小型多旋翼无人机在架空输电线路巡检应用探索

傅荣宗 丘文彪

摘 要：隨着社会经济的不断发展，人们生产生活中对电力的需求也不断增加，因此对于架空输电线路运维检修要求越来越高。对于快速高效巡维线路并消除安全隐患、缺陷，保证电网安全运营的需要，由于传统巡检方式的诸多限制而无法满足。因此，小型多旋翼无人机在架空输电线路巡检应用应运而生。文章首先分析了架空输电线路巡检网络对无人机的要求，然后介绍了无人机的特点和应用现状，最后探讨了小型多旋翼无人机在架空输电线路中的模块配置及存在问题。

关键词：无人机；输电线路；巡检

中图分类号：TM75 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）33-0170-02

Abstract： With the continuous development of social economy， the demand for electricity in production and life is also increasing， so the maintenance requirements for overhead transmission lines are getting higher and higher. For fast and efficient patrol lines and eliminate security risks and defects， it is hard to ensure the safe operation of the power grid， due to the traditional patrol way of many restrictions. Therefore， the application of small multi-rotor unmanned aerial vehicle （UAV） in overhead transmission line inspection is developed at this historic moment. This paper first analyzes the requirements of UAV for overhead transmission line inspection network， then introduces the characteristics and application status of UAV， and finally discusses the module configuration and existing problems of small multi-rotor UAV in overhead transmission line.

Keywords： unmanned aerial vehicle （UAV）； transmission line； patrol inspection

输电线路传统的巡检方式受人员劳动强度大、工作条件艰苦、劳动效率低、危险性高等因素限制，遇到电网紧急故障和异常气候条件下，线路巡检人员不具备有利的交通优势、仅有效利用普通仪器或单纯通过肉眼来巡查设备，这种方式已经不能完全适应现代化电网建设与发展的需求。为此，小型多旋翼无人机实现了输电线路先进、科学、高效的巡检方式。

1 架空输电线路无人机巡检要求

输电线路大多处于高山密林之中，部分多回路输电线路较为复杂，线路之间的间距比较小。对于架空线路进行巡检的不同方式，因此需要无人机能够具备可见光成像、红外测温或者激光雷达测距等功能，还需要无人机具有较强的环境适应性，并且携带的时候比较方便。

一般小型多旋翼无人机可以很好的满足架空输电线路巡检要求，目前，小型多旋翼无人机已经实现了电子化、信息化、智能化巡检，提高了电力线路巡检的工作效率、应急抢险水平和供电可靠率。特别在山洪暴发、地震灾害等紧急情况下，无人机可对线路的潜在危险，诸如导线损伤等问题进行勘测与紧急排查，丝毫不受路面状况影响，既免去攀爬杆塔之苦，又能勘测到人眼的视觉死角，对于迅速恢复供电很有帮助[1]。

2 无人机的概述以及应用

早期我国就开始使用载人直升机进行巡检，但是这种巡检方式的安全系数比较低、机动性较差并且巡检成本较高等，不符合电力巡检的要求。我国对无人机的研究起步较晚，同时我国的低空领域也没有完全对无人机开放，目前电力企业无人机巡检应用尚处于发展阶段。

目前电力企业已经建设无人机巡线应用体系，对输电线路无人机巡检应用更加重视数据处理以及图像处理。对于一些高原以及边远山区等地区，使用无人机来巡查架空输电线路的优势更为明显，从而更好地解决走廊树障问题。我们山区供电局计划2020年底基本实现“机巡为主、人巡为辅”的协同巡检目标，要求机巡覆盖不少于90%的110kV及以上线路；100%覆盖Ⅰ级、Ⅱ级风险管控220kV及以上线路，无人机巡检占比达到70%。

3 小型多旋翼无人机应用到输电线路巡检中的模块配置

根据输电线路巡检对无人机的工作要求，需要对小型多旋翼无人机配置相关的模块，这样才能够更好的完成巡检任务。下面将对这些模块进行重点分析。

3.1 高速成像模块

高速成像模块主要是无人机在飞行的过程中能够实现对输电线路图像的采集，通过具有较高分辨率的可见光相机能够拍摄一些可见光图像。这样就能够观测到架空输电线路中存在的一些绝缘子雷击、断股以及导线毛刺等情况。为了提高无人机巡检的质量，对可见光传感器也提出了更多的技术要求，包括：能够有自动对焦功能、拍摄的速度要高于25帧/s，并且具有4倍的光学变焦功能，其能够连续的可调，有效的像素数要高于1000万。

3.2 红外、紫外传感器模块

对于输电线路出现的导线接头、线夹等部位的发热故障，可以通过红外成像传感模块进行检测。因此，使用无人机对架空输电线路进行巡检的时候，可以搭载红外成像传感模块。同时还需要遵循一定的要求，包括：具有自动对焦功能；有效像素数要高于30万；能够得出热图数据并且能够导出，能够对影响中温度最高点的数值以及位置进行实时显示。

對于输电线路以及电气设备出现的电晕放电情况，可以通过紫外成像传感模块进行监测。将紫外成像传感模块搭载到小型多旋翼无人机上，需要遵循一些技术标准，包括：体积较小；质量要低于1.5KG；具有较高的探测灵敏度；能够获取到光子技术信息；能够兼顾可见光模块的功能，巡检一些比较常见的故障。

目前，将紫外成像传感模块搭载到小型多旋翼无人机上有三种探测系统，包括日盲紫外探测仪和微型可见光相机；定焦距日盲紫外探测仪；改进型可见光/日盲紫外双谱段探测仪。对三种方案的开发周期、成本以及优缺点进行对比，目前比较适合的就是改进型可见光/日盲紫外双谱段探测仪，将其搭载在小型多旋翼无人直升机上，能够极大的提高巡检质量[2]。

3.3 激光雷达测量技术模块

机载激光雷达测量系统由激光扫描仪、惯性导航系统、动态差分定位系统、成像装置和控制系统等组成。

机载激光雷达测量作业生产环境主要包括航摄设计、航摄数据采集、数据预处理、激光数据分类、安全距离分析、数字高程模型、三维模型制作等。

基于无人机平台的激光雷达输电通道巡检技术实现了线路本体和廊道地形地物高精度激光点云、光学影响数据的同步采集、半自动处理、故障诊断和预警，可实现通道环境安全监测。通过将激光雷达电力巡检和电力线路设计有机结合，可实现输电通道高精度还原和三维仿真分析，有效提高输电线路信息化管理水平。

4 无人机应用过程中存在的问题

当前，国内外的电力公司在使用无人机进行架空输电线路巡检的时候都使用了手动操作的方式，暂未实现智能飞行。对线路的情况进行获取的时候，通常需要人员将无人机操作到目标高度，然后再手动调整拍摄的角度。这样操作起来难度比较大，并且对操作人员的技能要求比较高，同时安全程度也不高。无人机也没有学习功能，当下次进行巡检的时候，还需要重新进行操作。使用无人机进行巡检的时候，智能化水平比较低，并且收集和分析资料的时候也需要人力来完成，因此成本也比较高。目前将无人机使用到架空线路巡检的过程中的主要方向就是能够智能快速地处理影像资料。同时对于无人机及其电池的管理，也没有记录统计使用的情况，不能够进行全寿命周期管理[3]。

5 结束语

随着我国电力建设的不断发展，搭载高速成像、红外传感器以及激光雷达测距等模块的多旋翼无人机在输电线路巡检应用愈加重要，能够极大地提高巡检的质量以及效率。后续在海量数据处理、巡检缺陷图像自动识别等方面新技术的转化和发展将更大提高电力行业无人机巡检实用水平，切实解决实际生产问题，保证输电线路的安全稳定运行。

参考文献：

[1]张政，窦杰，陈冀渝.多旋翼无人机的航空摄影测量技术在电力测绘中的应用[J].科技尚品，2016（7）：4-5.

[2]孟令川.高海拔地区高压架空输电线路无人机巡视精益化研究[J].科技创新与应用，2016（35）：46.

[3]莫刚.小型多旋翼无人机在线路故障巡视的应用探讨[J].电子世界，2017（17）：154.