合。在地面的控制中心又與無人機(jī)上的微波器相聯(lián)系，這種測量方式在無人機(jī)的巡檢當(dāng)中具有很高效的運(yùn)行效率，而且在節(jié)約時(shí)間的同時(shí)也保證了測量結(jié)果的正確性。在進(jìn)行微小的設(shè)備掃描當(dāng)中，可以采取智能模式與人工模式相結(jié)合的方法，將目標(biāo)設(shè)備的相關(guān)信息提前錄入到無人機(jī)的電子信息系統(tǒng)當(dāng)中。這樣就可以在很大程度上減少人工操作中所產(chǎn)生的一些事故，更加精確獲得設(shè)備的信息和圖片掃描結(jié)果。這種模式不僅保證了配電網(wǎng)架空線路巡檢的準(zhǔn)確性，也使得工作人員的壓力得到了減緩。

（二）管理和應(yīng)用無人機(jī)的巡檢數(shù)據(jù)

采用無人機(jī)技術(shù)的監(jiān)測范圍更加的廣泛，精確度也更高，同時(shí)他還可以將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。這些儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)對于高壓線路的檢測來說是十分有作用的。因此，要充分利用在系統(tǒng)庫中所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，可以將無人機(jī)自主巡檢時(shí)的每次次數(shù)和結(jié)果都與之前進(jìn)行一個(gè)對比，這樣可以很明顯看到檢測數(shù)據(jù)的變化波動(dòng)，從而判斷出無人機(jī)的狀態(tài)，及時(shí)做出一些調(diào)整，保證無人機(jī)狀態(tài)的運(yùn)行。通過其數(shù)據(jù)來具體判別桿塔數(shù)據(jù)，將桿塔隱患分析結(jié)果和具體編號、線路路徑、具體位置等綜合起來，提升桿塔的管理水平。

五、結(jié)束語

綜上所述，這對于配電網(wǎng)架空線路的自主巡檢當(dāng)中無人機(jī)的存在是一個(gè)非常有優(yōu)勢的存在，它含有許多現(xiàn)代的高科技因素，更加的具有科技化、智能化。因此，我們可以加強(qiáng)研究并普及無人機(jī)自主巡檢技術(shù)在配電網(wǎng)架空線路中的應(yīng)用，但就目前的發(fā)展情況而言，但還存在著一些問題需要我們進(jìn)行一些探索和解決。