基于云計算的電力線路無人機巡視驗收技術

解 明

（寧夏送變電工程有限公司，寧夏 銀川 750001）

0 引 言

輸電線路在電力系統的運行中起著重要作用，主要由導線、線路桿塔、接地裝置等構成，負責輸送電流[1]。在當前電力產業高速發展的背景下，多個地區完成了輸電線路新建工作。通常情況下，輸電線路建設所處環境較為嚴峻，地勢環境復雜，線路巡視驗收工作難度較高[2]。現階段，傳統的電力線路巡視驗收技術多采用人工巡視驗收方式為主、直升機巡視驗收方式為輔的模式[3]。該巡視驗收技術在實際應用過程中的局限性較強，工作量較大，需要消耗大量的人力資源與物力資源，且巡視過程中易受作業環境條件的影響，存在較大的安全隱患，作業人員的生命安全得不到有力保障[4]。同時，傳統的巡視驗收技術作業時間較長、效率低，巡視存在視角限制問題，導致驗收結果與電力線路實際運行工況存在較大偏差。而無人機能很好地解決以上問題，通過搭載高清攝像機、紅外測溫儀，可以在電力線路實時采集全方位的線路影像資料，不存在巡視視角限制問題，能快速確定電力線路運行工況，巡視靈活性與安全性較高[5]。

通過研究電力線路無人機巡視驗收技術，結合云計算，將采集到的線路影像資料信息進行整合處理，生成高精度的電力線路巡視驗收結果，以提高電力線路運行的安全性與可靠性。

1 電力線路無人機巡視驗收技術研究

1.1 無人機模塊設備選型與調試

無人機模塊設備性能的好壞直接影響后續電力線路巡視驗收的效果，因此需要對無人機各模塊的設備進行選型設計。首先，無人機本體選用KK3 Pro型號的航拍無人機，對無人機本體進行設置，保證其運行性能滿足電力線路實時巡視驗收的需求。其次，選用WKM-02A5S型號的自動駕駛儀，其整體重量較輕，支持多向安裝與二次開發，具有高性能陀螺穩定云臺，技術支持能力較強[6]。再次，選用R54820RTM1型號的遙控接收機，其信號接收通道多，運行過程中整體可靠性較強[7]。最后，選擇任務荷載設備，包括熱紅外儀與照相機。其中，熱紅外儀型號為QRM-264SA1，照相機型號為索尼NEX-7。

完成無人機模塊設備選型后，要在電力線路巡視驗收作業現場對無人機進行全方位的調試，檢查各設備是否能正常工作。聯機檢查并調試無誤后，集中裝箱[8]。

1.2 基于云計算規劃巡視驗收路徑

完成無人機模塊設備選型與調試后，基于無人機性能參數，結合電力線路巡視驗收任務要求，利用云計算技術規劃無人機巡視驗收路徑。

利用云計算技術計算無人機巡視驗收的總航程，公式為

式中：n表示航跡內的節點數；vi表示第i條巡視驗收航跡航程。

通過式（1）可以得出無人機巡視驗收航跡的總航程。在此基礎上，計算無人機巡視驗收最大路徑的偏轉角，即無人機當前巡視路徑段相較于前一路徑段方位角偏轉的大小，公式為

式中：Lmin表示無人機當前巡視姿態改變時克服慣性作用產生的最小航跡步長；rmin表示無人機巡視驗收最小轉彎半徑。

計算出無人機巡視驗收最大路徑的偏轉角后，根據電力線路巡視驗收期望的精度，調整巡視驗收路徑節點數目，利用路徑節點規劃巡視驗收路徑[9]。基于云計算的電力線路無人機巡視驗收路徑規劃目標函數表達式為

式中：pi表示無人機巡視驗收第i段的路徑長度值；h表示路徑規劃懲罰函數。

1.3 無人機巡視驗收作業

利用云計算技術完成電力線路無人機巡視驗收路徑的規劃后，開展無人機巡視驗收作業。首先，做好巡視驗收準備工作。勘查并確定電力線路巡視驗收現場的氣象條件與交通情況，標記交叉跨越與鄰近的輸電線路，掌握線路運行工況[10]。其次，設置無人機起降點，相關技術人員負責采集無人機飛行線路的各項有關資料，包括電力線路走向、桿塔明細號段、回路色標以及塔型等[11]。再次，巡視開始前查詢線路運行參數，標記重點巡視驗收區域。最后，做好無人機起飛準備，確認氣象條件滿足飛行條件后，控制無人機到達電力線路作業點。單回電力線路與雙回電力線路的無人機巡視驗收流程存在一定差異。

1.3.1 單回電力線路巡視驗收流程

單回電力線路采用單側巡視驗收方式，首先控制無人機到達巡視驗收區域，采集作業位置1的地線連接部位影像資料，觀察線路上導線低壓端的連接部位情況；其次沿著巡視路徑緩慢移動至作業位置2，以此類推，直至完成所有單回電力線路巡視驗收；最后無人機沿著地線高度以均速飛行的方式飛往下一線路基桿塔。

1.3.2 雙回電力線路巡視驗收流程

開展雙回電力線路巡視驗收時，無人機到達巡視驗收區域后，無人機以與待巡視驗收線路之間夾角為45°的角度進入作業位置1，采集地線連接部位的影像資料。以相同夾角，依次采集其余線路的影像資料，直至巡視驗收完畢。

在巡視驗收過程中，無人機旋翼與電力線路之間的距離要超過20 m，避免干擾線路的正常運行。實時統計無人機巡視驗收作業的時間與路徑情況，并跟蹤記錄電力線路運行過程中各部件的運行狀態變化，重點巡視驗收電力線路平口以上的金具、絕緣子與跳線。

無人機巡視驗收作業結束后，利用SPSS統計分析軟件和云計算技術，對采集的影像資料進行統計分析，編制巡檢報告。此外，將采集到的巡視驗收數據移交至電力線路巡檢中心，實現電力線路無人機巡視驗收的目標。

2 實驗分析

在將提出的巡視驗收技術應用于實際電力線路工程前，需要對該技術的可行性和巡視驗收效果進行驗證，確認提出的巡檢驗收技術在應用過程中沒有異常問題且能達到預期設計要求后，方可應用于實際電力工程。

2.1 實驗準備

以某地區R電力線路建設工程為本次研究對象。該工程中，電力線路緊靠軌道交通，由單回路與雙回路混合架設而成，電力線路概況如表1所示。

表1 R電力線路建設工程概況

根據線路工程的建設需求與工況特征，電力線路巡視驗收的無人機選用電動六旋翼無人機，整體重量較輕，空間體積較小，使用性能優勢顯著。應用文章提出的電力線無人機巡視驗收技術，根據R電力線路建設工程的巡視驗收要求，開展實驗測試。

2.2 實驗結果

為更加直觀地獲取實驗結果，增強實驗測試的說服力，避免單一實驗結果存在的偶然性，本實驗采用對比分析的方法。將文章提出的基于云計算的電力線路無人機巡視驗收技術設置為實驗組，將文獻[3]提出的基于人工智能的巡視驗收技術、文獻[5]提出的基于無人機的巡視驗收技術分別設置為對照組1與對照組2。通過模擬3種技術的無人機巡視驗收全過程，獲取實驗測試數據，并進行多維度對比分析。

R電力線路建設工程中共有520級塔，其中有8處線路跨越了樹木。分別對這8處電力線路進行標號，即XL-01、XL-02、XL-03、XL-04、XL-05、XL-06、XL-07以及XL-08。選取電力線路無人機巡視驗收測距相對誤差作為此次實驗的性能評價指標，利用3種技術分別對8處電力線路進行巡視驗收，獲取巡視驗收結果，并計算電力線路無人機巡視驗收測距相對誤差。電力線路無人機巡視驗收測距相對誤差對比結果如圖1所示。

圖1 電力線路無人機巡視驗收測距相對誤差對比結果

通過圖1的性能評價指標對比結果可知，3種技術在電力線路實際巡視驗收作業中表現出了不同的性能。實驗組的電力線路無人機巡視驗收測距相對誤差明顯小于另外2個對照組，相對誤差最大不超過0.5%。在3種巡視驗收技術中，文章提出的技術表現出了顯著的性能優勢，驗收測距相對誤差較小，能獲取更加準確的巡視驗收結果。

3 結 論

為優化電力線路巡視驗收效果，提高巡視驗收作業的效率與準確性，文章引入云計算原理，提出基于云計算的電力線路無人機巡視驗收技術。實驗結果表明，應用文章提出的無人機巡視驗收技術后，電力線路無人機巡視驗收測距相對誤差最大不超過0.5%，有效解決了傳統電力線路巡視驗收技術存在的問題與不足，促進電力線路工程建設的可持續發展，可以應用于實際電力工程。