无人机在架空输电线路导地线弧垂检测中应用的探索与研究

张好铭，郑万成，李晨，刘铮，王璐，于磊，金铭

（中电投工程研究检测评定中心有限公司）

1 引言

近年来我国超高压、特高压输变电工程已然成为世界级的超级工程，弧垂作为输电线路中的关键指标，准确测量尤为重要。同时，在无人机技术不断深入的过程中，无人机测量因其很强的精确性，获得了广泛的认可。将无人机测量应用与输电线路弧垂测量也具有重要意义。

2 弧垂的概念

架空线任一点至两端悬挂点连线的铅垂距离，称为架空线的该点的弧垂，亦称弛度。一般当输电距离较远时，由于导线自重，会形成轻微的弧垂，使导线呈悬链线的形状（见图1）。输电线路弧垂是线路设计和运行的主要指标，关系到线路的运行安全，因此必须控制在设计规定的范围内。由于线路运行负荷和周围环境的变化都会造成线路弧垂的变化，过大的弧垂不但会造成事故隐患，也限制了线路的输送能力，特别是在交叉跨越和人烟密集地段。目前，我国电力传输线路紧缺，动态增容技术成为提高电力传输能力的关键。电力传输导线的弧垂与导线传输容量存在相关联系，也反映着输电导线的运行安全问题。近年来由于用电负荷增长，许多已有的输电线路为了提高输送能力，将导线最高运行允许温度从70℃提高到80℃。这时线路弧垂就成为主要的制约因素，需要对弧垂进行校验或实时监测，以确保线路运行和被跨越设备的安全。

图1 弧垂示意图

3 架空输电线路弧垂测量现状研究

目前，导地线弧垂的观测方法一般有异长法、等长法（平行四边形法）、角度法、平视法[1]。在实际操作时，为了操作方便，避免档距或悬挂点高差在测量时的影响，减少现场计算量以及掌握弧垂的实际误差范围，应首先选用异长法和等长法。当客观条件受到限制，不能采用异长法和等长法观测时，可选用角度法进行观测。如果采用异长法、等长法和角度法都不能达到观测弧垂的允许范围或难以掌握实际观测误差时，才考虑用平视法来观测导线的弧垂。

4 无人机测量输电线路弧垂的探索与研究

随着我国铁塔尺寸越来越大，线路所处环境也越来越复杂，传统的测量方法[6]在一些环境复杂区域不能满足现场生产的全部需要，同时传统测量方法均需要通过计算得出弧度，不能及时得出结论。为了进一步弥补现场生产瓶颈，减少测量计算时间，提高现场弧垂检测的工作效率，提出了采用无人机来观测弧垂的方法[2]，并通过工程实际应用验证创新测量方案的便捷性和准确性，为现场弧垂测量的检测提供技术保障。

图2 无人机测量弧垂处理流程图

本项目针对架空输电线路地面情况复杂、铁塔高度高的特点，利用无人机针对导地线弧垂进行图像采集、图像预处理、输电线路的提取与识别、弧垂计算与故障诊断等处理流程，完成架空输电线路导地线弧垂检测。再根据传统的测量方法对本档距内的弧垂进行测量，与无人机操作得出的数据进行对比。主要研究内容有。

4.1 无人机平台的选取

无人机作为检测过程中的重要工具和检测平台，需要有以下特点。

1）功能齐全

有高精度的拍摄功能，能够将高空图片准确真实地拍摄下来，作为后期图片拟合和处理的重要原始资料。

2）飞行平稳

能够在空中静止悬浮，便于照片拍摄和线路巡查。飞行角度调整自如，尤其是停留时水平角度要求达到零度，便于观察导线最底端的测点。

3）续航时间长，飞行动力足

输电线路工程一般在野外，包括平原、丘陵、山地、戈壁、沙漠，甚至高原、雪山等极端地形地貌，无人机平台需要在野外持续工作。

4.2 无人机图像采集

利用无人机在架空输电线路周围不同角度采集图像，通过后期数据结果判断不同拍摄角度对处理结果的影响，总结最佳图像采集方法与角度。

4.3 数据处理

针对采集到的架空输电线路图像，采用Smart3D软件（即ContextCapture）按照图2所示流程完成图像处理，计算得出弧垂测量结果。

4.4 检测准确性比对

在使用无人机测量的同时，对本档距的弧垂也要按照传统方法进行测量，将两种方法的数据进行对比。按照此方法扩大试验量，得出无人机测试方法与传统检测方法测量结果的偏差，并不断改进无人机图像采集方法与数据处理方法。

5 结语

通过以上介绍可以看出，采用无人机对架空输电线路的弧垂进行测量，可以解决复杂环境无法进行测量的情况。同时，采用先进的无人机测量技术可极大的提高工作效率。