无人机输电线路智能巡检技术综述

姜羽中

摘要：线路巡检是保证架空线路正常运行的重要手段，随着我国输电线路的快速发展，线路巡检工作面临着作业强度大、周期长，部分线路环境恶劣等问题，传统的人工巡视方法面临巨大挑战。为此，近年来电网积极引进新技术，提高线路巡检工作自动化程度，改进巡检工作模式。

关键词：无人机;输电线路;智能巡检技术

巡检是确保输电线路正常使用的有效方法，随着输电线路的增长，导致线路巡检工作面临着非常多的问题，而以往人工巡视方法已经难以满足要求，此时便引进了无人机技术，在一定程度上了实现了巡检工作的自动化，解决了一定的巡检问题。

一、电力无人机概述

根据无人机的机体结构，通常可将无人机分为无人直升机、多旋翼无人机和固定翼无人机三类。目前在电力巡检中都有应用，但由于三种无人机的性能特点存在较大差异，其所承担的巡检任务也有所侧重。

无人直升机与传统直升机类似，但由操控人员在地面站进行操控，是早期电网无人机巡检试验方案之一。由于无人直升机体积较大，操控难度较高，存在与电力设施碰撞产生严重后果的潜在风险，且成本较高，目前已较少应用在电力巡检领域。

多旋翼无人机由多个旋翼产生升力，通过改变各个旋翼的转速控制飞行器的姿态，具有小巧灵活、垂直起降、精准悬停的优点，但机动性和飞行高度较低，负载较小，续航时间短。因此，在架空线路巡检中，多旋翼无人机通常负责小范围精细作业，或杆塔精细化建模等任务。

固定翼无人机依靠螺旋桨或涡轮发动机提供前进动力，由机翼与空气的相对运动产生升力，其巡航速度快，续航时间长，但起降需要跑道，且無法悬停。在架空线路巡检中，固定翼通常负责大范围、有较高航程要求的任务。除此之外，还有结合固定翼与多旋翼的复合翼无人机，兼具垂直起降、精准悬停与巡航速度快的优点，在灾后应急等恶劣复杂环境的应用场景中极具潜力，但在电力巡检领域尚未有大范围落地应用。从功能来说，无人机在电力巡检中所扮演的角色主要为遥感承载平台。

二、无人机输电线路智能巡检技术

（一）杆塔本体精细化巡视

无人机精细化巡视是通过多旋翼无人机对杆塔精细部位进行高清拍照，通过图片巡检发现开口销、金具、绝缘子等部位缺陷，拍摄的内容主要包括导地线杆塔侧挂点、导地线侧挂点及绝缘子。实践证明，无人机可发现杆塔部位90%以上开口销缺陷，尤其是金具上方的开口销缺陷可达100%，同时可精细发现复合绝缘子芯棒和瓷瓶的破损情况。

（二）激光雷达

激光雷达主要是通过发射激光束探测目标各种参数，如位置等等，其在定位以及地理测绘方面得到了普及使用。当对输电线路进行巡检时，通常的是用在架空线路测绘通道环境上，或是进行三维重建，是现阶段检测线路走廊环境十分有效的方法。在方法在应用过程中所采用的原理在于利用激光雷达对通道进行扫描，然后根据所探测到的数据建立相应的三维模型，再以此为基础对危险点进行分析，再与导线、微气象等方面进行有效结合，对于输电线路本身所存在的缺陷进行预警。因为多旋翼无人机本身会受到航程的限制，所以激光雷达主要是用于固定翼无人机上，也有部分小型激光雷达是用于旋翼无人机，主要作用是进行简单且精细的建模，截止到目前为止还没有得到大规模使用。

（三）输电线路走廊的三维建模系统

对于输电线路的走廊位置，应该以客户的实际巡检需要以及电力行业相关的走廊巡检方式作为重要依据，给出下述新的研究思路。如果在输电线路走廊建设工作中使用无人机倾斜测绘技术，那么就可以实现走廊可视化三维模型的建立，进而能够实时观察和分析输电线路周边环境变化对线路运行的影响，主要包括以下三方面：首先是通过对输电线路周围树木的观察及时发现并测定线路与周边树木的实际距离，便于作出相应的处理;其次，能够实时的检查周围环境对于输电线路的影响，例如输电线路周围是否存在会对输电线路运行产生不良影响的工程施工等;最后，实时观察输电线路周围是否出现一些会对线路正常运行产生不良影响的新建建筑。

在输电线路中应用走廊三维建模系统主要具有下述优点：与传统的以照片进行判读的工作方式相比较而言，通过便携式单镜头测绘无人机的使用获得三维线路的相关走廊数据能够更加直观并且高效的判读通道的实际状态，不仅需要的成本比较低，而且还能够有效提高工作的效率，为客户提供更加直观且准确的可视化线路走廊图。

（四）塔架故障自动判读识别系统

针对线路中塔架部分，区别传统人工处理方式，定制开发了塔架故障自动判读识别系统，利用工业旋翼机进行前端塔架数据采集，通过数据识别系统对前端采集数据进行自主删选、自主判断，来达到对全线路杆塔缺陷自主识别，获取缺陷报告（含线路名称，塔杆号，缺陷名称，巡检时间日期等）;真正实现塔架的精细化、自主化巡检。本系统是定制开发的“塔架缺陷自动识别系统”，利用人工智能和机器学习等技术，用计算机判读替代了传统的人工照片判读，大幅降低了人工劳动。应用《塔架缺陷自动识别系统》完成的故障诊断和识别。

三、功能拓展

（一）火灾监测

输电线路沿线森林火灾防治的重点在于隐患排查。然而，在广袤的山林中，森林深处的违法用火行为很难及时查清，消防工作也无法有效开展。

无人机同时配备可见光摄像机和热成像传感器后，投入火灾监测工作，一次作业同时采集可见光和热成像数据，帮助作业人员及时发现火灾危险源，防止火灾发生。森林火灾发生时，作业人员只需在远离火场的地方投放无人机，监测高空火情，实时传回火灾现场画面，可为评估火情对线路的影响和采取救灾措施提供重要依据。

（二）人员搜救

在偏远山区，当工人在巡线过程中受伤或失去联系时，组织人力资源到野外搜救，无异于大海捞针。很难及时确定失踪人员的位置，延误伤者的救治时间。

无人机装备有热成像传感器，在地面站设定人体温度范围。当热成像传感器探测到高空温度范围时，地面站会立即发出警告，然后启用“热点跟踪”功能。结合无人机同时携带的可见光摄像头，地面站会立即发出警报，可以引导救援队准确确定迷路或受伤人员的位置，迅速找到被救人员。

（三）异物清除

输电线路容易被风筝、塑料薄膜等异物缠住。当遇到雨、雾或大风时，输电线路可能会意外停运，甚至引发安全事故。过去，缠绕在地线上的异物通常是用绝缘操作杆手动清除的。在紧急停电的情况下，耗时长，安全风险大。

无人机可在不停电的情况下投入运行，清除输电线路上的异物。喷火清洗技术是指无人机配备遥控喷火装置，将异物推入并点燃，从而快速燃烧和清除异物。但燃烧的异物可能随风落在地面引起火灾，装载燃油的无人机失控后可能自行着火;电热丝清洗技术是在无人机平台上安装电加热丝，用高温电线对异物进行熔切，使异物与线路设备分离，不产生明火。但电加热丝的功率小，产生的高温不足以切割风筝骨架等硬物，且去除效果不好。

四、结论

如今，高速增涨的输电线路大大增加了巡检压力，这使得电网引进了无人机技术，提升巡检工作的效率，但同样也带来了新的问题，如海量数据处理等等，所以巡检技术智能化发展成为了解决这些问题的有效方法，也是其未来的重要的发展方向。

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