无人机在电力线路巡视中的应用与评价

范贤盛 诸葛葳 范高祥 张积伟

（国网福建省电力有限公司南平供电公司，福建 南平 353000）

0 引言

从我国目前情况来看，在电力行业的建设与企业的管理过程中，由于我国国情复杂，各个区域的电力供电情况各不相同，电力企业要想实现科学、有效管控始终面临着众多的挑战与困难。目前无人机技术越来越受到我国电力企业的高度重视与热烈欢迎，借助无人机开展线路巡视工作可以在一定程度上减小线路巡视的难度和减轻工作负担。因此，有必要开展与其相关的研究工作。

1 无人机在电力线路巡视中应用的作用

电力线路巡视工作是电力企业管理工作的基础，做好巡线工作，在电力线路巡视中有效解决出现的问题，不仅能保障整条供电线路的传输能力，更能充分促进整体供电运行能力的全面提升[1-2]。

充分结合无人机技术，将电力线路巡视过程中必须注意的控制点位与观测要点互相融合、贯通，通过使用无人机开展电力线路巡视工作，这对于改善整体的供电效果无疑是一大福音。利用无人机开展电力线路巡视工作不仅可以大幅度提升电力线路巡视工作的效率和速度，还能够充分保障供电公司的运行能力。

2 项目内容与目标

该项目的主要工作内容为采用多旋翼无人机及载荷设备（高倍高清可见光一体云台相机、热成像一体云台相机）对项目所在标段配电线路电压为10 kV 的线路进行巡检，具体内容包括：巡视绝缘串挂点、检查引流线是否出现断股现象、杆塔是否存在变形损坏，其上面是否搭建有鸟窝、绝缘子是否完好清洁，有无闪络现象、防震锤是否变形、线夹有无松动、导线是否正常以及地面环境是否满足要求等。

无人机完成巡检任务后，地面工作人员根据巡检内容信息判断巡检结果，并汇总整理资料移交委托单位。

为了充分找到并提取电力线路表面温度高于环境温度且温度升高异常的点位，可以结合可见光和红外设备得到光谱图像，对电力线路的接头、线夹以及绝缘子等重要部件的发热点进行有力排查和有效确认。并且，要以此为根据帮助开展电力线路巡检工作的相关人员利用图像探测出导线的外伤，发现绝缘子是否存在放电等现象。因此，在该项目中，需要采用多旋翼无人机搭载可见光和红外设备，开展配网线路可见光巡查和红外测温工作。基于以上分析，项目要求机巡作业所必须的多旋翼无人机应当具有可见光和红外等机载设备，并能够充分支持飞行、航务、机务、地貌保障、巡视作业以及数据处理等工作[3]。

根据项目要求，该项目所使用的无人机具体技术参数见表1。

表1 无人机技术参数

3 项目方案的具体服务实施措施

3.1 无人机电力线路巡检工作流程

3.1.1 日常工作准备

实施前根据项目要求，明确具体巡检内容，预先辨别各类巡检目标；根据项目标段和航时航程，规划详细的飞行方案，合理分配各机组、各架次的飞行航线、起降点、后勤保障点；制定详细的作业预案：如备用器材、备用人员、应急航线及应急返航点、危情及突发事件的上报及处置等。

3.1.2 现场踏勘

在飞行巡检前，必须对现场的地形地貌、气候环境等情况进行现场踏勘。特别要注意自然保护区、名胜古迹等敏感位置。工作人员要提前对现场环境和客观条件进行了解与标记，并以此为据确定起降点。通过现场查看，工作人员要多角度多方位确认摄区确实具有无人机航摄的条件后，再实施飞行巡检计划。

3.1.3 航摄计划编制

如果无人机航线是按照常规方法进行敷设的，那么应该在摄区边界线上及其外部平行于摄区边界线的方向敷设。同时，要充分结合飞行的航线和姿态保持等综合因素，适时合理地增加旁向重叠率。

想要利用无人机自主飞行开展输电线路精细化巡检工作时，第一步要规划巡检线路的路径。然后，应当将所规划的路径导入无人机机体导航系统中。

3.1.4 场地选取

对起降场地的选择要充分结合无人机的起降方式综合考虑。对于非应急性质的航摄作业，起降场地应该设置在距离军用机场和商用机场10 km 以外的地方。同时，要尽可能地将地面平坦且通视良好的地方作为无人机起降场地。

3.1.5 空域申请

按照国家空域使用的相关规定，依据方案路径，确定线路空域位置，协商办理军民航相关航摄手续。在开展航空摄影测量的过程中应当与相应的空域管辖部门进行空域协调。

3.1.6 巡检飞行作业

飞行前检查就绪后，操作无人机升空，记录起飞位置信息、设立应急返航点、检查地面站HUD 姿态、位置、高度、卫星质量、电压、通信链路、视频录制参数及快门操作，一切无误后进入飞行航线执行巡检任务。

飞行器应严格按照事先规划的航线、高度、速度以及拍摄角度飞行，地面站检查员根据项目内容要求开始填写日常巡检记录表，记录逐个杆段号情况。图1 展示了无人机塔杆巡检的实际状态。

图1 塔杆巡检

3.2 无人机电力线路巡检结果的数据处理

通过可视载荷设备记录高清视频和红外视频文件，经过数据备份和非编视频处理后，对发现的异常问题进行图片截存操作，通过Adobe Photoshop 图片处理软件进行优化，可执行如锐化、全局或局部放大、清晰化及曝光度、曲线、色彩平衡、噪点、杂波等图片处理任务。

3.3 飞行作业方案

3.3.1 拍摄部位的确定

飞行作业中可见光每基杆塔需要拍摄的部位为：左右地线线夹、所有绝缘串挂点、绝缘子串、线夹、塔基础俯瞰、全塔全景（高清图，放大应能看清法兰盘螺栓等）、左右侧线路走廊、避雷器以及防震锤等；红外测温每基杆塔需要拍摄测温的部位为：左右地线线夹、所有绝缘串挂点、绝缘子串、线夹以及避雷器。倾斜相机采用正摄、前视、后视、左视、右视的方法获取姿位信息。

3.3.2 质量管理体系构建

质量管理体系应充分反映巡视内容的状态结果，包括基础及防护设施状态量、杆塔状态量、导线状态量、绝缘子串状态量、隔离开关状态量、金具状态量、防雷设施及接地装置状态量、辅助设施状态量以及架空线防护区状态量。同时，倾斜相机在获取高精度的位置和姿态信息后，需要通过数据处理软件将所有影像纳入到统一的坐标系统中处理。

4 结论

该方案中的电力巡检系统采用高效自动作业模式平均效率可达20 km/d，生产效率较高。通过影像还原真实细节，影像与模型可无缝套合，模型效果真实，相比于虚拟现实模型更加真实的视觉效果。在实景三维模型下可以实现地表全要素表达，含地形、建筑、道路、交通、水系和植被等全要素，可根据需求调整要素输出，地表要素完整。同时，在实景三维模型下还可以基于影像实现量测功能，包括长度、面积、角度量测，且精度高。