输电线路无人机巡检智能管理系统的研究与应用

张卓成

【摘  要】本文首先阐述了无人机在输电线路巡检中的优势，接着分析了输电线路智能巡检系统的设计，最后对无人机线路巡检展望进行了探讨。

【关键词】无人机;输电线路;智能巡检

引言

因输电线路地形复杂且自然环境恶劣，传统的人工巡检模式已经难以满足运维精益化管理的现实需求，故本文将构建基于无人机的输电线路智能巡检系统，其可以日夜兼程地在果园、鱼塘、高速公路、工厂、农田等巡检人员难以达到的线路区段内进行高频次数据采集，通过无线方式回传到地面终端，经数据的整理分析后实现输电线路缺陷巡检的“零死角”。

1 无人机在输电线路巡检中的优势

无人机是近年来新兴的一项技术，在诸多领域中得到广泛应用，对于输电线路巡视检查而言，无人机的优势主要体现在如下几个方面：

1.1 可有效降低巡检成本

我国有很多输电线路架设在人迹罕至的地区，传统的人工巡检方式想要涉及这些区域有一定的难度，为满足工作需要，常常会使用较长的高空架线，由此使得巡检成本随之增大。而无人机并不会受到地形的限制，在有效的飞行距离内，作业人员只要操控无人机便可从不同的角度对输电线路上的设备进行巡视检查，减轻了人员的工作量，相关费用也随之降低。此外，由于巡检人员无需亲临现场，从而使得作业安全性得到可靠保障，避免了安全事故的发生。

1.2 可缩短巡检时间

无人机基本不会受自然环境和气候条件等因素的影响，在可能发生自然灾害的地区利用无人机对输电线路进行巡检，可以在较短的时间内顺利完成任务。无人机具备快速巡检的能力，通过在指定位置进行悬停，可检查线路上的设备，确定缺陷，并对巡检结果进行实时回传，整个过程耗时较少。此外，无人机巡检前基本不需要进行较长时间的准备，大部分无人机在90s以内便可起飞，当一个区域内的线路巡检完成后，可以快速转移至下个区域，有效缩短了输电线路的巡视检查时间。

1.3 巡检更全面

随着无人机技术的不断发展和完善，其功能日渐强大，通过搭载不同的平台和系统，可以使无人机具有更多的功能，如设备缺陷快速查找、故障定位、实时监测等等。由此使得无人机的巡检更加全面，线路的跳闸次数和停电时长随之减少，确保了整个电網的运行安全性和稳定性，给供电可靠性提供了有效保障

2 输电线路智能巡检系统的设计

2.1 输电线路智能巡检系统的总体架构

系统整体上由地面巡检系统平台、任务载荷设备及无人机平台等三个部分构成，其中地面巡检系统平台负责对无人机数据监控和航拍图像等进行回传，并实时传输和监控无人机飞行、巡检数据及各类控制命令;任务载荷设备包含红外测温仪、高清数码相机、图传、GPS、云台（搭载高清数码相机的可视范围，要求俯仰角为-90°～+30°，水平角为-180°～+180°）及各类传感器，还可以根据输电线路的实际巡检需求来加载更多的巡检设备;无人机平台包含无人机集体、电气系统、导航系统及其他确保无人机正常运行的部件。图1为系统的总体架构，该系统整体上由安全防护、硬件设备、业务支撑及具体应用等四个分支构成，各部分的作用如表1所示。

2.2 输电线路智能巡检系统的功能划分

2.2.1 输电线路状态可视化模块的规划

输电线路状态可视化模块的功能主要包含如下几个方面：第一，输电线路状态的全景展示。通过视频拼接和图像拼接技术，输电线路的全屏图将在地面巡检系统平台上向操作人员进行全方位展示;第二，输电线路状态的三维可视化展示。通过RS、虚拟实现及GIS技术，DEM、影像数据、三维模型数据及LIDAR数据等海量数据将在系统被集成处理，实现三维数据的空间分析、功能设计、实时浏览、需求拓展及三维渲染功能，从而使输电线路及走廊的相关信息在地面巡检系统平台上向操作人员进行实时展示;第三，无人机巡检数据的实时展示。将无人机在作业现场获取的实时巡检数据传递给技术支撑系统，无人机的巡检数据将在地面巡检系统平台上向操作人员进行全方位展示;第四，无人机飞行轨迹的实时展示。将无人机的飞行轨迹实时传递给技术支撑系统，无人机的飞行轨迹和位置信息将在地面巡检系统平台上向操作人员进行全方位展示，并可在地理地图上进行叠加。

2.2.2 输电线路状态分析模块的规划

输电线路状态分析模块的功能主要包含如下方面：对太阳无人机的巡检数据进行缺陷智能识别分析（包含放电点检测、异常发热点检测等），将输电线路及其设备的缺陷及时在地面巡检系统平台进行展示，以便运维检修人员采取必要的处理措施;对太阳无人机巡检所获取的相关缺陷数据（如班组、时间等）进行人工识别，并能够进行缺陷的人工查询和统计分析。

2.2.3 输电线路运行隐患分析模块的规划

输电线路运行隐患分析模块的功能主要包含如下方面：通过对无人机巡检数据的智能识别分析，对诸如地质变化、违章建筑等外部隐患进行检测分析;通过对无人机巡检数据的数据分类及统计分析，实现外部隐患的智能预警及辅助决策。

2.2.4 无人机巡检作业管理模块的规划

无人机巡检作业管理涵盖无人机巡检作业任务从申请、审批到最终完成的整个过程，主要内容包含无人机飞行方案的制定和审批、无人机检修维护管理、无人机巡检作业申请及皮肤管理、无人机巡检资料移交管理、无人机巡检数据处理及飞行报告编制、无人机巡检设备准备管理等。

3 无人机线路巡检展望

无人机线路巡检与人工线路巡检、直升机线路巡检相比有很多的优点，但是我国高压输电线布设的特殊性，造成了巡检地形复杂、变化多样，高山、树林、建筑等障碍物较多，给无人机线路巡检带来了很多的挑战，因此无人机线路巡检路径规划对于节约能源、提高巡检效率有直接的影响。同时，由于无人机自身条件限制（如飞行高度、可控范围、电量、飞行距离等）无法完成线路巡检的所有巡检任务，因此制定合理、完善的巡检任务对于无人机巡检有着重要作用。随着控制技术、导航技术、通信技术的进步，为无人机全自主线路巡检提供了可能，各种无人机的出现也让无人机的发展变得更加专业化和智能化，加上检测仪器的小型化、微型化，使得无人机上可携带更多的检测仪器。这些对于提高线路巡检效率、精确度具有重要作用。无人机线路巡检在我国的起步较晚，要完全自主地进行线路巡检还有待技术上的突破。如无人机按照既定的巡检任务，通过简单的设置可自主起飞、巡线、返航;按照输电线路的布设，全自动线路巡检;全自动避障功能;遇到突发事故（大风、雷电、下雨）时的紧急返程功能;长时间、长距离、大范围的线路巡检;简单、方便的数据存储和高速、准确、有效的数据通信功能。

结束语

传统人工巡检方式需要巡检人员登塔进行故障点的找寻，不少输电线路的平均查线时间在9小时以上，而本系统则可以在2小时内完成故障点的查找工作，节约大量的人力物力。此外，在环境恶劣的大江大河及山区等地开展输电线路人工巡检是非常困难的，例如杆塔金具缺陷由于视角限制难以发现，而本系统可以消除人工巡检所存在的视觉盲点，并可通过搭载超声波测距装置来对线下树障及施工钻越点对导线净空距离数据进行精准测量，为故障清除工作提供数据支撑。

参考文献：

[1]侯飞，孙丽梅.分析无人机巡检输电线路技术及应用实践[J].电子技术与软件工程.2019（03）

[2]张亮，杨善婷.基于无人机的输电线路巡检技术研究[J].山西建筑.2018（34）

[3]申静.基于输电线路智能化无人机巡检装置研究与实现[J].国网技术学院学报.2018（05）

（作者单位：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司）