基于配电网架空线路无人机自主巡检技术分析

程进 刘智华 国网陕西省电力公司黄陵县供电公司

配电网架空线路是现代电力系统中的主要设施，随着社会人群对电能的需求越来越大，架空线路数量大幅增长，整体架构也变得更加复杂，这时线路运维、检修工作的难度大幅增长，以往普遍使用的人工巡检模式已经无法满足工作要求。为此，架空线路管理部门引进了无人机巡检技术，该项技术成功弥补了人工巡检模式的不足，能够帮助人工了解配网架空线路情况，做好运维、检修工作。

一、无人机自主巡检技术

自主巡检技术是配电网架空线路无人机巡检技术研究中的重点课题，该项技术在理论上能够让无人机自主飞行、运作，基本可以摆脱人工。根据现有研究成果可知，可以使用激光雷达、实时动态高精度定位技术来实现无人机自主巡检，其中激光雷达技术能够自动获取飞行线路的高精度三维点云数据，由此能对飞行线路进行规划，而实时动态高精度定位技术能够对无人机实际飞行路线进行控制，确保无人机飞行路线与规划路线吻合。

现实情况中自主巡检技术尚处于研究阶段，因为该项技术的实施涉及到无人机飞行时的航高、坐标、惯性等多种不确定的因素，所以该项技术在目前研究中的成本会比较高。同时，无人机在对配电网架空线路进行巡检时要考虑到杆塔巡检的精细程度，而激光雷达技术在这方面还不够成熟，无法投入实际运用，这是该项技术未来的研究方向。此外，自主巡检技术还有很多待研究的点，如无人机续航问题、地面工作站巡检任务采集功能等，这些问题不但尚未解决，也没有产生对应的技术，这也是后续需要研究的重点。

二、无人机自主巡检功能应用

通过配电网架空线路无人机巡检平台，对无人机进行人工远程操控，记录无人机飞行轨迹及操作动作流程，同时将架空线路以每条线路为基础建立巡检任务。巡检任务的内容包括线路名称、线路所属运维小组、巡检频率和巡检位置等信息。当无人机接到巡检平台下达的巡检指令后，立即从全自动机场起飞，按照存储的飞行轨迹和操作动作指令，完成本次全部飞行任务和操作动作，此过程中无人机可以在线路中间的临时停机场完成电池的自动更换，以达到长时间、长距离巡检的巡检要求。

一般情况下，无人机搭载的高倍摄像头完成对架空线路及其周边环境所有关注细节的拍摄工作，将高清照片或视频通过网络传输至边缘物联代理，由边缘物联代理实现对图像数据的智能识别，然后将分析结果上传至巡检平台，并自动生成巡检报告从而完成整个全自动巡检任务。同时无人机还可以搭载激光设备，以月或季度为周期，利用激光点云技术完成对架空线路及其周边的扫描，并通过网络将数据上传至巡检平台，由巡检平台对上传数据进行分析、处理，自动生成巡检报告，实现对配电网架空线路及其周边环境的安全评估。

三、配电网架空线路无人机自主巡检技术应用存在的问题

（一）图像数据处理

无人机巡检图像数据主要来源于光学影像数据和激光雷达点云数据。其中，激光雷达点云数据的处理已具有较高的智能自动化处理水平，应用商业软件再加上少量的人工干预即可。而光学影像数据，包括可见光影像、红外影像等数据的智能化处理尚不成熟，还在处在初步研究阶段。目前，可将光影像数据智能化处理是输电线路无人机自主巡检图像处理领域的热门研究方向。传统的电力设备图像数据处理方法是基于人工设计特征提取的机器学习图像目标检测方法。然而，该方法存在检测对象单一的问题，且存在漏检、错检的风险。在配电网架空线路巡检中，有将近900多种常规缺陷，并且电力设备的型号众多，设备之间外形差异较大，基于上述传统图像处理方法仅能检测单一或少数几种电力设备，缺乏基本的通用性和较高的可靠性，因而实际工程应用价值较低。随着计算机性能的不断提升和智能算法的不断发展，有学者提出可建立大型的数据集，将深度学习算法引入架空线路无人机自主巡检图像的数据处理中。从现有研究来看，深度学习技术在该领域中确实具有更大的优势和发展潜力。但是，目前还难以建立起比较完善的数据集，制约了深度学习技术在架空线路无人机自主巡检图像数据智能处理中的发展。

（二）无人机续航

无人机续航能力不足是配电网架空线路无人机自主巡检技术中存在的另一关键问题，已严重制约了架空线路巡检的效率。目前，无人机续航时间通常为30min左右。为解决无人机的续航问题，部分地区已开始采用了设置无人机机巢的方法。无人机机巢主要有巡检车改装而成的移动式机巢和固定于杆塔顶部的固定式机巢。其中，移动式机巢可在一定程度上提高无人机巡检的续航时间，但并不适应无人机自主巡航的发展趋势，并且人工、维护等成本较高；而固定式机巢仅需少量的人工干预，更加契合无人机自主巡检的要求，因而具有较好的应用前景。然而，如何将固定式机巢完备地融合于架空线路无人机智能巡检技术中，还有诸多技术难点需要攻克。

（三）无人机自主巡检方法和规程

当前，配电网架空线路无人机自主巡检作业仍处于试验阶段，相关方法和技术并不成熟，整个巡检作业流程尚未形成统一的行业规范。根据传统的巡检方法和现有的巡检经验，可将架空线路无人机巡检作业按照巡检内容主要分为线路本体、附属设施、通道及电力保护区三大部分。在无人机自主巡检作业中，涉及人员配备、作业前准备、无人机准备、巡线工作、图像视频传输、图像处理等多个步骤。提出一种标准、规范的架空线路无人机自主巡检方法和规程是应用配电网架空线路无人机自主巡检技术的关键一步。

四、无人机自主巡检技术更好应用于配电网架空线路中的策略

（一）精准扫描

在整个配电网架空线路的运行系统当中，不仅存在一些容易观察到的设备，同时也存在着许多微小不易观察到的设备。因此，对于无人机自主巡检当中要用精准的扫描仪确保这些微小的设备都能够得到观测和分析。因此，如果想要使无人机自主巡检在架空线路当中得到更精确的结果，不仅需要使大范围的设备都能够得到检测，同时也要保证一些微小的设备得到扫描分析。在进行大范围的设备检测时可以使用无人机的弧垂检测技术，弧垂测量技术是一种基于无人机技术进行线路的弧垂高度测量的检测系统方式，整个检测系统主要由，数码相机，微波发射器，微波接收器，地面控制中心，计算机操作系统等等组成。在进行无人机自主巡检的时候，将数码相机和发射器安装到无人机的旋翼当中，并且将这些相机发射器等等与无人机的控制面板相联系，与地面的计算机操作控制系统总部相结合。在地面的控制中心又与无人机上的微波器相联系，这种测量方式在无人机的巡检当中具有很高效的运行效率，而且在节约时间的同时也保证了测量结果的正确性。在进行微小的设备扫描当中，可以采取智能模式与人工模式相结合的方法，将目标设备的相关信息提前录入到无人机的电子信息系统当中。这样就可以在很大程度上减少人工操作中所产生的一些事故，更加精确获得设备的信息和图片扫描结果。这种模式不仅保证了配电网架空线路巡检的准确性，也使得工作人员的压力得到了减缓。

（二）管理和应用无人机的巡检数据

采用无人机技术的监测范围更加的广泛，精确度也更高，同时他还可以将监测到的数据进行储存。这些储存的数据对于高压线路的检测来说是十分有作用的。因此，要充分利用在系统库中所储存的数据，可以将无人机自主巡检时的每次次数和结果都与之前进行一个对比，这样可以很明显看到检测数据的变化波动，从而判断出无人机的状态，及时做出一些调整，保证无人机状态的运行。通过其数据来具体判别杆塔数据，将杆塔隐患分析结果和具体编号、线路路径、具体位置等综合起来，提升杆塔的管理水平。

五、结束语

综上所述，这对于配电网架空线路的自主巡检当中无人机的存在是一个非常有优势的存在，它含有许多现代的高科技因素，更加的具有科技化、智能化。因此，我们可以加强研究并普及无人机自主巡检技术在配电网架空线路中的应用，但就目前的发展情况而言，但还存在着一些问题需要我们进行一些探索和解决。