無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術

◆張華陽 王賽賽 鮑健

無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術

◆張華陽 王賽賽 鮑健

（中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210000）

電力線路的安全巡檢工作對于電網的安全穩定運行有著極為重要的作用，隨著無人機技術的成熟化，電網安全工作人員開始把越來越多的無人機應用于電力線路巡檢工作。將無人機技術運用到電力線路巡檢工作中，以其便利性與靈活性，能為電網系統節省大批的人力資源，促進電力系統安全運行的可持續發展。本文就無人機技術應用于電力線路巡檢工作的意義、無人機電力線路安全巡檢系統具體內容、無人機電力線路安全巡檢系統的關鍵技術展開論述與探討。

無人機；電力線路安全巡檢

隨著社會經濟的發展與人們生活各方面的提升，人們對電力使用的安全穩定性有了更高的要求。基于這種狀況，電力行業開始逐漸提升無人機電力線路安全巡檢在巡檢工作中的比例，目的是保障電力行業的安全有效發展，為民眾提供良好的用電環境。如何就無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術進行不斷的探索與完善是目前電力行業與無人機行業所重點關注的問題。

1 無人機技術應用于電力線路巡檢工作的意義

我國幅員遼闊、地大物博，很多電力線路架設在環境惡劣的地區，且電力線路多是暴露在外，未經任何保護措施，長期經受風吹日曬與自然災害影響，很容易產生一系列故障，這要求電力企業定期對電力線路進行巡檢工作，以及時發現問題并解決問題。但是以前多采用人工巡檢的方法，對電力線路進行巡檢工作，但是受環境因素影響，巡檢效率一直不高，且容易忽略掉很多細微的問題，導致出現用電安全問題。無人機技術興起之后，電力系統安全方面人員開始將無人機技術應用于電力線路巡檢工作，通過無人機搭載巡檢設備完成巡檢工作，相對于傳統的人力巡檢方式有著多方面的積極意義，主要表現在三個方面：

其一，將無人機技術應用在電力線路巡檢工作中，能夠有效避免惡劣環境對巡檢人員的傷害，極具安全性；其二，在任何時候都能進行巡檢工作，排查電力系統中的問題，極具便利性；其三，無人機巡檢速度最快可達一小時數十公里，相比于傳統形式的人工建立巡檢工作，極具高效性。雖然無人機技術應用還處于起步和發展階段，有著諸多的不足，但是隨著科技的發展，這些問題都將得到解決，且如今的無人機電力線路安全巡檢系統有效結合了電子通訊技術、雷達定位技術、信息化分析技術等，讓無人機在電力線路安全巡檢中的應用煥發出更強的生命力。

2 無人機電力線路安全巡檢系統具體內容

1.1 無人機電力線路安全巡檢系統技術要求

無人機電力線路安全巡檢系統技術要求可以從三個方面簡單概括：

（1）無人機的設計工作

一般形式的無人機無法滿足電力線路安全巡檢的需求，因此設計師在就應用于電力線路安全巡檢的無人機進行設計工作時，一定要充分考慮到電力線路安全巡檢過程中的需求，比如崎嶇地形的適應能力、惡劣環境的信息傳輸能力等，只有這樣才能實現無人機與電力線路安全巡檢的有機結合，促進兩者的共同發展[1]。

（2）構建信息化處理平臺

借助互聯網技術進行信息化平臺的構建，對無人機反饋的信息，能夠做到及時的處理與分析，并將其歸納總結，以此來判斷電力線路所處的實時狀態，并且能夠精準定位故障位置，為后續的檢修工作節省很多的工作量。

（3）檢驗活動

針對無人機電力線路安全巡檢進行一系列的檢驗活動，判斷其能否及時發現實驗電力線路中出現的問題、是否能準確定位以及其他工作內容，以此來判斷無人機工作是否符合電力線路安全巡檢標準，再根據實驗過程中出現的問題進行及時的記錄與歸檔處理，方便后續的改進與完善，以此來促進無人機技術在電力線路安全巡檢方面的快速發展。

1.2 無人機電力線路安全巡檢系統結構

無人機電力線路安全巡檢系統結構主要有三部分組成，分別是無人機及其他附加設備、地面信息獲取系統、地面數據分析系統。以下就這三個部分進行詳細談論：

（1）無人機及其他附加設備

無人機自不必說，其他設備主要包括巡檢設備、數據獲取裝備、傳感裝備等，通過這些設備幫助無人機完成電力線路安全巡檢工作，并將獲取的信息及時傳遞給地面信息獲取設備。

（2）地面信息獲取系統

地面信息獲取系統相對于傳統的信息獲取設備，應當具有更高的信息獲取能力，以便收取無人機在惡劣環境下傳輸而來的微弱信息信號[2]。

（3）地面數據分析系統

地面數據分析系統應當具備對地面信息獲取系統接收信息的歸納、分析、總結等工作，并及時地呈現給相關工作人員，以便后續的檢修工作。

1.3 無人機電力線路安全巡檢系統任務

無人機電力線路安全巡檢系統任務主要有三個，以下進行具體論述：

（1）完成巡檢任務

對無人機進行控制，讓其按照固定的巡檢線路飛行，并且使之搜集相關的巡檢信息，其后完成對無人機搜集信息的接收工作。

（2）完成信息傳輸工作

無人機電力線路安全巡檢系統將接收到的信息傳輸給后臺的相關工作人員，以推動后續的工作安排，起到過渡的作用。

（3）完成數據分析工作

無人機電力線路安全巡檢系統的數據分析工作是整項電力線路安全巡檢工作的總結階段，對所得的信息進行信息化處理，發現問題與解決問題，保障電力線路安全。

3 無人機電力線路安全巡檢系統的關鍵技術

無人機電力線路安全巡檢系統的關鍵技術有很多種，在此不能全部概括，挑選比較突出的技術進行詳細論述，大概包括無人機飛行姿態控制技術、電力線路故障探測技術、無線通訊技術、正射影像采集技術、地面數據處理技術。

3.1 無人機飛行姿態控制技術

無人機電力線路巡檢工作一般應用于戶外，受天氣、地理環境的影響，其中強風、強雨、雷電等天氣對其影響尤其大，因此如何控制無人機的飛行姿態，使之在電力線路巡檢工作中能夠有效避免這些危險因素，是目前的無人機研究者需要重點思索的問題。且目前關于無人機飛行姿態控制技術已經取得了初步的突破，并在不斷的發展中，比如LQG無人機控制技術可以實現無人機俯仰、翻轉等動作控制，PID無人機控制器可以有效地改變無人機的航道，這些技術都可以應用在無人機的風險規避方面。無人機飛行姿態控制技術還處于發展階段，需要無人機研發者根據電力線路巡檢工作進行不斷改進與完善。

3.2 電力線路故障探測技術

電力線路故障探測技術是無人機電力線路巡檢工作的核心內容，如果無法對故障進行有效的探測，無人機電力線路巡檢工作將沒有任何意義。以下可以從三個方面來進行闡述電力線路故障探測技術在無人機電力線路巡檢工作中的應用：

（1）視覺探測技術

將視覺探測技術應用于無人機電力線路巡檢工作中，主要是通過無人機搭載高清攝像機的方式來完成。通過無人機的電力線路巡檢工作，高清攝像機完成對巡檢過程中的電力線路拍攝，并且實時將照片或者視頻傳輸給地面信息獲取系統，進而傳輸給相關工作人員。視覺探測技術對于電力線路中的顯性故障即線路斷裂、電線桿傾斜等肉眼可見的故障能夠及時發現，視覺探測技術應用在無人機電力線路巡檢工作中程度的高低，與高清攝像機所拍攝的圖片或者視頻有著最直接的關系[3]。

（2）紅外線與紫外線探測技術

紅外熱成像儀能夠提取自身溫度超過周邊溫度的異常升溫點，利用紅外熱成像儀能夠對電力線路中線夾、絕緣子等的異常發熱現象進行及時發現；紫外熱成像儀能夠接收設備放電中產生的紫外光訊號，利用紫外熱成像儀的這種作用，可以檢查出電力線路中的漏電情況，進而提升電力線路的安全運行。但是需要注意的是，因為太陽光或者其他人造光源中也含有紫外光訊號，會對紫外熱成像技術應用在電力線路巡檢工作中產生一定的影響，相關人員在進行數據分析時，需將這部分因素考慮在內。

（3）激光雷達探測技術

激光雷達探測技術在電力線路巡檢工作中的作用主要是定位電力線路故障所在，為后續的檢修工作提供具體的位置信息。目前的激光技術能夠有效完成角度檢測工作、長度與距離測量工作，將激光雷達探測技術與無人機技術進行有效的結合，可以讓地面工作人員根據激光雷達的掃描線路，獲取激光點的云數據信息，然后通過高清攝像機的航拍對故障位置進行三維建模，進而確定其位置；在另一方面，也可根據電力線路與周邊建筑或者樹木等的距離來確定其準確位置。

3.3 無線通訊技術

無人機電力線路安全巡檢系統中的無線通訊技術主要應用在無人機的遙控測量功能、跟蹤定位功能與信息傳輸功能等。以無人機的遙控測量功能為例進行分析，無人機的遙控測量功能主要表現在兩個方面：其一，測量無人機本身的狀況；其二，測量無人機的信息傳輸功能，無線通訊技術可以讓地面工作人員對無人機的這兩種狀態進行實時追蹤。其次無人機定位功能也能與無線通訊技術進行有效結合，讓地面工作人員對無人機的具體位置了如指掌。

3.4 正射影像采集技術

正射影像采集技術應用在無人機電力線路安全巡檢系統中的主要作用是根據無人機在進行電力線路安全巡檢中的實際情況，在GPU的基礎上，提升高清攝像機的圖片采集速度，同時能夠幫助無人機快速處理相關攝像圖片或者視頻等。

3.5 地面數據處理技術

在無人機電力線路安全巡檢系統中，地面數據處理技術主要是利用POS系統，紅、紫外線成像儀等設備完成對無人機傳下的信息進行接收與融合，并且形成對應相關數據，并將其傳輸給數據分析中心。

4 結語

綜上所述可知，隨著電力行業的高速發展，電力線路數量的增長，電力行業開始逐漸提升無人機電力線路安全巡檢在巡檢中的比例。實現無人機在電力線路安全巡檢工作中的合理運用，需要相關工作者結合電力線路安全巡檢實際情況與無人機現狀進行不斷的探索與改革，進而促進兩者的高速融合，提升電力線路安全巡檢質量與效率，保障電力行業的可持續發展。

[1]彭向陽，劉正軍，麥曉明，等.無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術（J）.遙感信息，2017，30（1）：51-57.

[2]寧柏鋒.無人機電力線路安全巡檢的關鍵技術分析（J）.計算機產品與流通，2018（4）：161.

[3]麥曉明，劉正軍，彭向陽，等.無人機電力線路安全巡檢航線及任務規劃軟件系統設計（J）.廣東電力，2017，26（12）：81-85.