对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨

陈景尚

摘 要：在无人机技术应用于电力线路巡检以后，巡检人员可以利用这一技术构建高效化的巡检系统。传感器集成方法与POS系统的应用，也有助于提升电力线路巡检工作的自动化水平。文章主要对无人机电力线路安全巡检系统的系统构成与无人机电力线路安全巡检系统的关键技术进行了探究。

关键词：无人机；电力线路安全巡检系统；巡检技术

中图分类号：TM75 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）02-0158-02

Abstract： After the application of UAV technology in power line inspection， patrol personnel can use this technology to build an efficient inspection system. The application of sensor integration method and POS system is also helpful to improve the automation level of power line inspection. This paper mainly discusses the system structure of UAV power line security inspection system and the key technology of UAV power line security inspection system.

Keywords： UAV； power line safety patrol system； patrol technology

前言

架空电力线路在电网系统中发挥着重要的作用。架空电力线路覆盖范围较广，线路途径的区域的地形环境较为复杂。在自然环境与架空电力线路自身因素的共同影响下，导地线断股、腐蚀及绝缘子破损等故障会引发严重的电力事故。为保证电网系统的正常运行，电力部门往往需要耗费大量的人力物力资源开展巡线工作。以人工巡线为主的巡线方式存在着劳动强度大与巡检效率低下的弊端。无人机技术在电力线路巡检工作中的应用，可以让电力线路安全巡检工作擺脱环境因素的限制，也可以在提升巡检效率的基础上，提升线路巡检工作的安全性。

1 无人机电力线路安全巡检系统的系统构成

1.1 多传感器数据获取系统

多传感器数据获取系统是无人机电力线路安全巡检系统中的核心要素。它主要由以下几种系统构成：一是，无人机飞行平台；二是，多传感器数据获取系统；三是，稳定平台与POS定姿定位系统。无人机飞行平台可以分为固定翼飞行平台与旋翼飞行平台。在电力线路安全巡检工作开展过程中，该平台可以用于搭载传感器系统、稳定平台等机载设备。电力系统巡检任务的任务类型、飞行距离与飞行速度等具体要求可以被视为无人机平台应用方案的决定因素[1]。如在基于可见光拍摄的快速巡检工作实施过程中，相关人员可以将小型固定翼无人机平台应用于巡检工作之中。传感器系统包含有光学数码相机、热红外成像仪和激光扫描仪等多种设备。光学数码相机可以在绝缘子爆裂及导地线断股等故障的诊断过程中得到应用。热红外成像仪适用于输电线路设备红外视频信息采集。稳定平台具有以提升目标成像质量的作用。POS定姿定位系统有助于无人机飞行风险规避能力的强化。

1.2 地面测控站系统

地面测控站系统可以对无人机飞行状态进行实时监控。这一系统中包含有无人机平台地面控制系统、数据编解码系统及实时数据分析系统等多种系统。在控制无人机飞行过程中的传感器数据信息获取方式的基础上，地面测控站系统也可以对来自无人机的数据信息进行基础分析。

1.3 数据通信链路系统

数据通信链路系统在通信方面发挥着较为重要的作用。一般情况下，数据通信链路系统需要包含地面测控站信号接收/发射设备、无人机中继通信设备等多种系统。该子系统可以为地面测控站与无人机飞行平台之间的数据通讯提供保障，也可以为无人机在地形复杂的山区环境的通讯能力提供保障。数据链路的传输需求需要与无人机巡检系统的实际需求相匹配，根据电力线路安全的巡检系统的实际情况，数据传输速率可以控制在4Mbps-8Mbps之间。

1.4 数据处理系统

应用于无人机电力线路安全巡检系统中的数据处理系统以地面数据处理系统为主，该系统在数据信息后期的处理、存储过程中发挥着较为重要的作用。多传感器数据预处理系统与几何处理系统是这一系统的主要组成部分。地面处理系统所采用的分析方法以摄影测量与遥感分析为主。

2 无人机电力线路安全巡检系统的关键技术

2.1 飞行姿态控制技术

强风、降雨等气候因素可以被看作是无人机飞行姿态控制技术的主要影响因素。飞行姿态控制技术在无人机电力线路安全巡检系统中的应用，可以为无人机与线路的安全提供保障。根据一些研究者的研究结果，LQG控制器可以用于飞机俯仰翻转姿态的控制，除LQG控制器以外，PID控制器也可以应用于无人机的偏航控制[2]。无人机电力线路安全巡检系统所使用的飞行姿态控制技术需要具有鲁棒性强的特点。

2.2 地面数据处理技术

就电力线路巡检工作而言，地面数据处理技术是利用巡检设备中的红外成像仪、紫外线成像仪及POS系统等多种传感器数据进行信息融合，生成高精准度的数据成果。

2.3 正射影像采集技术

根据电力线路巡检工作的实际情况，正射影像采集技术建立在GPU模型的基础之上。这一技术的应用，有助于正射影像采集速度的提升，也可以为航测影像的快速处理提供支持。

2.4 线路隐患、缺陷的探测技术

2.4.1 视觉探测技术

视觉探测技术为可见光探测技术，在这一技术应用于线路隐患与缺陷的探测以后，相关人员可以通过无人机搭载高清相机与高清摄像机的方式，完成巡线图片与巡线视频的拍摄，并要在将相关信息传输至地面基站以后，利用专家系统分析线路的实际情况。视觉探测技术在电力线路显性故障（如导线断股、异物悬挂及杆塔变形等故障）的甄别过程中发挥着重要的作用。图像的质量是图像识别精度与图像识别的准确度的主要影响因素。

2.4.2 红外线、紫外线探测技术

红外热成像仪具有提取表面温度超过周围环境温度的异常温升点的作用。该设备可以在根据红外光谱图像，对线路接头、线夹和绝缘子等设备中存在的发热点进行有效确认。紫外热成像仪具有接受线路设备放电过程中产生的紫外光讯号的功能。在电力线路安全巡检工作开展过程中，相关人员可以借助图像探测导线外伤、绝缘子放电及污染等放电现象。在紫外线探测技术应用于电力线路巡检工作以后，太阳光及人造光源对巡检工作的干扰，是巡检人员所不可忽视的内容。

2.4.3 激光雷达探测技术

激光具有较为良好的单色性与相关性。其在实际应用过程中也可以表现出方向性强的优势。现阶段激光技术在角度检测、距离测量与长度测量过程中发挥着较为重要的作用。通过对激光测距技术的发展现状进行分析，连续波相位式测距技术与脉冲式测距技术是两种较为常用的測距方式。激光雷达技术与无人机电力线路巡检技术之间的融合，可以让巡检人员在扫描线路走廊的基础上，获取高精度的激光点云数据信息，进而借助高分辨率航空数码影像开展高精度三维建模[3]。激光雷达技术在电力线路巡检过程中的应用，也可以让巡检人员在计算输电线路与树木、建筑物的距离的基础上，完成故障缺陷的准确定位。GPS技术也在无人机电力线路巡检系统中发挥着重要作用。就激光雷达技术应用情况而言，以下因素是电力线路巡检期间需要关注的内容：一是，无人机平台的任务载荷；二是，GPS数据的准确性。

2.5 无线通讯技术

无线通讯技术与无人机的遥控测量功能、信息传递功能及跟踪定位服务功能之间具有一定的联系。无人机的遥控测量与以下因素有关：一是，无人机飞行状况的测量；二是，无人机设备参数的测量。无线通信技术可以让巡检人员对巡检设备与无人机的飞行状态进行关注。信息传递主要指的是无人机任务载荷传感器信息的传输。无人机跟踪定位功能的开发，可以让巡检人员对无人机的位置进行实时掌控，以保证无人机工作状态的稳定性。

3 结束语

无人机巡检技术涉及到了图像识别、电子通信与影像采集等多种技术领域。完善化的无人机巡检系统的构建，可以在降低巡检工作劳动强度的基础上，促进巡检成本的降低，也可以在缩短巡检时间的同时，提升巡检工作的工作效率。无人机巡检技术的应用，对航测技术与电力技术的发展具有积极的促进作用。无人机跟踪定位功能的开发，可以让巡检人员对无人机的位置进行实时掌控，以保证无人机工作状态的稳定性。在未来一段时期内，无人机巡检技术可以在电力领域表现出良好的应用前景。

参考文献：

[1]宁柏锋.无人机电力线路安全巡检的关键技术分析[J].计算机产品与流通，2018（04）：161.

[2]彭向阳，刘正军，麦晓明，等.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J].遥感信息，2015，30（01）：51-57.

[3]麦晓明，刘正军，彭向阳，等.无人机电力线路安全巡检航线及任务规划软件系统设计[J].广东电力，2013，26（12）：81-85.