输电线路无人机巡检技术应用现状及相关问题探讨

张 达

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输电线路检测可以为输电线路的安全可靠运行提供有力保障。然而，随着电网行业的快速发展，各种输电线路的分布越来越广泛，输电线路巡检的工作量也越来越大。然而，由于我国幅员辽阔，输电线路所处地形复杂多样，传统的输电线路检测技术由于各自的缺陷无法有效地满足检测要求。检测技术的不足推动了无人机输电线路检测技术的产生和发展。

一、电力线路巡检方式和手段

目前，输电线路检测的手段可分为人工线路检测、机器人线路检测、载人直升机线路检测和无人机线路检测。人工巡逻模式存在时间长、成本高、操作困难、操作风险大、工作强度高、效率低等问题。因此，巡检模式越来越不能满足线路巡检的需要。机器人巡线模式是高压架空输电线路的一种自动巡线模式。该巡逻模式虽然精度较高，但也存在着距离短、速度慢、穿越障碍物困难等缺点，限制了其应用范围。有人直升机线路巡检模式可以通过配备成像设备的直升机对传输线进行拍照。具有高效的输电线路巡检功能。然而，它需要大量的人力资源和复杂的管理和技术储备。因此，载人直升机直接启动巡逻模式尚未得到广泛应用。无人机以其机身小、成本低、负载轻、操作简单等特点，越来越受到电力企业的重视，在输电线路巡检领域发挥着越来越重要的作用。

无人机是由机身上的无线遥控设备和程控装置操作的一种无人机系统。由于无人机可以携带图像采集设备和信息传输设备，采集到的巡逻信息可以传输到地面工作站。与载人飞机相比，无人机更有可能执行对人类来说太单调、太脏或太危险的任务。为了减少操作人员的工作量和危险性，无人机得到了广泛的应用。电力系统中常用的无人机主要包括无人直升机、固定翼无人机、多旋翼无人机和无人飞艇。

二、无人机巡检情况介绍

1.无人机检测的工作原理。它通常由四个子系统组成：无人机、通信设备、机载设备和地面站。对于无人机系统，将摄像机或摄像机安装在机体上，接收地面站的遥控信息指令，对电网输电线路的关键部位进行拍照和采样，或对整个输电线路进行拍照。对于无人机机载设备来说，它是无人机获取传输线图像信息的媒介。对于通信设备来说，它是无人机和地面站之间的桥梁。它接收无人机的图像信息并传送给地面站。它还接收地面站的检查指令并将其发送给无人机。对于地面站来说，其主要功能是协调无人机的遥测和遥控通信，并在无人机检查过程中定位采集到的视景信息的位置。无人驾驶飞行器的动力传输线检测一般是将小型摄像机、摄像机或红外测温仪固定在无人驾驶飞行器的机身上，通过接收地面站的远程信息指令，实现电网关键部位的传输，线路图片采集或在输电线路上进行全面采集，同时将采集到的图像信息传输到地面终端工作站，由通信设备和人员进行基于专家知识的输电线路运行状态图像分析，并将采集到的图像信息传输到地面终端工作站，并计划进一步的故障排除维修策略。

2.无人机检查工作流程。为了保证无人机巡线的效率、安全和正常运行，需要在前期丰富的理论研究基础上，结合输电线路的现场试验效果，合理制定标准化的无人机巡线流程。一是制定检查计划并审批。在学习线路检查方式方法的基础上，充分了解线路检查任务，制定线路检查计划，报主管部门批准。二是线路检查的前期准备。获取输电线路现场巡视的地形地貌条件、气象条件和周边线路情况，掌握线路走向、运行参数、杆塔精密GPS信息、穿越条件收集以前的缺陷记录，整理数据和信息进行查找。三是现场巡线作业。这一部分主要包括无人机起飞前的准备和飞行检查操作两个阶段。无人机起飞前的准备工作。根据得到的杆塔和地标的精确GPS信息，确定无人机的具体检查路线。检查无人机系统，确认无人机运行状态良好。采用自主检测模式时，应在检测路径上进行航迹规划。飞行检查操作。它使无人机按照预定的检查计划以稳定的控制方式飞行。当遇到特殊飞行条件时，地面操作人员可根据需要及时更改飞行计划。通过调整摇架头部的角度，无人机可以拍摄照片或视频，获取检测线的工作状态。四是检查结果汇总，记录无人机现场检查结果。五是故障处理与预测。根据专家知识，合理选择故障处理方法，根据线路状态预测潜在的故障隐患。

三、无人机巡线作业中的故障诊断与预测

1.构建检测模型。无人机线路检测以传输线图像为手段，但仅有少数图像含有故障信息。在传统模式下，人眼用于从图像中检测可能的故障信息类型。该方法易引起操作者眼睛疲劳，检测效率低，不能处理复杂的故障类型。为了快速有效地检测和发现输电线路故障，输电线路检测中的智能故障检测方案已成为研究热点。提出了一种基于多源信息融合理论的输电线路铁塔检测框架模型。主要采用相机图像采集、塔架模型聚类分析、特征提取与匹配三个步骤，然后从检测图像中自动检测出塔架可能存在的故障类型。提出了一种高效、快速的输电线路故障自动检测启发式聚类算法。通过对实验室空间颜色信息和灰度值的聚类分析，可以有效地检测输电线路故障特征。

2.开展故障预测。故障预测是减少输电线路突发故障、提高预测维修水平的重要手段。利用遗传算法对输电线路故障进行预测，有效地解决了电网输电线路复杂故障的预测问题，但不能有效地处理无人机获取的检测图像。

四、结束语

随着无人机技术的成熟，无人机线检的优势将得到更充分的体现，其应用也将更加广泛。通过模式识别、通信和电子技术的集成，形成了一套高效的无人机巡逻系统，大大减轻了输电线路巡逻人员的工作量，能够快速有效地对输电线路进行巡逻。随着无人机航迹规划、智能故障诊断与预测技术的发展，无人机巡检系统可以进一步提高巡检的质量和智能化水平，提高动力自动化能力。