無人機巡檢在輸電線路中的應用研究

摘要：為保證輸電線路及其相關設備運行的穩定性和安全性，本文針對輸電線路巡檢現狀，從無人機巡檢系統、無人機巡檢過程、無人機巡檢路徑規劃等多個方面入手，完成對無人機輸電線路巡檢方案的設計，并以“工程實例”為案例，從自然災害后的巡視、執行常規巡檢工作、應用效果評價等多個方面入手，研究了無人機輸電線路巡檢方案在輸電線路中的應用效果。結果表明：本文所提出的無人機輸電線路巡檢方案具有較高的可靠性和有效性，可以實現對輸電線路故障位置的快速尋找和定位，有利于提高輸電線路故障診斷和處理效果，為后期無人機巡檢工作的有效開展提供重要依據和參考。

關鍵詞：無人機巡檢；輸電線路；應用研究

一、引言

隨著電力行業的迅猛發展，多種多樣的輸電線路被廣泛地應用于 城市、農村地區中，這些地區地貌具有復雜多變的特點，這無疑增加了輸電線路巡檢的復雜度。目前，傳統輸電線路巡檢模式存在一定的局限性，無法滿足輸電線路巡檢需求。無人機巡檢技術可以解決以上問題，通過應用該技術，可以實現對輸電線路故障的有效診斷和預測，降低輸電線路故障風險，提高輸電線路運行的安全性和可靠性[2]。所以，為降低輸電線路故障風險，提高輸電線路運行性能，在輸電線路巡檢領域中，加強對無人機巡檢技術的應用顯得尤為重要。

二、輸電線路巡檢現狀

（一）人工巡檢

由于輸電線路分布區域較廣，所處地形地貌復雜多變，作業環境艱苦，作業量大。當輸電線路位于高山、跨越江河、橫穿沙漠時，人工巡檢方式會面臨巡檢時間長、巡檢效率低、巡檢成本高、作業難度大、操作風險高等問題。由此可見，人工巡檢方式過于落后，已無法滿足現代化輸電線路的巡檢需求。

（二）機器人線路巡檢

機器人線路巡檢作為自動化線路巡檢方式，主要適用于高壓架空輸電線路巡檢工作。盡管機器人線路巡檢方式具有較高的巡檢精確度，但是，其仍存在線路巡檢效率低、巡檢距離短等問題，不利于進一步的推廣和普及。

（三）載人直升機線路巡檢

載人直升機巡檢能夠迅速覆蓋大片區域，能夠對輸電線路進行全面、細致的檢查。這種方式不僅大大提高了巡檢效率，還有助于及時發現并處理線路中的潛在問題，如導線斷股、絕緣子破損等。同時，載人直升機巡檢還能在惡劣天氣或復雜地形條件下進行作業，確保了巡檢工作的連續性和準確性。然而，載人直升機巡檢也存在一些局限性，如成本較高、對飛行員技術要求高等。因此，該巡檢方式同樣難以得到有效的推廣和普及。

（四）無人機線路巡檢

無人機巡檢方式具有機體體積小、重量輕、易攜帶、操作便捷等特點，被廣泛地應用于電力系統巡檢中，在提高輸電線路巡檢效率和精確度方面發揮著重要作用。

無人機可采用無線遙控設備，對自身飛行狀態進行智能化管控。在具體應用中，無人機可自由搭載各種小型設備，如信息傳輸設備、圖像采集設備。通過利用以上小型設備，可向地面工作站發送和傳輸無人機所采集的巡檢信息。與其他巡檢方式相比，無人機巡檢主要適用于地理環境惡劣的巡檢任務。由于輸電線路所處地理環境往往比較復雜、惡劣，為簡化巡檢人員的工作量，保證巡檢人員作業過程的安全性，無人機巡檢方式被廣泛地應用于輸電線路巡檢領域，并取得了良好的應用效果。

三、無人機輸電線路巡檢方案設計

（一）無人機巡檢系統

無人機巡檢系統作為一種先進的無人駕駛飛行器，主要采用無線電遙控的方式飛行，具有遠程操控能力強、續航時間長、作業效率高等特點，被廣泛地應用于測繪、偵查、抗災等領域，并取得了良好的應用效果[3]。無人機巡檢系統主要包含以下幾個組成部分：1.飛行控制系統。飛行控制系統主要用于對無人機工作狀態、工作指令等的操控。飛行控制系統運行原理如下：借助自動駕駛儀，通過發送操作指令，促使電機穩定運轉，從而達到智能控制無人機飛行的目的[4]。2.動力系統。無人機采用電動機作為動系統。電動機具有零噪聲、體積小、易攜帶等特點，支持自身電源與其他系統共享，同時，其具有較高的穩定性，不易受溫度、高度等指標的影響。3.能源系統。能源系統為無人機運行提供源源不斷的電能，有助于延長無人機的續航時間。4.任務載荷設備。任務載荷設備主要包含紅外儀、照相機等設備，根據無人機巡線任務執行需求，可將以上設備搭載于無人機上。5.通信系統。通信系統借助數傳電臺，將無人機飛行速度、飛行高度、飛行軌跡等數據發送至監控站，由監控站對以上數據進行管控[5]。6.地面監控站。地面監控站通過科學規劃和設計無人機飛行航線，對無人機起降狀態進行智能化控制，確保飛行巡檢任務的圓滿完成。

（二）無人機巡檢過程

為了提高無人機線路巡檢質量和效率，需結合工作實際，根據輸電線路現場測試結果，設計出以下無人機巡檢作業操作步驟：1.制定巡檢計劃并審批。選用符合實際巡檢任務需求的線路巡檢方式，并制定一套行之有效的輸電線路巡檢計劃，然后，將制定好的巡檢計劃提交給主管部門，由主管部門對該計劃進行審批。如果計劃未通過審批，即說明原巡檢計劃內容不達標，需對其進行優化和改進。2.線路巡檢前期準備。在正式進入輸電線路巡檢之前，需要提前調查和了解現場巡檢輸電線路所在位置的地形地貌、氣候條件等，同時，還要做好對輸電線路走向、交叉跨越情況、線路運行參數、以往線路故障等信息的收集和整理，以備后期查看和調用[6]。3.現場線路巡檢作業。首先，無人機根據巡檢線路上的桿塔、地標物等信息，確定最佳巡檢路線，并嚴格按照預設巡檢路線飛行。同時，地面操作人員要科學調整和修改飛行方案，以確保無人機更好地適應特殊飛行狀況。此外，還要借助云臺，采用拍照的方式，實時觀察和掌握無人機巡檢工作狀態[7]，以便巡檢人員快速發現問題和解決問題。4.記錄和總結無人機巡檢作業結果。5.故障處理及預測。在無人機輸電線路巡檢過程中，故障處理及預測是核心環節。無人機搭載的高清攝像頭和紅外熱像儀能實時捕捉線路圖像，通過AI算法分析，即時檢測線路故障，如導線斷裂、絕緣子裂紋等。一旦發現異常，無人機會懸停或貼近故障點進行細致拍攝，同時將數據實時回傳至地面控制站。地面人員根據回傳數據，結合歷史巡檢記錄，分析故障原因，預測潛在風險，并及時制定維修計劃。無人機巡檢作業流程圖如圖1所示。

（三）無人機巡檢路徑規劃

應用無人機巡檢輸電線路時，需要科學規劃無人機巡檢路徑，并將規劃好的線路巡檢路徑直接發送和傳輸至無人機機體導航系統中。在規劃無人機巡檢路徑時，操作人員需對無人機飛行路徑進行逐點計算，并將最終計算結果輸入和存儲至無人機機體導航系統中[8]。以上路徑規劃工作對操作人員的計算能力提出了更高的要求，以保證計算結果的精確度，避免因計算結果誤差過大而出現一系列安全隱患問題。

（四）無人機線路巡檢作業中的故障診斷與預測

在進行無人機輸電線路巡檢期間，需借助云臺攝像頭對輸電線路圖像進行實時拍攝，從而形成大量的線路圖像。在這些線路圖像中，僅僅有少數線路圖像含有故障信息，因此，操作人員需采用人眼觀察的方式，從少數線路圖像中觀察和檢測是否存在故障問題。這種處理方式既會增加操作人員的視覺疲勞感，還會降低檢測的精確度和效率，無法有效地檢測和處理復雜線路故障類型。為解決以上問題，實現對輸電線路故障的快速、精確檢測，本文提出一套輸電線路桿塔檢測方案。運用該方案，可以快速提取和匹配線路的故障特征，從而精確地檢測出桿塔故障問題。同時，可使用無人機搭載掃描設備，通過三維激光搭載雷達技術獲取點云數據，重塑整個線路的實際模型及通道的跨越情況，以彌補人工巡視技術空間定位判斷精度低的缺點。

四、工程實例分析

（一）案例簡介

某地區輸電線路長度共計800公里，但該地區地理環境比較復雜，跨越高山、峽谷地區，且植被茂密。現有人力資源無法滿足該地區輸電線路巡檢工作的人員要求，且地形地貌的復雜性增加了運維人員的工作壓力。因此，亟需設計一套行之有效的輸電線路巡檢方案。結合該地區目前的輸電線路巡檢情況，選用無人機巡檢系統。通過應用該系統，不僅可以實現對輸電線路圖像的快速采集和識別，還能實現對輸電線路具體位置的定位，保證輸電線路故障信息傳遞效率和故障處理水平。

（二）執行常規巡檢工作

在進行輸電線路日常巡檢期間，巡檢人員安裝和部署相應的全球定位系統（GPS）坐標模塊，以輸電線路塔桿為基準，確保無人機在指定的范圍內進行自動化飛行和巡檢。利用無人機進行輸電線路巡檢期間，需要在全面采集和獲取輸電線路運行數據的基礎上，分析和判斷當前電網的運行狀態，同時，分析和判斷輸電線路可能存在的故障隱患問題，并及時對輸電線路故障及隱患進行有效地處理。

（三）自然災害后的巡視

無人機巡檢可以很好地突破地理環境的限制。當出現自然災害后，無人機可在第一時間快速到達輸電線路巡檢現場，有效地提高輸電線路巡檢質量和效率。在出現地震、泥石流等自然災害后，利用無人機設備，可以在全面了解和掌握當地電力系統運行狀態的基礎上，有效地巡檢輸電線路故障問題，同時可保護巡視人員的生命安全。一旦輸電線路出現故障，無人機可將其采集的輸電線路圖像信息資料呈現在搶修人員面前，方便搶修人員快速開展搶修工作，從而提高輸電線路的搶修質效。

（四）執行故障巡檢任務

輸電線路一直暴露于野外，所以經常會發生各種類型的故障。這就要求無人機在執行故障巡檢任務期間，近距離、多角度、全方位地拍攝故障線路相關圖像，方便工作人員判斷當前線路的實際運行情況，并結合故障信息，快速判斷故障原因、找到故障位置、處理故障問題，降低人為工作產生的誤差。

（五）應用效果評價

為了檢驗無人機輸電線路巡檢方案在該工程項目中的應用效果，本文采用現場實踐的方式，將無人機飛行高度始終控制在輸電線路上方25m。此外，還要對地理信息系統（GIS）塔桿地理坐標進行投影，使其透射到國家大地坐標系中，并采用合適的正射影像方式，科學調整和控制GIS系統經緯度，協助無人機在第一時間快速定位塔桿具體位置，然后，對輸電線路相應的塔桿進行拍攝，并將含有輸電線路故障信息的圖像呈現在搶修人員面前，方便搶修人員快速定位、查找和處理輸電線路故障問題。實踐證明，本文所提出的無人機輸電線路巡檢方案具有較高的可行性和可靠性，可以實現對輸電線路故障位置的快速定位，有助于提高輸電線路故障的診斷和處理效率。

五、結束語

無人機巡檢技術科學地應用于輸電線路中，可以進一步提高對輸電線路的巡檢能力，從而實現對輸電線路故障的有效診斷和預測。因此，相關人員要充分認識無人機巡檢技術應用的重要性，不斷優化無人機巡檢技術的應用路徑，充分發揮和利用無人機的優勢。只有這樣，才能保證輸電線路巡檢的水平和效率，為促進電力行業的健康、可持續發展提供重要的技術支持。

作者單位：吉琳 國網四川雅安電力（集團）股份有限公司

參考文獻

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