基于無人機航空攝影的輸電線路樹障巡視

李強

摘要：隨著國民經濟的飛速發展，無人機的應用也逐漸深入社會日常生活的方方面面，伴隨而來的是無人機需求持續增長和輸電線路覆蓋區域的增加。對無人機而言，無人機服務的可靠性要求也越來越高。采用基于無人機航空攝影技術的樹障巡視方法，既能大幅縮短巡視時間、提高巡視效率，又能減少因目測方式中主觀因素對精度的影響，提高樹障距離量測的精度。

關鍵詞：無人機航空攝影;輸電線路;樹障巡視

引言

隨著社會的發展，電力設施已成為人們生活中不可或缺的一部分。其中，電網系統是將相近的電廠、電站等聯系整合起來的重要電力設施組成部分，保證各個地區發電與供電的安全可靠，調整不同地區間的電力資源供需平衡，保持國家規定的電能質量和獲得最大的國民經濟利益，在建設全國電力設施中一直扮演著重要角色。隨著社會電力工業的迅速穩步發展，特別是世界各國相繼投資建設了大容量的火電、水電以及原子能電站，導致電網的容量越來越大。但是，由于自然、人為等多種因素，輸電線路安全隱患不可避免的存在，如何提早發現預防、及時檢測出危害輸電線路的缺陷安全隱患，成為保障各地區電力供應的一項重要基礎工作。目前，輸電線路隱患缺陷主要是輸電線路走廊通道隱患，尤其是輸電線路下樹木隱患、輸電線路走廊內違章施工和違章建筑，因巡視不到位或監控不及時，時常有導致線路跳閘事件發生，嚴重危及電力輸電線路運行安全。

1無人機航空攝影的輸電線路樹障巡視

無人機在輸電線路巡視中的應用方式較為統一，一般情況下，操控人員會將作業過程中會用到的較小的攝像機、照相機固定在無人機機體吊艙內，由副控人員全程負責，將無人機作業過程中拍攝到的影像資料全部記錄下來，并在無人機返航后對影像資料進行檢查與分析。飛行穩定是對無人作業技術的關鍵性要求，但是，根據目前發展情況，無人機在作業過程中仍會發生不定時的抖動，這就導致照相機不易對焦成功，拍攝出的影像資料分辨率較低。對于線路斷線、桿塔傾倒以及絕緣子損壞等故障，較易從巡視資料中看出，但是對于線路溫度異常、電纜老化等問題，僅通過無人機航拍作業仍然難以辨別。在無人機進行飛行作業過程中，常使用數據鏈傳輸功能將航拍得到的影像資料實時投射到地面監控站的系統屏幕上，負責飛行控制的主控工作人員與負責監控圖像的副控工作人員互相配合，主控工作人員規劃好無人機飛行路線后進行實時操作，防止無人機飛行過程中出現偏離航線、停機返倉等意外，副控工作人員實時監控無人機傳回的畫面，一旦觀測到異常情況，立即通知主控操作人員更改無人機飛行路線，對異常地區進行重點巡查，要求兩位操作人員配合密切。

2無人機航空攝影的輸電線路樹障巡視現狀

2.1不掌握樹障盲點和生長規律

對于只能人工巡視到達的懸崖、降坡點、大山溝的凸坡點等特殊地形的樹障未能精準測量和識別，未列入清理計劃。對部分如速生桉樹、竹子等生長速度快，成材周期短的樹障自然生長特性評估不準，導致部分樹障管控出現真空，未充分識別和列入重點關注。

2.2樹障清理協調難度大

樹障存量基數過大和樹木產權人要求賠償價格過高，增大清理協調難度，清理進度緩慢，特別是林權制度改革，如需砍伐線路保護區內自然生長的灌木，農戶均有限提出補償，這是近年來樹障存量只增不減的重要原因。

2.3輸電線的樹障隱患問題

基于提取的電力線數據，使用分段截面距離來計算和分析輸電線與其下方地物之間的距離，并自動將該距離與規定的安全距離進行比較，標記輸電線與地物距離在標準安全距離以內的區域;然后，在中國南方電網超高壓輸電公司500kv“楚穗交流”20km線路采用可視化校核技術，對獲得的樹障隱患分析結果進行校核，實現輸電線路巡檢樹障隱患自動分析并對整體場景進行精度評估與分析。

3無人機航空攝影的輸電線路樹障巡視優化

3.1無人機影像數據處理優化

隨著無人機的發展，海量、密集、高質量的無人機影像數據被應用于各種領域。對于利用無人機影像的輸電線路的識別與檢測，目前較多的科研機構或者實際生產公司大多偏向于檢測識別處理算法的研究。盡管許多電網公司嘗試將理論與實踐相結合，對無人機在電力相關設施巡檢方面的應用進行了多次實驗，然而，由于受到實際復雜場景如復雜地形或遭遇惡劣天氣等的約束，輸電線路的識別檢測及其樹障隱患分析技術的實踐并不能獲得令人滿意的結果。部分研究機構在輸電線路相關檢測方面取得了一定的進展。奧地利格拉茨技術大學的相關研究人員利用無人機獲得的影像數據，結合相關圖像小目標識別與提取處理算法，在實驗室場景中成功對輸電線路絕緣子缺陷進行了判別。對電力線進行了跟蹤檢測，并通過實驗證明了其算法的可行性。除此之外，瑞典的查爾姆斯理工大學相關研究人員基于無人機獲得的輸電線路視頻，通過視頻解析處理算法，成功對輸電線路的覆冰隱患進行了識別和判斷。

3.2加強宣傳，防治結合

加強對防樹障工作的宣傳，告知安全風險，防止在線路保護區種植高桿樹木。對于拒不配合，強行在線路保護區內種植樹木的行為，通過口頭告知安全風險，發隱患告知書，立警示標識牌，發律師函等方式制止，并做好回執存檔，為后期司法訴訟做好準備。

3.3無人機電力線走廊影像采集與處理優化

基于雙目識別的逆向技術，無人機采取“U”型飛行方式，通過設置無人機的飛行高度、旁向重疊以及航向重疊等參數，從不同角度對桿塔兩側的電力線進行拍攝，使得桿塔兩側的電力線可以在不同照片中顯示，獲得具有立體像對多張影像數據。通過空三解算、密集匹配等技術，從具有立體像對的無人機影像中獲取電力線走廊點云數據。

3.4樹障清理，小樹處理同行

提前處理最終生長高度可能影響線路運行的經濟林，降低作業風險和減少林木補償。談成一處，處理一處，砍伐后與農戶依法簽訂“不再種植”協議書，努力減少存量。砍伐小樹的突出優點：不存在樹線安全距離不足風險;不存在倒樹傷人風險;小樹價低，減少樹障補償;小樹砍伐效率高，降低勞動強度，減少外部勞務費支出。

結束語

輸電線路運維工作長期受制于落后的工作方法，人工運維不僅費時費力，而且效果不佳。基于無人機航空攝影的輸電線路樹障運維方式不僅解決了工人工作期間勞動強度大、無路可走、夏季高溫、冬季寒冷的工作環境問題，也從量測精度上大大提高了線路運維的質量。本文提出了無人機在輸電線路巡視中的應用新模式，首先介紹了無人機的構成以及輸電線路各類無人機的特點并進行了詳細的對比;之后對無人機應用于高壓輸電線路巡視的方式進行研究，針對無人機輸電線路的關鍵技術與應用情況進行分析，基于無人機輸電線路巡視的功能需求提出無人機輸電線路巡視的優勢。無人機樹障巡視是未來線路運維的發展趨勢，今后急需解決的是電池容量小，飛行時長受限的問題。如果能夠解決上述問題，無人機航空攝影將在線路運維上得到更加廣泛地運用。

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