提升輸電線路無人機作業效率及安全的措施

黃海鵬

（深圳供電局有限公司 廣東省深圳市 518000）

要想實現電網安全運行，需將輸電線路巡檢工作放在首要位置上，在電網發展速度不斷加快的同時，輸電線路經過的區域隨之變大，如何采取措施提升和保證輸電線路的穩定性和安全運行已經成為了急需解決的問題。過去的主要巡查方式為人工登塔巡查，其運行時間較長、工作量大，其最終的巡查結果差強人意，尤其是在巡查復雜地質情況時有時會給工作人員的生命安全造成巨大威脅[1]。在無人機投入到工作中以后，大大提升了輸電線路巡視工作的效率，巡視人員的人身安全也得到了保障。然而，在無人機巡檢作業的過程中，若未按照作業指導書或未做足相應的準備工作，必定會影響機巡作業的效率以及安全[2]。

1 輸電線路巡檢無人機作業基本要求

在輸電線路巡檢時，運用無人機作業應依據巡檢內容將其劃分為三個主要部分，分別是通道和電力保護區、附屬設施、線路本體等。

1.1 巡檢線路本體

在巡檢線路本體的過程中，具體內容為：

（1）在巡檢絕緣子時仔細檢查是否存在絕緣子串傾斜、彈簧銷缺損、傘裙破損、鋼腳嚴重銹蝕、斷裂以及鋼帽裂紋等問題。通過人工智能圖像識別發現的銷釘缺失缺陷如圖1所示。

圖1：銷釘缺失缺陷

（2）在巡視導線時檢查導線是否被異物纏繞，導線對地及交叉跨越距離是否達到設計的標準；線路是否出現斷線、斷股和散股的情況[3]。

（3）在巡檢線路金具時認真檢查銷釘脫落、線夾斷裂、銹蝕、斷裂等問題，同時高度關注螺栓松動和均壓環燒傷等。

1.2 巡檢附屬設施

在巡檢附屬設施的過程中，主要的工作內容為：

（1）在巡檢防雷裝置時，線路避雷器動作無異常情況發生，計數器能夠正常工作且引線接頭連接結實。

（2）在巡檢防鳥裝置時，驅鳥裝置應確保完好無損，不可以存在螺栓松脫、破損和變形的情況。

（3）在巡檢監測裝置時，確保監測裝置不出現移位、斷線、損壞和缺失的情況。

1.3 巡檢通道及電力保護區

在巡檢通道及電力保護區的過程中，主要的工作內容為：

（1）附近建筑物、樹木與通道的安全距離需要滿足設計標準。

（2）電力保護區和通道下方不可以有危及線路安全的施工作業情況存在。

（3）通道和保護區四周不能有煙火和易燃易爆物品存在。

（4）自然災害引起通道環境變化后，立即采取措施予以快速處理。

2 輸電線路無人機巡檢作業流程及提升效率的方法

無人機巡檢作業這最為新型的巡檢方式被廣泛應用于輸電線路巡檢工作中，常見的無人機類型為多旋翼無人機。具體的工作流程為前期準備工作，準備相關資料、無人機、無人機電池、巡檢路線、傳輸圖像視頻和處理圖像等，以便最大化提高工作效率[4]。

2.1 前期準備工作

在巡檢作業之前認真檢查無人機的整體情況，硬件包括無人機本體是否正常、電池是否正常等，軟件方面包括無人機固件與遙控、吊艙固件是否匹配、飛行數據庫是否最新、實名登記信息是否有效等，測試遙控信號與無人機是否有效連接，并準備足夠的電池。

資料準備：在巡檢作業之前認真勘察作業現場，可通過GIS、衛星圖、三維系統、線路建造設計圖、地形圖事先調查所要巡視的線路的以下環境要素：地形條件狀況、有無允許起降的場地、飛行空域是否視野廣闊、有無遮擋物等，從而避免正式巡視時飛出遙控范圍，導致失聯、墜毀等事故。全面了解和掌控整個巡查區域，制定有效的巡檢方案，必要時將無人機巡檢工作向航空管制部門備案。

無人機準備：根據不同的作業任務及線路環境特點采用不同的機型進行作業才可勝任巡檢任務。優先選用性能滿足要求且更輕便的無人機，單人可攜帶。必須檢查所用的無人機的外觀，如是否有外觀損傷、電機轉動是否正常、槳葉有無損壞、受力部件有無裂痕等。

電池準備：在前期設備的準備與檢查中，充分考慮攜帶的電池是否滿足本次巡檢的需求。在數量方面，電池數量與作業量要足夠匹配；在電池狀態方面，注意檢查電池的外觀是否有損壞、變形等現象；電池接口的金屬片是否存在破損、燒蝕等現象；電池電量是否為滿電等。

運輸準備：由于架空線路的地理因素，驅車前往作業現場，通常會行駛在泥濘破損的道路，所以無人機通常需要裝箱保護。但是，無人機的裝載與卸載一定程度上也影響了作業效率。因此可利用快裝快拆的底座固定于車上，實現免裝箱、快速拿放無人機，同時保護無人機各部件不受運輸的影響。圖傳接收、遙控、監視器一體化設計，同樣可以提高運輸的效率。

2.2 巡檢規劃

無論是自主飛行還是手控飛行，作業前必須明確無人機起降點位置、需要巡視的桿塔位置，初步確定各桿塔巡視的先后順序，到現場后再確定各相序的巡視路線。若開展自動化巡視時需提前校對航點，下載作業目標設備的巡視航線。除了無人機的飛行路線外，也要初步規劃行車步行路線。經測算，機巡作業過程中，行車、步行轉場所占用整體作業時間的2/3 以上[5]。因此，合理的作業地點可使單點可飛行的桿塔實現最大化作業，避免不必要的轉場。

2.3 處理圖像

在處理無人機拍攝的圖像信息時，最先采取人工預覽的方式檢查故障點的存在情況，發現故障點后做好標記。仔細分析那些可能存在故障的圖片，并采取措施處理。仔細核查故障點信息，有些無法正確識別的故障點需要二次實地勘察。現有的巡檢圖像處理方式大都基于人工判讀的方式來完成目標部件缺陷的定義，人工判讀方式勞動強度大、工作效率低，存在漏判誤判的可能。人工處理機巡數據的工作模式可轉變為機器+人工的作業模式，可用計算機將數據自動分類，然后在利用人工智能技術對缺陷進行識別，最后再開展人工復核的工作，將縮短處理可見光數據處理的時長，提升數據處理效率。

3 無人機智能巡檢技術要點

3.1 自主巡檢技術

在提升巡檢效率以及加強質量方面，與無人機自主巡檢技術能夠在無人前提下，完成自動飛行、自動指向、精準射擊等目標，在合理減少人工的同時，有效地節約了成本。對此，通常來說，相關人員會從教學路線學習和建模定位技術這兩個方法入手來提高無人機自主巡察技術，具體內容為：

（1）示范路線學習。在巡檢時，無人機能夠精準地記錄清楚操作的航點位置信息以及對應姿態，并將這些內容存儲在自帶的任務列表中。不僅如此，若下次需執行相似任務時，無人機可自動根據已有信息來自動完成巡檢任務。

（2）建模定位技術。該技術以RTK 技術（載波相位差分技術）為基礎，即通過“三維點云軌跡”來進行規劃，從而完成自主巡檢。另外，在點采集時候，一般會利用激光雷達掃描或傾斜攝影技術。其中，具備精度高、全天候、速度快等優勢的激光雷達掃描技術，能夠幫助無人機獲得高精度激光點云，并依據此來構建出三維地圖模型，從而提取出關鍵特征的空間參數。

3.2 影像智能識別技術

使用無人機巡察時，往往都會使用在設施密集、以尺度立體結構為主的線路中，該部分區域普遍存在設施相互遮擋、背景干擾強、缺陷難以區分等巡察難點。這意味著，無人機的人工智能系統需要進行的處理算法會具備深度神經網絡架構更復雜、技術路線分支更多等難題。鑒于該部分工序缺陷識別和標注難度較大，所以技術人員在改進相應技術前，必須要為無人機積累大量樣本積累訓練和驗證數據。其主要內容為檢測圖像。

這是因為，所檢測出圖像質量在缺陷智能識別方面尤為關鍵，因此需應在重點推廣定位和拍攝技術的同時，對應地使樣本在數量與質量上更具豐富性，從而增加樣本積累基數，以更好地實現集中標注、提高缺陷發現率、降低誤報率。

4 無人機巡檢保障作業安全的措施

4.1 提高遠距離無人機的通信能力

當前，無線通信技術仍有一定限制性，即無人機巡線作業都要操作人員在現場配合共同操作，且所巡檢范圍無法超出所設置的最大遙控距離，否則飛行數據、控制鏈路將受到影響。另外，盡管現階段市面上流通的分新型無人機可以接入4G、5G 移動通信和無線網絡模塊，然而因為其所巡檢路線通常都沒有移動信號，所以這一技術依舊受到較大限制。

4.2 提高無人機的避障能力

在無人機巡檢過程中，一般都需要經過障礙物（如建筑物、樹等）。而由于無人機在導航和定位時都是依靠衛星來判斷的，這導致若衛星發生偏差，則無人機就會在執行任務過程中與預定航線出現偏離情況，從而造成無人機碰撞輸電線或其他障礙物的現象。

針對上述問題，目前很多無人機通過視覺定位、紅外傳感器、雷達等傳感器實現較大物體臂障，在作業選擇機型時優先使用有避障的無人機，遇到緊急情況時一定程度可避免因失控導致撞塔、撞絕緣子等較大部件。

4.3 提高無人機的操控能力

由于巡檢輸電線路一般較長，部分線路或路段穿越山區、叢林或無人區。因此，在一些極端情況下可能受微氣象影響，此時能否保證無人機平穩飛行、無振動抖動、能否有效捕捉線路故障點非常重要，這就需要無人機操作人員具備較高的飛行控制能力。常用的能力培訓方式包括繞8 飛行、原地360 自旋飛行、第一視角飛行等訓練。

4.4 合理的航線規劃

無論是手控飛行還是自動飛行都應合理規劃飛行航線，避免因飛行不合理導致撞線。規劃航線時，飛行高度應高于最高塔的高度，飛行方向應面對下一個目標塔位，沿著導地線斜上方前進，并與相應的線路保持絕對遠的距離。當線路走廊密集時，無人機下降開展精細化作業，應盡量貼近巡視的設備飛行，同時保持相對合理的安全距離，此操作可避免無人機后退而撞上鄰側線路。無人機失控返航高度設置應高于最高物體或者桿塔的高度，避免失控返航撞塔。

4.5 加強無人機轉場運輸的保護

從過往的作業經驗發現，部分作業人員為了轉場快捷方便，作業結束回收后的無人機直接放在車座椅或者尾箱，未作任何保護，可能由于路途的顛簸導致無人機某些部件受損，特別是云臺等軟連接部件。因此需要加強無人機轉場運輸的保護，除了利用運輸箱外，為了提高效率，可用專用車載運輸固定架，即實現無人機轉場時的快拆快裝，又可以很好地保護無人機及其云臺。

4.6 降低無人機墜毀引發次生災害程度

當前很多無人機機型依舊使用鋰電池作為動力，因此墜機就是危險源之一。對此，相關技術人員不僅要通過建立與完善安全可靠的無人機巡檢作業流程，還要著重研究降低無人機巡檢墜毀引發次生災害概率的方法。加強電池的外殼保護、無人機內部線路布局合理，確保無人機即使發生墜毀事故也不會造成更大的傷害。

5 結束語

在巡視輸電線路的過程中，使用無人機可以取得最佳的效果，將工作人員的工作失誤降到最低，顯著提升巡視人員的工作質量和工作效率，發現輸電線路的潛在隱患，使輸電線路的安全滿足運行標準。隨著應用的廣泛化，機巡的作業效率及安全變得尤為重要。上文所述的內容為長期現場巡視作業工作經驗所得，形成規范的管理模式，一定程度上可提升機巡的運維水平。