架空輸電線路無人機巡檢技術研究進展

劉向新

摘 ? 要：輸電線路占地面積大，穿越區地形復雜，自然環境惡劣，給輸電線路的運維管理帶來困難。輸電線路設備長期暴露在野外，為了掌握線路運行狀況，及時消除線路故障、缺陷或隱患，每年投入大量人力物力對線路進行巡視。傳統的輸電線路檢測方法是人工巡視，在特殊的地形和氣象條件下很難實現，特別是桿塔頂端的缺陷難以發現，巡檢效率低。

關鍵詞：架空輸電線路;無人機;關鍵技術;發展趨勢;

引言 ?隨著架空輸電線路數量的增加，架空輸電線路的運行維護環境變得越來越復雜，對架空輸電線路的運行維護要求也越來越嚴格。傳統的人工巡檢方法存在諸多局限性，導致巡檢效率低下，無法有效保證電網的安全運行。

一、關鍵的技術

1.自主巡檢技術。地面操作人員在人工操作無人機時，主要根據視覺、檢查返回的圖像和全球定位系統信息，指導無人機的飛行和拍攝。這種方法要求操作員具備更高水平的技能，不同操作員的巡檢效果可能大不相同，同一操作員在不同時間的巡檢效果也可能不同。 目前，無人機自主巡檢仍處于初期階段，主要手段是激光雷達和RTK技術。LiDAR通過快速獲取三維高精度點云數據從線路信道進行獨立檢查來規劃飛行路線。該方法應全面考慮IMU慣性測量單位、機載激光雷達等的高程、坐標、姿態數據（切角、滾動角度、位移角度）。自主巡檢中仍然存在以下問題：（1）由于技術不成熟，任務設備的控制精度不夠，無人機在每次巡檢檢查中的視角和位置差別很大，導致圖像質量參差不齊。（2）地面站軟件沒有相關功能，如確定巡檢任務、收集路線點、比較和校正路線以及點擊操作。（3）自主巡檢無人機的耐受性存在一些問題。目前沒有具備自動裝載管理、自動倉儲和無人駕駛飛行器飛行功能的設備。

2.操作安全控制。在能源工業中，無人駕駛飛行器（無人機）被用來執行大量的檢查任務，但也存在無人駕駛飛行器黑飛現象。飛行數據記錄器具有以下特點：（1）它獨立于無人機運行，收集的數據不能修改;（2）收集的數據包括電池電壓、飛行時間、飛行軌跡等（3）北斗支持和GPS信號;（4）具備數據傳輸和加密機制，以確保數據安全。借助飛行數據記錄器，實時監控無人機的運行位置，并可將實時飛行路徑與規定的運行路徑和允許的飛行空域進行比較。如果比較結果不一致，警報信息將發送給開發的無人機巡檢服務模塊有三個主要功能：1）在空域利用和行動監測方面，通過建立統一的空域應用通道和把工作任務與空域聯系起來，實現空域的標準化應用和使用;2）利用飛行數據記錄器對無人機、領空和其他國家進行系統的實時監測;3）關于合作巡檢，充分考慮到了地理和氣象環境以及傳輸渠道的性質，制定了合作巡檢檢查計劃，并以統一和標準化的方式管理了巡檢檢查計劃和執行進程飛行數據記錄器不僅記錄有關無人機飛行狀態的信息，而且還通過無人機商業巡檢模塊鏈接無人機巡檢人員的信息，并關聯工作單等進程文件。發生安全問題后，可以及時判斷問題發生的時間、地點和責任人，并通過相關操作過程分析問題的可能原因，以便在最小影響范圍內控制安全風險和次要風險。目前，對無人機安全的監督越來越受到重視，能源工業與人民的生計安全和國民經濟相聯系，因此不可避免地要依法并按照規定對無人機進行檢查。關

3.故障識別技術和檢驗數據的應用。近年來，中國國家電網公司和中國南方電網公司利用對象互聯網技術將無人駕駛飛行器的檢測數據上傳到實時數據云中，并利用深神經網絡算法、大數據和圖像識別技術自動分析檢測數據，發現并生成檢查報告。目前，某些類型的缺陷仍然缺乏定量判斷規則，大多數在處理深層神經網絡算法方面是相似的。以絕緣設備為例，其缺陷包括污染、破損、自爆、表面燒傷等。 ?智能缺陷識別作為無人機檢查技術的主要研究方向之一，應在現有研究結果的基礎上建立一個檢查圖像設備缺陷標準數據庫，并通過不斷更新和改進，篩選適合現場應用的智能無人機檢查圖像識別算法。

4.輔助維護操作技術。傳統的維修方法是讓維修人員從塔的底部爬到塔的頂部，然后一步一步地移動到網上維修的位置，這樣既繁瑣又效率低下。隨著以超高壓為骨干的大型電網建成，無人駕駛飛行器（無人機）的檢查逐漸成為電網運行檢查的核心，對傳統維修方法的補充日益受到重視。無人機輔助維修工作主要包括無人機牽引電纜、輔助傳輸工具和儀器、對地線中的異物進行處置、無人機電力檢查以及復合絕緣子的親水性檢測等。隨著無人駕駛航空器（無人機）在電力工業中的廣泛應用，有必要積極探索無人機輔助維修操作中的相關新技術，包括無人機的實時運行、帶電清洗、復合絕緣子疏水性檢測、零值檢測以進一步擴大無人駕駛飛機在維修作業中的應用。

二、發展趨勢與研究方向

1.協同檢查。為了優化直升機、無人駕駛航空器和人工檢查的配置，提高輸電線路的運行和維護水平，需要進一步加強直升機、無人駕駛航空器和人工檢查之間的有效合作，改進效益評估和模型在制定無人駕駛航空器檢查計劃時，應充分考慮到直升機的運行周期和人工檢查，以確保有效的協同作用和互補性，并更好地利用無人駕駛航空器檢查的好處。

2.在高海拔和無人地帶等特殊復雜地區使用無人駕駛飛機。在高海拔地區和無人區，氣候條件惡劣，風速高，風向不斷變化，需要無人駕駛飛行器進行更高程度的檢查。因此，有必要進一步研究適用于高海拔和無人區等特殊復雜地區的模型、技術條件和作業方式，并及時進行現場視察測試，以促進特定地理條件下的無人機視察技術的實際應用

3.全面的運營支持。隨著無人機巡檢檢查技術的逐步推廣和應用，有必要對無人機綜合支持技術進行相關研究。在無人機運營的空氣空間，需要進一步探索更有效和更實用的標準化報告機制，簡化空氣空間的使用程序，確保安全有序的運行。在整個無人機巡檢周期的維護方面，并對無人機關鍵部件進行了例行維護和維修。

三、結語

總之，架空輸電線路無人機探測技術是在三維探測、特殊復雜區域作業和綜合保障的基礎上發展起來的。進一步研究和拓展無人機的應用深度，提高無人機的探測效率。

參考文獻：

[1]劉曉明，無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術.2019.

[2]彭小祥，大型無人直升機電力線路智能巡檢寬帶衛星通信系統.2020.