输电线路采用多旋翼无人机精细化巡检方法探讨

2018-12-08冯凯

海峡科技与产业 2018年7期

冯凯

国网保定供电公司，河北保定 071000

近年来，随着无人机技术的发展，国内外对于无人机在电力巡检的应用研究，趋于成熟。目前主要采用固定翼无人机进行线路勘查以及通道巡视，采用多旋翼无人机对线路杆塔进行精细化巡检。大型无人机还可以携带线轴进行电力放线、起吊塔材等工作[1]。

目前主流的多旋翼无人机精细化巡检，仍需要人工参与，即有工作人员操作无人机飞到输电杆塔的适当位置，对线路部件进行拍照或摄像，待无人机返回后，将照片或者视频资料取出，对其中的缺陷进行人工判定。这样的巡检方法存在几个问题：

一是照片或者视频资料大多是巡检结束后，从无人机上携带的存储卡中取出进行人工缺陷判定的。如果飞行过程中有拍摄死角，会产生巡检的盲点。二是照片本身无法进行位置命名，在后期判定中，为了得到缺陷的具体位置，对于杆塔精细化巡检的路径需要有统一的要求。三是实际巡检过程中，涉及视距外飞行，有一定的操作难度。

本文优化了几种不同塔型的巡检路径，并对精细化巡检方法进行探讨，解决存在的巡检问题。

1 精细化巡检的巡检方法

对于一般单回路直线塔与单回路耐张塔，按照一定的顺序，对杆塔金具进行逐级的巡检。首先在杆塔一侧起飞，拍摄基础和杆号牌，用于分析照片时候可以区分杆塔号。升起无人机到横担部位，拍摄金具和连接部位，同一部位一般拍摄两张角度略有区别的照片，避免相机抖动导致照片模糊及由于螺栓、销钉穿向不一致导致的拍摄死角[2]。飞到杆塔顶端，拍摄通道和地线线夹金具等。从杆塔顶端跨越导地线，可以避免导地线对地或交叉跨越物距离不足导致放电事故，也能保证无人机出现故障后一键返航不会碰触导地线从而造成事故。然后从另一侧横担处拍摄金具和连接部位。所有金具部位都拍摄完毕后，降落到地面或飞向下一杆塔，一基杆塔拍摄结束。

1.1 对同塔并架双回路直线塔，采用倒U型巡检方法

（1）在合适位置无人机起飞，先飞到面向大号侧方向的左侧对杆塔的塔号牌和基础各拍照2张。

（2）缓慢上升到杆塔左侧下相绝缘子导线挂点处，水平距离杆塔5米左右，对导线挂点处金具拍照2张。垂直移动无人机，到下相绝缘子横担挂点处，对横担挂点处金具拍照2张。垂直移动无人机，逐次拍摄中相及上相。

（3）垂直上升高度，到左架空地线挂点处，对挂点处金具拍照2张。从杆塔上空飞跃至另一侧，下降至右架空地线位置，调整相机角度及变焦倍数对地线支架，地线挂点金具进行拍照2张。

（4）逐渐下降高度到杆塔右侧上相绝缘子横担挂点处，水平距离杆塔5米左右，对横担挂点处金具拍照2张。垂直下降无人机，到上相绝缘子导线挂点处，对导线挂点处金具拍照2张。垂直下降无人机，逐次拍摄中相及下相。最后对右侧杆塔的杆号牌和基础进行拍照。完成同塔并架双回路直线塔的拍摄[3]。

采用该巡视路径进行杆塔巡视，无人机只需短暂停留，即可快速拍摄照片。从起飞到降落，路径平滑，形似倒U型，故称为倒U型巡检方法。

1.2 对同塔并架双回路耐张塔，采用双S型巡检方法

（1）在合适位置无人机起飞，先飞到面向大号侧方向的左侧对杆塔的塔号牌和基础各拍照2张。

（2）缓慢上升到杆塔左侧下相小号侧绝缘子导线挂点处，水平距离杆塔5米左右，对导线线夹处拍照2张。水平移动无人机，到下相小号侧绝缘子横担挂点处，对横担挂点处金具拍照2张。小幅度移动无人机，到下相大号侧绝缘子横担挂点处，对横担挂点处金具拍照2张。继续移动无人机，到下相大号侧绝缘子导线挂点处，对导线挂点处金具拍照2张。

（3）垂直上升高度，到中相大号侧绝缘子导线挂点处，对导线挂点处金具拍照2张。水平移动无人机，到中相大号侧绝缘子横担挂点处，对横担挂点处金具拍照2张。小幅度移动无人机，到中相小号侧绝缘子横担挂点处，对横担挂点处金具拍照2张。继续移动无人机，到中相小号侧绝缘子导线挂点处，对导线挂点处金具拍照2张。

（4）继续垂直上升高度至上相小号侧绝缘子导线挂点处，对导线挂点处金具拍照2张。水平移动无人机，到上相小号侧绝缘子横担挂点处，对横担挂点处金具拍照2张。小幅度移动无人机，到上相大号侧绝缘子横担挂点处，对横担挂点处金具拍照2张。继续移动无人机，到上相大号侧绝缘子导线挂点处，对导线挂点处金具拍照2张。

（5）继续上升高度至左架空地线挂点处，对挂点处金具拍照2张。

（6）从杆塔上空飞跃至另一侧，下降至右架空地线位置，调整相机角度及变焦倍数对地线支架，地线挂点金具进行拍照2张。

（7）逐渐下降高度，依次对杆塔右侧的上相、中相、下相进行拍照。最后对右侧杆塔的杆号牌和基础进行拍照。完成同塔并架双回路耐张塔的拍摄。

该巡视路径的原则是不走重复路线，最大限度的利用无人机的续航能力，通过寻找一条连续的曲线，完成双回路耐张塔的精细化巡检。因同塔并架双回路耐张塔拍摄路径形似正反两个S，故称之为双S型巡检方式。在每一处挂点处拍照时，一般拍摄的2张照片前后有小距离的位移，防止有遮挡现象导致拍摄出现死角[4]。

所有无人机拍摄都必须按照既定的路线进行飞行，这是为了保证后期照片处理时发现缺陷后能够准确判定缺陷的位置，避免出现照片可以发现缺陷却记不清缺陷位置的状况。

2 视距外飞行的巡检方法

应用无人机进行输电线路巡检时，如果电力杆塔在山顶或者河流对岸，有树木等障碍物遮挡的情况下，需要应用视距外飞行的巡检方法，即只通过操作人员手中的视频接收系统来判断无人机的飞行轨迹以及杆塔各部位的位置，进行拍摄巡检。

目前的多旋翼无人机多使用的是三轴云台，照相机在上下、左右、前后三个维度可以自由组合旋转，在视距内飞行的时候，可以肉眼看到无人机的照相机的姿态，一般采用无人机对头飞行，即无人机的机头一直对着操作者前方，通过控制照相机的拍摄方向来获得需要的照片。对于视距外飞行，我们通过飞行经验得出一种视距外飞行的可行方法——即照相机的左右方向不动，前方一直对应无人机的机头方向，通过操作无人机的机头方向使照相机的镜头对准所需要拍摄的部位。这样操作可以保证从视频显示器中看到的景象即照相机镜头中的镜像，同时也始终是无人机机头对应的方向。

这是由于对于无人机的操作人员来说，一般无人机对头飞行的操作比较熟悉也比较符合人体的习惯。视距外飞行始终保持照相机镜头与无人机机头方向一致，给人一种身临其境的感觉。另外视距外飞行需要始终清楚无人机的飞行方向，避免无人机飞行时误撞树木或者低压线路导致事故。

视距外飞行适合于无人机在恶劣天气情况下的故障巡视，高山大岭、湍急河流等恶劣地形下的巡视等，以及对于视距内飞行无法满足的情况下，可慎重考虑视距外飞行。

3 巡检图片的后期处理

无人机巡检以后的照片需要经过人工判定确认缺陷。由于实际现场的气象条件或者光学条件的不同（顺光或者逆光拍摄），会导致原始的无人机巡检照片可能无法辨别清晰的销钉、螺栓等细微部件的缺陷，这个时候需要对巡检照片进行必要的后期处理。

3.1 照片放大裁剪

照片放大是基本的处理方式之一。将照片在电脑上进行放大以后，可以发现大部分的细微缺陷，进行放大裁剪以后的缺陷照片能够为检修工作提供第一手的详细资料。对于销钉类缺陷，只有放大裁剪以后的照片才能够清楚地看到缺陷的位置和具体的缺陷性质。

3.2 曝光

若是实际工作现场天气晴朗，光线充足，并且无人机拍摄时选择顺光的角度，则拍摄的照片基本不需要处理。但是在秋冬天气或者阴雨、雾霾天气情况下，拍摄的照片颜色灰暗，销钉等部件难以辨认，可以在电脑上用图像处理软件进行曝光处理，这样可以得到较为清晰的照片。

3.3 辅助分析

同一处设备部件，在不同角度的照片中显示的位置不同，可以根据不同位置的照片进行辅助分析。例如，对于单回路直线塔来说，拍摄左相绝缘子导线悬垂线夹连接处的螺栓，由于螺栓穿向的问题，从外侧拍摄可能无法得到螺栓螺母及销钉的照片，可以在拍摄右相绝缘子导线悬垂线夹时，从背景影像中发现左侧绝缘子导线处螺栓螺母以及销钉是否丢失。从不同的照片中进行综合分析，避免产生拍摄死角。