无人机巡检的应用与研究

发表时间：2018-04-11T16:04:18.363Z 来源：《电力设备》2017年第32期 作者： 温仰荣

[导读] 摘要：为了提高架空输电线路运行精益化管理水平，降低运行成本，规范输电线路巡视模式，分别从多个方面探讨和研究了直升机、无人机及地面人工巡视互补机制，建立了新型而高效的输电线路运行模式。本文相关内容希望能为读者提供参考价值。 (国网江西省电力有限公司赣州供电分公司 江西省赣州市341000)

摘要：为了提高架空输电线路运行精益化管理水平，降低运行成本，规范输电线路巡视模式，分别从多个方面探讨和研究了直升机、无人机及地面人工巡视互补机制，建立了新型而高效的输电线路运行模式。本文相关内容希望能为读者提供参考价值。 关键词：无人机；巡检；应用

随着我国经济的快速发展，全社会对电能的需求持续增长，高压、超高压和特高压大容量电力线路大幅扩建，线路走廊的选择越来越多地集中在山区、人力不易到达地区，传统的人工巡检工作量大，对人员经验水平要求高，特别是对于山区、林区等地形坎坷线路区段的巡视存在很大困难，个别人少区域的巡视威胁着巡检人员的人身安全。线路巡检的自动化、现代化需求日益显示出其迫切性。无人机已广泛应用于生产生活中的各个领域，与常规人工巡检方法相比较，此项技术更为先进、安全、有效，可以成为保障线路安全运行的一种新的经济可行的手段。 1. 巡检内容

巡检工作主要针对线路本体、电力设备、附属设施及线路所处环境等进行巡视和检查，能够对输电线路的运行状态进行明确，及时发现输电线路运行过程中存在的问题，保证线路的运行安全。在输电线路巡视中，可分为三种巡视方式，即正常巡视、故障巡视和特殊巡视。无论是哪一种巡视方式，都采用人工地面巡视的模式，在一些特殊情况下才会登塔检查，存在局限性。在常规巡视中，对于运行状况不同的线路，有着不同的要求，应该合理进行安排。这种巡视模式无法满足输电线路飞速发展的要求，难以及时准确地了解线路运行状况，未能考虑各方面因素的影响，造成了资源的浪费，无法保证线路运行的稳定性和安全性。 2. 巡检的方法 2.1地面目测法

地面目测法即为巡检人员在地面抬头仰望杆塔或通过望远镜来观测杆塔上的绝缘子螺丝螺母等设备，这样的巡检方式落后，对于杆塔上方出现的问题无法进行观测，在气候条件恶劣地形复杂的情况下对人员安全构成一定威胁。 2.2无人机巡视

无人机具有体积小、重量轻、便于携带和制造、使用成本低，操作性和灵活性好等特点。通过自动导航或者是人工控制的方式对输电线路进行图像或视频信息的采集，工作人员根据图像和视频可以直观监测输电线路外观运行情况及线路周围树木生长状况，降低电力巡查成本，提高巡检作业的质量，增强电力生产自动化综合能力。 3. 对比分析

在无人机技术得到广泛的运用之前， 巡线方法运用一直是以人工定期巡线为主。这种方法需要操作人员花大量的时间，劳动强度对工人各个方面都是一种挑战，更糟的是，就算投入大量的人力物力，也无法改变其效率低的事实。由于地形因素，有些路段是无法进行人工检查的。无人机技术可以在这些无法到达的路段大展拳脚，是一个全新的、全自动的、高效率的平台。无人机的优越性体现在以下几个方面：①无人机可以遥控，出现故障也不会造成人员伤亡，安全系数高；②巡线需要的时间少，速度快慢可以自由控制。几十公里的范围只要1小时左右。虽然有时天气会影响无人机的效果，空域之间需要相互联系，对机体本身的重量要求比较高，但是随着无人机技术的深入研究，空域之间的关系会不断改善，以上问题都可以迎刃而解；③无人机受自然灾害的影响小，更不会受到地理条件的限制。遇到洪水、涝灾、地震等情况时，依然可以持续作业。无人机技术的先进优越之处还体现在它能灵活运用各种方式呈现数据信息，比如说图像、通信、集成电子等等。由此来看，无人机在电路巡检方面前景广阔，深入研究将会带给我们无限的价值。 4. 巡检系统 4.1地面测控站

无人机的作用在空中，但是信息收集系统在地上，实现两者的对接有赖于地面测控站子系统。无人机飞行时所呈现的状态，如何控制飞行状态、领航、如何获取传感器收集的数据这些问题的解决都依赖于地面测控站子系统。地面测控系统不仅能实时监控，还能对飞行数据做基本的处理。多传感器地面控制系统、无人机平台地面控制系统、实时数据分析系统以及数据编解码系统都是它的重要组成部分。 4.2数据通信链路系统

可以说没有数据通信链路系统， 整个系统都不能进行通信连接。他的主要组成部分包括无人机通信中继设备以及无人机上的和地面的测控站的信号发射、接受装置。没有数据通信链路系统， 无人机飞行平台与地面测控站之间将失去传输数据的条件，两者之间失去联系。在地形复杂、环境恶劣的山区，通讯条件恶劣的情况下，更能表现出该系统的优越性。地面测控人员如果想直接看到飞行的一手视频或者现场情况，就必须实时下传数据。 4.3地面数据处理系统

处理、应用以及存储后期数据都依赖于该子系统。地面数据处理系统包括三个子系统。①线路通道的三维可视化系统；②多传感器数据集成处理和几何处理系统；③基于地理信息系统的输电线路巡检系统。摄影测量以及地理信息技术可以以几何方式帮助处理各种数据。比如说点云、姿态、影像、视频等等。不仅速度快而且精度高。利用传统工具无法识别、判断的隐患以及缺陷都可以利用模式识别、人工智能以及可视化技术做到。该系统在确保线路安全、确定故障地点等方面有突出的作用。 4.4接口标准化，传输透明化

无人机巡检系统涉及的专业多，业务复杂，必须制定统一的数据链路传输标准和通信设备接口标准。统一接口类型、速率、阻抗、电平等技术指标，使各分系统搭配灵活，适应性强，为实用化期间各分系统设备择优集成和集中采购奠定基础。接入无人机巡检数据链传输的所有分系统、分专业信息业务，必须以统一的接口标准接入通信传输链路，以统一的功能模块实现各分系统业务信息透明化传输。 4.5指标实用化，安全优先化

由于传输图像的分辨率越高，需要通道带宽、设备发射功率、编码压缩比越大，同等条件下信号传播距离越短，通道利用率、图像还

原质量越低。在实用化阶段首先应确保巡检飞行安全，根据实际飞行经验，实时传输分辨率较低的“标清”视频图像既可满足无人机巡检飞行测控需求。分辨率更高“高清”相片可保留在无人机完成巡检作业，返回地面再后期提取分析，让有限的通道资源优先保障指挥测控，保持通信链路安全畅通，确保无人机巡检飞行安全可控。 4.6创建中继资源数据库

在无人机输电线路巡检时，应根据中、长期巡检线路计划，创建通信数据链的中继站点资源信息数据库。将所要巡检的输电线路所对应的地面固定中继点、移动中继车、光纤中继站和空中中继机的工作坐标经纬度、高程及行驶道路、飞行空域等信息资料嵌入前期研发的《无人机电力线综合巡检系统》的“中继管理”模块中，并通过线路三维展示系统同步显示相关巡检线路的对应中继站点位置及资料参数。当接到巡检线路作业的计划，确认巡检线路所对应中继方式和站点，在规定的时间内相关的中继设备开机作业，组成通信中继链路，执行无人机远距离、大范围巡检飞行的通信保障任务。 5. 发展

5.1智能化综合巡检

无人机参与的巡检任务返回的无外乎图像、视频信号，再通过人为观测来确定缺陷种类。其中，观测人的经验水平高低直接决定了巡检质量的好坏。无人机智能化综合巡检系统即通过巡检识别系统，对杆塔部件组成进行背景建模，再与巡检回的静态、动态图像进行差异分析，从而完成缺陷的初步诊断，简化人为的识别过程。 5.2三维线路建模

借鉴有人直升机三维线路建模系统，将其改良搭载在无人机上，以高清影像数据为基础。配以高精度电网数据信息，通过遥感、遥测等手段，—体化集成三维电网模拟图。实现线路三维建模。 结语：

随着无人直升机技术的愈趋成熟，其操作系统会变得更加简单，使用性能的优越性将会得到充分的体现，在电力线路巡检方面将得到更加广泛的应用。无人直升机能够以自动或遥控的方式，通过预制定的飞行路线，在卫星定位系统的控制和引导下对高压输电线路进行巡视，将拍摄和检测的数据实时传输或储存在硬盘里。从而代替人工对输电线路特别是地理环境恶劣及重要线路进行巡检，及时发现杆塔、通道走廊以及运行设备的故障隐患、设备缺陷等异常现象，减轻工作人员的劳动强度，降低了巡线的成本，大大提高巡检的安全保证和自动化水平，达到减负增效的目的。 参考文献：

[1]郑武略，张富春，焦炯等.多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用[J].中国电业（技术版），2016.

[2] 陶留海，王美霞，姚晓航，等.浅谈多旋翼无人机在输电线路带电作业中的应用[A].2015带电作业技术会议论文集[C].2015.