輸電架空線路無人機巡檢技術(shù)應(yīng)用

李偉

摘要：無人機巡檢技術(shù)在目前的企業(yè)輸電架空線路巡檢工作中應(yīng)用廣泛，它能夠迎合當(dāng)前日漸提高的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化程度，確保巡檢維護(hù)到位。不過，無人機在控制過程中是存在失控、撞機甚至被劫持等多種事故的，再加之企業(yè)輸電架空線路技術(shù)內(nèi)容繁多，所以必須基于線路結(jié)構(gòu)巡檢要求提出并使用無人機巡檢技術(shù)。

關(guān)鍵詞：輸電架空線路;無人機;巡檢技術(shù);應(yīng)用

1當(dāng)前無人機巡檢存在的問題

隨著無人機技術(shù)的成熟，其被廣泛應(yīng)用于電力、交通、安防等領(lǐng)域。作為電力行業(yè)的主要應(yīng)用場景，輸電線路無人機巡檢在全國各地進(jìn)行了試點，并取得了較好成績，但也突顯出一些問題，使無人機巡檢無法實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

無人機巡檢需要運維人員同時具備電力巡檢和無人機操控的雙重能力，在缺少運維人員的情況下較難實現(xiàn)無人機的廣泛應(yīng)用，同時運維人員綜合素質(zhì)參差不齊，給無人機巡檢的質(zhì)量帶來較大不確定性;由于通信技術(shù)的限制，當(dāng)前無人機使用4G、Wi-Fi或藍(lán)牙等通信方式，帶來空域定位精度低、帶寬小、高延時和操控范圍小等問題，導(dǎo)致傳輸圖像不清晰、無人機誤碰高壓線和墜機等現(xiàn)象。Wi-Fi點對點的形式，通信距離一般不超過500 m，圖傳能力可達(dá)到1 080P，每秒30幀左右;4G網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，不受操控距離的限制，圖傳能力以720P為主;藍(lán)牙傳輸則在傳輸距離和圖傳能力方面均處于最低水平。因此現(xiàn)階段無人機無法完全滿足輸電線路巡檢的需求。

2無人機在電力行業(yè)的應(yīng)用特點

2.1使用成本低

無人機體積小、重量輕、成本低，經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)即可上崗操作，大大縮減了對人工的依賴。

2.2作業(yè)效率高

可突破地形、地勢限制，到達(dá)人員、車輛無法到達(dá)的地方進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，效率是人工走線檢測的數(shù)十倍。

2.3安全性高

可以避免人工登塔作業(yè)、帶電作業(yè)等可能造成的傷亡。

2.4遠(yuǎn)距離、無接觸

可高效準(zhǔn)確地采集相關(guān)數(shù)據(jù)，避免與當(dāng)?shù)鼐用瘛⒗嫦嚓P(guān)人發(fā)生接觸，為后續(xù)選址、規(guī)劃、拆遷、施工等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3無人機巢-巢巡檢技術(shù)的實踐應(yīng)用

3.1巢-巢巡檢技術(shù)模式的實踐應(yīng)用

巢-巢巡檢技術(shù)模式屬于無人機巡檢工作中的新技術(shù)模式，它可在有條件背景下完成變電站架空輸電線路的遠(yuǎn)程巡檢工作，主要操作就是針對遠(yuǎn)程架空輸電線路發(fā)送管控指令，建立遠(yuǎn)程無人自主巡檢模式。該模式中除采用到無人機巡檢技術(shù)以外，還采用到人工智能AI圖像識別技術(shù)、5G通信技術(shù)以及云計算技術(shù)等等先進(jìn)技術(shù)內(nèi)容，是典型的無人機智慧巡檢模式。

智慧巡檢技術(shù)的實踐應(yīng)用，（1）從架空輸電線路的全方位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建立開始，建立系統(tǒng)的無人值守機巢，配合中央控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。（2）基于云端層面部署監(jiān)控平臺實施后臺監(jiān)管，預(yù)留空域管理接口建立監(jiān)管綜合體系。基于上述兩點技術(shù)采用到續(xù)航能力在50min以上的無人機，且確保其單向巡航里程應(yīng)該在35km以上。整個巡檢過程采用到中央控制系統(tǒng)對機巢實施遠(yuǎn)程管理，而無人機則配合氣象站輔助設(shè)備遠(yuǎn)程發(fā)送各項指令內(nèi)容，以便于控制無人機在必要時自主開機、起飛、按照提前規(guī)劃好的航線完成自主飛行巡檢工作，最后精準(zhǔn)降落。（3）在機巢控制系統(tǒng)中還加入了自動充電模塊、自動數(shù)據(jù)傳輸模塊以及云端數(shù)據(jù)自動智能處理模塊等，所有巡檢數(shù)據(jù)都會自動上傳到后臺管控中心，完成整個巡檢工作流程。

巢-巢巡檢技術(shù)體系就建立了無人機機巢與后臺管控中心巢之間的相互連帶體系，而其中則利用無人機完成自動化、智能化巡檢過程，所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容都通過無線數(shù)據(jù)傳輸完成，最后再采用深度學(xué)習(xí)人工智能圖像識別技術(shù)有效解決數(shù)據(jù)自動智能分析相關(guān)問題。而多傳感器技術(shù)在巡檢工作過程中則起到了解決遠(yuǎn)程精準(zhǔn)起降等關(guān)鍵技術(shù)問題。

3.2巢-巢巡檢技術(shù)模式的創(chuàng)新要點

（1）建立無人機平臺，該平臺被稱之為無人機后臺，它能夠全方位長時間遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人機值守機場，即監(jiān)控“機巢”，而同時它也能同步監(jiān)控中央控制系統(tǒng)與無人機本體。（2）建立了機巢配備充電樁，該充電樁可與氣象站、數(shù)據(jù)傳輸模塊等等之間形成聯(lián)動，保證自動充電、氣象監(jiān)控功能實施到位。同時它也建立了安全防護(hù)與狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，可保證機巢與后臺控制中心隨時通信，建立數(shù)據(jù)自動傳輸功能體系。（3）建立了中央控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是發(fā)射遠(yuǎn)程指令的關(guān)鍵系統(tǒng)。系統(tǒng)可控制無人機實現(xiàn)自動開機、起飛、遵循已制定好航線完成自主飛行拍照，巡線完畢后自動精準(zhǔn)降落。當(dāng)然，系統(tǒng)還可幫助無人機充電，控制云端數(shù)據(jù)智能化分析與處理過程，最終處理過成果會自動上傳到后臺管控中心平臺上。（4）為無人機建立了保姆式的管理平臺，合理監(jiān)控每次無人機的充能充電過程，它為無人機內(nèi)置了微型PC系統(tǒng)以及5G通信模塊，可構(gòu)建5G遠(yuǎn)程控制體系，確保無人機在傳輸數(shù)據(jù)過程中也能實現(xiàn)自動充能，隨時準(zhǔn)備投入到架空輸電線路巡線工作中。（5）為無人機建立了圖像識別模塊，該模塊主要基于深度人工智能AI系統(tǒng)建立智能識別體系，有效解決無人機可能存在的數(shù)據(jù)自動智能分析缺陷問題。這主要還是因為模塊中運用到了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，可實現(xiàn)對圖像自動識別軟件的優(yōu)化調(diào)整，確保無人機在電力巡檢過程中有效處理圖像，快速識別圖像中的某些目標(biāo)內(nèi)容，建立目標(biāo)智能化識別計算體系。整體來講，圖像識別模塊是基于“端對端”特征展開的，它所處理的數(shù)據(jù)都是非線性數(shù)據(jù)，應(yīng)用非常靈活。

3.3基于北斗定位的巡檢路徑規(guī)劃

利用無人機精細(xì)化巡檢獲取路徑點需要在無人機上搭載基于RTK差分技術(shù)的高精度定位裝置，在該裝置的輔助下無人機平臺能夠在復(fù)雜環(huán)境下?lián)碛休^高的定位精度和航向精度，結(jié)合高精度的云臺控制機構(gòu)，使得相機能夠獲得較好的朝向精度。

采用無人機平臺逐塔采集架空線路每一基桿塔信息，記錄飛行路線以獲取無人機飛行路徑，同時填寫單基桿塔采集數(shù)據(jù)信息記錄拍照信息。

利用已飛數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑規(guī)劃需要5個流程，分別是路徑點獲取、路徑點整理、路徑點檢核、多基規(guī)劃和定點復(fù)拍。

a.路徑點獲取。利用搭載北斗高精度定位裝置的無人機進(jìn)行路徑規(guī)劃，采集無人機的明顯轉(zhuǎn)彎點，作為路徑點的補充，采集連接點、降落點、起飛點，為多基規(guī)劃做準(zhǔn)備。

b.路徑點整理。整理記錄的路徑點數(shù)據(jù)，刪除距離過近，或偏離度大的點。根據(jù)空間距離以及空間角度，判斷路徑點是否保留。若水平距離小于0.5m且高度相等或夾角大于25°且小于45°，則將該點刪除。保證距離較遠(yuǎn)和夾角偏離度較小的點。

c.路徑點校核。選取部分測點進(jìn)行校核，進(jìn)行實地飛行和測量，確保采集的路徑點位置正確。計算所有點的相對位置關(guān)系，確保路徑點相對位置關(guān)系正確。添加路徑點說明，為細(xì)粒度識別提供基礎(chǔ)信息。

d.多基規(guī)劃。設(shè)置算法，將多基桿塔的連接點順次相連。連接點是指在單基塔巡檢路徑中互相通視的點，利用連接點可將單基桿塔的巡檢路線連接起來形成多基桿塔的整體巡檢路線，將多基桿塔之間的起飛點和降落點略過。

結(jié)論

本文概述了輸電線路無人機智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了這項技術(shù)的工作模式和特點，分析了輸電線路無人機智能巡檢技術(shù)的技術(shù)需求，引出了其存在的四個尚未解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，并針對這些關(guān)鍵問題，探討了潛在的解決方案，也對未來輸電線路無人機智能巡檢技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了展望，可為輸電線路無人機智能巡檢技術(shù)的快速發(fā)展和相關(guān)研究一定的有益參考。

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