輸電線路無人機巡檢智能管理系統的研究與應用

張卓成

【摘 ?要】本文首先闡述了無人機在輸電線路巡檢中的優勢，接著分析了輸電線路智能巡檢系統的設計，最后對無人機線路巡檢展望進行了探討。

【關鍵詞】無人機;輸電線路;智能巡檢

引言

因輸電線路地形復雜且自然環境惡劣，傳統的人工巡檢模式已經難以滿足運維精益化管理的現實需求，故本文將構建基于無人機的輸電線路智能巡檢系統，其可以日夜兼程地在果園、魚塘、高速公路、工廠、農田等巡檢人員難以達到的線路區段內進行高頻次數據采集，通過無線方式回傳到地面終端，經數據的整理分析后實現輸電線路缺陷巡檢的“零死角”。

1 無人機在輸電線路巡檢中的優勢

無人機是近年來新興的一項技術，在諸多領域中得到廣泛應用，對于輸電線路巡視檢查而言，無人機的優勢主要體現在如下幾個方面：

1.1 可有效降低巡檢成本

我國有很多輸電線路架設在人跡罕至的地區，傳統的人工巡檢方式想要涉及這些區域有一定的難度，為滿足工作需要，常常會使用較長的高空架線，由此使得巡檢成本隨之增大。而無人機并不會受到地形的限制，在有效的飛行距離內，作業人員只要操控無人機便可從不同的角度對輸電線路上的設備進行巡視檢查，減輕了人員的工作量，相關費用也隨之降低。此外，由于巡檢人員無需親臨現場，從而使得作業安全性得到可靠保障，避免了安全事故的發生。

1.2 可縮短巡檢時間

無人機基本不會受自然環境和氣候條件等因素的影響，在可能發生自然災害的地區利用無人機對輸電線路進行巡檢，可以在較短的時間內順利完成任務。無人機具備快速巡檢的能力，通過在指定位置進行懸停，可檢查線路上的設備，確定缺陷，并對巡檢結果進行實時回傳，整個過程耗時較少。此外，無人機巡檢前基本不需要進行較長時間的準備，大部分無人機在90s以內便可起飛，當一個區域內的線路巡檢完成后，可以快速轉移至下個區域，有效縮短了輸電線路的巡視檢查時間。

1.3 巡檢更全面

隨著無人機技術的不斷發展和完善，其功能日漸強大，通過搭載不同的平臺和系統，可以使無人機具有更多的功能，如設備缺陷快速查找、故障定位、實時監測等等。由此使得無人機的巡檢更加全面，線路的跳閘次數和停電時長隨之減少，確保了整個電網的運行安全性和穩定性，給供電可靠性提供了有效保障

2 輸電線路智能巡檢系統的設計

2.1 輸電線路智能巡檢系統的總體架構

系統整體上由地面巡檢系統平臺、任務載荷設備及無人機平臺等三個部分構成，其中地面巡檢系統平臺負責對無人機數據監控和航拍圖像等進行回傳，并實時傳輸和監控無人機飛行、巡檢數據及各類控制命令;任務載荷設備包含紅外測溫儀、高清數碼相機、圖傳、GPS、云臺（搭載高清數碼相機的可視范圍，要求俯仰角為-90°～+30°，水平角為-180°～+180°）及各類傳感器，還可以根據輸電線路的實際巡檢需求來加載更多的巡檢設備;無人機平臺包含無人機集體、電氣系統、導航系統及其他確保無人機正常運行的部件。圖1為系統的總體架構，該系統整體上由安全防護、硬件設備、業務支撐及具體應用等四個分支構成，各部分的作用如表1所示。

2.2 輸電線路智能巡檢系統的功能劃分

2.2.1 輸電線路狀態可視化模塊的規劃

輸電線路狀態可視化模塊的功能主要包含如下幾個方面：第一，輸電線路狀態的全景展示。通過視頻拼接和圖像拼接技術，輸電線路的全屏圖將在地面巡檢系統平臺上向操作人員進行全方位展示;第二，輸電線路狀態的三維可視化展示。通過RS、虛擬實現及GIS技術，DEM、影像數據、三維模型數據及LIDAR數據等海量數據將在系統被集成處理，實現三維數據的空間分析、功能設計、實時瀏覽、需求拓展及三維渲染功能，從而使輸電線路及走廊的相關信息在地面巡檢系統平臺上向操作人員進行實時展示;第三，無人機巡檢數據的實時展示。將無人機在作業現場獲取的實時巡檢數據傳遞給技術支撐系統，無人機的巡檢數據將在地面巡檢系統平臺上向操作人員進行全方位展示;第四，無人機飛行軌跡的實時展示。將無人機的飛行軌跡實時傳遞給技術支撐系統，無人機的飛行軌跡和位置信息將在地面巡檢系統平臺上向操作人員進行全方位展示，并可在地理地圖上進行疊加。

2.2.2 輸電線路狀態分析模塊的規劃

輸電線路狀態分析模塊的功能主要包含如下方面：對太陽無人機的巡檢數據進行缺陷智能識別分析（包含放電點檢測、異常發熱點檢測等），將輸電線路及其設備的缺陷及時在地面巡檢系統平臺進行展示，以便運維檢修人員采取必要的處理措施;對太陽無人機巡檢所獲取的相關缺陷數據（如班組、時間等）進行人工識別，并能夠進行缺陷的人工查詢和統計分析。

2.2.3 輸電線路運行隱患分析模塊的規劃

輸電線路運行隱患分析模塊的功能主要包含如下方面：通過對無人機巡檢數據的智能識別分析，對諸如地質變化、違章建筑等外部隱患進行檢測分析;通過對無人機巡檢數據的數據分類及統計分析，實現外部隱患的智能預警及輔助決策。

2.2.4 無人機巡檢作業管理模塊的規劃

無人機巡檢作業管理涵蓋無人機巡檢作業任務從申請、審批到最終完成的整個過程，主要內容包含無人機飛行方案的制定和審批、無人機檢修維護管理、無人機巡檢作業申請及皮膚管理、無人機巡檢資料移交管理、無人機巡檢數據處理及飛行報告編制、無人機巡檢設備準備管理等。

3 無人機線路巡檢展望

無人機線路巡檢與人工線路巡檢、直升機線路巡檢相比有很多的優點，但是我國高壓輸電線布設的特殊性，造成了巡檢地形復雜、變化多樣，高山、樹林、建筑等障礙物較多，給無人機線路巡檢帶來了很多的挑戰，因此無人機線路巡檢路徑規劃對于節約能源、提高巡檢效率有直接的影響。同時，由于無人機自身條件限制（如飛行高度、可控范圍、電量、飛行距離等）無法完成線路巡檢的所有巡檢任務，因此制定合理、完善的巡檢任務對于無人機巡檢有著重要作用。隨著控制技術、導航技術、通信技術的進步，為無人機全自主線路巡檢提供了可能，各種無人機的出現也讓無人機的發展變得更加專業化和智能化，加上檢測儀器的小型化、微型化，使得無人機上可攜帶更多的檢測儀器。這些對于提高線路巡檢效率、精確度具有重要作用。無人機線路巡檢在我國的起步較晚，要完全自主地進行線路巡檢還有待技術上的突破。如無人機按照既定的巡檢任務，通過簡單的設置可自主起飛、巡線、返航;按照輸電線路的布設，全自動線路巡檢;全自動避障功能;遇到突發事故（大風、雷電、下雨）時的緊急返程功能;長時間、長距離、大范圍的線路巡檢;簡單、方便的數據存儲和高速、準確、有效的數據通信功能。

結束語

傳統人工巡檢方式需要巡檢人員登塔進行故障點的找尋，不少輸電線路的平均查線時間在9小時以上，而本系統則可以在2小時內完成故障點的查找工作，節約大量的人力物力。此外，在環境惡劣的大江大河及山區等地開展輸電線路人工巡檢是非常困難的，例如桿塔金具缺陷由于視角限制難以發現，而本系統可以消除人工巡檢所存在的視覺盲點，并可通過搭載超聲波測距裝置來對線下樹障及施工鉆越點對導線凈空距離數據進行精準測量，為故障清除工作提供數據支撐。

參考文獻：

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（作者單位：國網江蘇省電力有限公司無錫供電分公司）