輸電線路人機協同巡檢模式的研究與應用

仝宸瑄

摘 要：隨著我國經濟的迅猛發展，用電的可靠性受到了人們的關注，為了提高供電可靠性，巡線維護自動化和現代化已日益顯示出其迫切性。傳統的人工巡檢工作量大、條件艱苦，特別是對于山區和大江大河的輸電線路巡檢存在很大困難。無人機技術的發展為架空電力線路巡線提供了新的移動平臺。利用無人機搭載巡檢設備進行巡線，能提高巡線效率，不會造成人員傷亡。這種高效、經濟且安全的巡線方法已經開始成為研究熱點。

關鍵詞：輸電線路;人機協同;巡檢模式;研究與應用

引言

無人機在電力系統中的應用已趨于普遍，尤其在輸電線路巡視方面更是極大地提高了作業的效率和質量。目前，國內利用無人機進行可見光巡視的技術逐漸成熟，其大致流程分為：到達塔位、飛行巡視、圖片傳輸和數據處理。雖然步驟不多，但各個階段之間相互獨立，并未形成一套完整的巡檢體系。基于此問題，國內眾多科研及應用單位開展了相關研究。該文基于目前無人機在輸電線路巡視中的應用及發展情況，對限制其進一步發展的瓶頸進行了突破，提出了“人機協同”巡檢理念。該文的創新點主要有以下幾點：1）設計了一款移動巡檢APP，該APP可以完成輸電線路巡視的簽到、可見光拍攝及數據傳輸。2）開發了后臺圖片管理系統，使拍攝的圖片可以根據不同的工作需求進行自動分類，并具有上傳、查看和下載功能。3）引入了缺陷智能識別系統，該系統可以對無人機所拍攝的桿塔圖片進行缺陷智能識別，無需人工手動干預，缺陷識別準確率達到80%以上，極大地提升了作業的效率和質量。

1無人機巡檢模式及其相應特點

無人機是一種由無線電遙控設備或自身程序控制裝置操作的無人駕駛飛行器。無人機運用于高壓線路巡檢是當今電力新技術應用的一個新方向，用于巡線的無人機主要包括3類：小型旋翼機、無人直升機和固定翼無人機。各類無人機有各自的優缺點，決定了其實用范圍不同。由于輸電線路巡線有其特設要求，因此需要根據需求進行選擇合適的無人機種類。1）小型旋翼機。體積小，質量輕，作業靈活，起降方便，運輸條件要求低，但續航時間短，充電時間長，可攜帶的觀察檢測設備單一，單次飛行完成的巡線工作量有限。此類機型可配備到巡線班組，跟隨班組深入線路現場，完成一些對于人工巡線有困難的任務，比如在人員難以到達的山峰或陡壁上完成線路巡查，對人工巡線是一種有效的補充。2）固定翼無人機。航程遠、速度快，可用于航拍或大面積概況巡查，但因速度過快，無法觀察到細節。體積大，質量重，續航時間長，可攜帶的觀察檢測設備豐富，巡線效率高，油料補給方便，但需配備大型運載工具，起降需要有專門的跑道，對地面交通狀況要求較高。此類機型配合遠程控制系統，適用于輸電走廊結構簡單的長線路高速高效巡線。3）無人直升機。無人直升機的技術參數介于固定翼與小型旋翼之間，在體積、重量和續航時間等方面能得到較好的平衡，起降方便，可定點懸停，有利于詳細觀測線路缺陷。可根據具體巡線任務匹配合適的無人直升機，或完成長距離高速巡線，或跟隨班組完成特定疑難任務。綜合比較各類飛行器的優缺點，鑒于湖州線路四線并行、線路走廊較窄的情況，固定翼、有人機顯然不適合于此種情況下的線路巡線。多旋翼無人機存在載重小，搭載儀器能力不足，飛行距離短，抗風能力相對較差等缺點，雖然可以完全代替人力登塔巡查等任務，但無法取代載人直升機進行輸電線路的全面巡檢;而無人直升機的技術參數介于兩者之間，相對于固定翼無人機和多旋翼無人機能夠較好的勝任湖州線路的巡查工作。

2輸電線路人機協同巡檢模式的研究與應用

2.1人機協同巡檢路徑選取原則

小型旋翼無人機與載人直升機飛行路徑的選取原則基本一致，差別在于：載人直升機在巡線過程中需要綜合考慮起降場地、燃油供給、航空管制等因素的影響，而小型旋翼無人機在巡線過程中更多的是考慮天氣狀況、續航能力等因素的影響。首先考慮的是兩塔之間路徑的確定，由于2個桿塔之間的導線有弧垂現象，導線最高點與最低點的垂直距離可達到10m甚至更高，所以無人機沿線路導線走向水平飛行時需要隨時調整飛行高度，以確保紅外熱像儀拍攝角度都是固定不變的，便于發現導線斷股以及導線上懸掛異物等較明顯的缺陷。確定無人機兩塔之間的巡線路徑為平行于以導線地線懸掛點為端點所構成的弧線。直升機由于載人手持儀器拍攝，較為靈活，巡線路徑為平行于地線與最下相的弧線，能夠很好地保證巡視效果。其次考慮的是巡線所采用的方式。巡檢方式分為單向巡線和雙向巡線2種方式，載人直升機負責“同廊多回”的外側桿塔與通道，受體積限制，無法進入內側桿塔與通道進行巡視，同時直升機攜帶的拍攝器材可以更為完備專業，所以單向巡檢（即沿線路方向巡視1次）便能夠完成巡檢任務。由于特高壓、超高壓線路各相間距大，桿塔塔頭尺寸較大，無人機光學吊艙任務系統受檢測距離、視角范圍的影響，常規的單方向巡檢不能滿足巡視質量的要求，因此無人機可在線路兩側進行往返巡線。載人直升機和小型旋翼無人機巡檢架次視天氣情況、沿線路況等因素而定。根據6條線路電壓等級、各運行線路桿塔結構、各條線路走廊的不同以及各線路的特點，對每條線路的巡檢路徑具體分析，確保巡線任務安全有效的進行。

2.2適用于傳輸線的全方位檢查

在輸電線路檢查中，無人機具有很大的應用優勢。高性能無人機的硬件包括地面站和漂浮在無人機空中部分的兩個組件。可以配備可見光攝像頭，該可見光攝像頭可以在各個方向拍攝電力傳輸線，并通過系統的模擬信號傳輸和無線通信模塊將捕獲的圖像轉換為視頻。通過專業軟件，檢查人員可以實時查看無人機捕獲的圖像，并根據無人機捕獲的圖像判斷傳輸線的運行狀態。此外，面對特殊的線路檢查要求，檢查人員可以使用遙控器控制無人機，從而使無人機避開障礙物并更快地找到故障位置。此外，還可以靈活地調整安裝在無人機上的可見光攝像機的焦距。檢查人員可以通過遙控器調整無人機的焦距，使目標位置更清晰。檢查完成后，被捕獲的巡邏圖像將保存在計算機上。無人機采用多功能轉換頭進行輸電線路檢查，可以通過更換人員有效地完成檢查，顯著降低了檢查人員的工作強度，有效規避了安全隱患。

2.3巡檢模式的配合

無人機巡檢方法有兩種情況，最簡單的一種為把小型攝像機和照相機固定在吊艙內。對導線和絕緣子進行攝像時，只需一人操作飛機，可在回來后觀察錄像。一種為巡線方式使用無人機控制數據鏈，把可遠傳的可見、紅外熱像儀的信號傳送到監視地面屏幕進行分析，發現可疑端位，可懸停或者來回飛行細查，實時監視和錄像可同時進行，飛機飛回后進行分析。對于有些故障疑視點，進行分析之后還不能確定的應配合人工巡檢實地檢測，必要時需登塔作業。巡檢線路時如人工巡檢先于無人機巡檢，當無人機展開巡檢時，鑒于上述的故障疑視點，需要人工巡檢返回到故障疑視點，將會影響到巡線的效率。故人工巡檢方案的制定應滯后于無人機巡檢方案的制定，人工巡檢進行塔頭以下巡查工作同時兼顧由無人機發現的故障疑視點巡查工作。

結語

針對典型的地形下存在的特、超高壓“同廊多回”窄通道，開展了輸電通道巡檢研究，對人工、載人直升機和小型旋翼無人機協同巡檢方式進行探索，并根據其各自特點對巡視任務和巡視界面進行劃分，結合嘉湖通道現實場景對小型旋翼無人機的飛行參數、飛行方式進行研究。

參考文獻

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