基于无人机的输电线路巡视系统设计与实现

周书军+邢书理+刘杰

摘要当前国家已经把建设智能电网提升到国家的战略层面，因此，必须加快输电线路的智能化管理。现如今，我国的不少地区所使用的巡检手段依然是人工检查，这根本无法满足现在电力事业快速发展的需求。而无人机逐渐从军事领域扩展到其他领域，开始广泛应用于输电线路的巡查和架设线路。本文将详细分析六旋翼无人机的输电线路巡视系统设计与具体应用。

关键词无人机；输电线路；巡视系统；设计；实现

随着无人机在民事领域的应用，它被应用在输电线路领域，不仅可以对输电线路进行巡查而且也可以架设线路。无人机巡检可以完成很多项目，比如杆塔、绝缘子等部件的明显故障，而且也可以对线路附近的房屋、塔基附近的地形变化等进行检测，另外还可以发现标识牌是否处于完好状态，铁塔的塔材是否丢失，以及是否有异物等。相比较四旋翼无人机而言，六旋翼无人机具有更多的优势，本文以六旋翼无人机为例进行详细分析。

1六旋翼无人机应用的优势

六旋翼无人机的旋翼机械结构相对而言比较简单，它可以有效承载增加的回转效应。六旋翼无人机的六个旋翼具有完全对称的特点。当它对角线上的两个旋翼旋转的方向正好相反的时候就会将他们旋转时所产生的扭力矩抵消，这样就可以不用像是传统的无人机一样，用尾翼来补偿主旋翼的扭力矩，使旋翼的利用效率得到了进一步的提高。这些都说明六旋翼无人机具有很大的应用优势和很好的发展前景。

2六旋翼无人机输电线路巡视系统设计

2.1六旋翼无人机飞行器的设计

飞行器本身具有多种类型，而多旋翼无人机只是其中的一种，在飞行器中不但需要GPS导航系统，而且还需要POS点和照相机来对飞行进行控制，旋翼无人机的三维空间控制精度和固定翼、直升机相比较高，对于四旋翼无人机，一旦其中的某个旋翼出现了问题，就不可以正常进行作业，而八旋翼无人机甚至是更多旋翼的无人机，由于需要更多的动力组，所以效率自然没有六旋翼无人机高。六旋翼无人机可以根据输电线路GIS的坐标地点，在线路的正上方进行分型，对照相机姿态仪数据和POS数据进行记录，再把图像信息取回，将其导入到数据库中，这些数据则是基础数据。

2.2六旋翼无人机可见光设备设计

当前六旋翼无人机的可见光设备主要是照相机和摄像机。现在电器器件的体积变得越来越小，所以可见光设备也需要更加的小型化，分辨率也需要更高，同时需要安装姿态仪，通过定点、定距和定时来摄像或者是拍照，再把这些拍摄到的内容传到地面控制系统中，进而实现排查隐患或者故障的目的。

2.3六旋翼无人机图像处理软件设计

六旋翼无人机所使用的图像处理软件可以处理任何带有GPS的UAV图像，等高线、DSM等。还可以对多个数据集进行简易的管理，进行模块设计。矫正六旋翼无人机拍摄的图片，将其拍摄的图片都处于同一水平面上，而且每张图片的中心线路和输电线路的中心线路保持一致，最后建立起对比数据库。

2.4六旋翼无人机终端服务器设计

无人机的终端服务器最主要的功能就是保存对比基础数据库，通过对拍摄的照片数据进行分析，进而建立起各种故障点的模型软件，对故障点进行分类和排数，最后将一些疑似出现故障的点录入到文件夹中。到处POS和GPS数据，这样相关的技术人员就可以发现一些疑似故障的点进行排查，进而更加准确的发现输电线路中存在的安全隐患。

2.5巡检方案的设计

针对输电线路巡检的具体要求，从绝缘子、金属部件、杆塔和线路等方面的影响采集入手，本系统主要采用自主飞行和手动控制相结合的巡检方案，通过机载影像设备对数据进行实时的显示。

2.6巡检管理系统的设计

巡检管理系统包含了多方面的功能，比如对巡线任务进行规划，分析巡线结果、对拍摄的图像和影像进行处理、查询巡线的相关信息，对得到的结果进行展示等。通过无人机来巡视使巡线作业的流程变得更加标准，确保最终得到的结果信息完整性以及获取信息的便利性，使用户使用无人机进行作业的效率大大提高。

2.7巡检系统的具体实施步骤

1）自主飞行航迹点是需要根据杆塔的GPS坐标信息以及其周围的环境情况进行设定的，而航路的选择则是需要考虑到杆塔线路和飞行器之间的安全距离、影像设备的聚焦功能等。每一个航迹点上都可以预设停留的时间，如果到达了相对重要的航迹点可以进行悬停拍摄。当飞行器到达预设的航迹点时，可以通过控制模式来将其转变为手动控制模式，这样可以进行全面详细的影像拍摄。2）机载图像会通过地面的图像监测系统进行实时的显示，而且还可以对图像的优劣以及飞行器的拍摄角度进行配短。结合地面飞行器的参数对飞行器的轨迹进行适当的调整，地面的相关管理人员可以以拍摄到的图片为参考依据，对飞行器的航迹点进行适当调整，而且还可以优化飞行器的三维坐标、云台俯仰角度等。

3六旋翼无人机输电线路巡视系统的实际应用成果

六旋翼无人机由于自身具备的各种优势，有着十分良好的发展前景，它不但可以实现对输电线路的巡查而且也可以在架设输电线路的过程中起到重要作用。

3.1六旋翼无人机在架设输电线路中的应用

2015年6月安徽省滁州市京沪铁路路段，电力施工的相关工作人员在放线之前对六旋翼无人机进行调试。根据相关了解，这次是安徽省在不影响铁路列车正常运行的情况下使用六旋翼无人机开展袈裟输电线路作业，这样可以保障施工不影响列车的正点运行。因此六旋翼无人机在架设输电线路中也有很大的应用价值。

近年，梧州市供电局输电管理所首次使用六旋翼无人机巡视输电线路，这标志着其正式开始无人机巡视作业，如图2所示。

据输电所负责人介绍，与过去人工攀爬的检查方式不同的是，六旋翼无人机可以轻松到达距离地面100多米高的铁塔上方，利用高清相机实行全方位、多角度实时观测和高清拍摄，实现点对点的故障查巡。还可对线路中有可能存在的隐性或潜在的缺陷隐患进行定点排查，及时掌握高压输电线路设备的运行状态。此次采用无人机巡检线路，大大提高了线路巡视的效率。

随着此次六旋翼无人机巡线工作的开展，梧州供电局输电所负责人表示，2016年输电所将大力推广无人机和人工巡检相互协同的输电线路新型巡检模式，无人机将大规模运用到電力线路巡检中，对电力线路进行全方位、立体式巡查。同时开展相关培训，推动无人机巡检工作常态化，制定日常飞行工作计划，对重要输电线路开展定期飞行巡视工作，使无人机更好地应用在输电线路巡视工作中，为线路的安全运行提供保障。

4结论

六旋翼无人机输电线路巡视系统可以获取到高质量的影像，它还具有其他的功能：第一，实现低电压保护的目的，如果飞行器的电压达到了预设的安全电压时，地面控制系统就会发出指令使其自动返航；第二，进行失控保护，如果飞行器因为意外原因无法接受地面信号，它将自主返航降落；第三，结合上一次巡航的效果对相关的航路和航迹点进行保存，为下一次提供参考依据。endprint