输电线路人机协同巡检模式的研究与应用

仝宸瑄

摘 要：随着我国经济的迅猛发展，用电的可靠性受到了人们的关注，为了提高供电可靠性，巡线维护自动化和现代化已日益显示出其迫切性。传统的人工巡检工作量大、条件艰苦，特别是对于山区和大江大河的输电线路巡检存在很大困难。无人机技术的发展为架空电力线路巡线提供了新的移动平台。利用无人机搭载巡检设备进行巡线，能提高巡线效率，不会造成人员伤亡。这种高效、经济且安全的巡线方法已经开始成为研究热点。

关键词：输电线路;人机协同;巡检模式;研究与应用

引言

无人机在电力系统中的应用已趋于普遍，尤其在输电线路巡视方面更是极大地提高了作业的效率和质量。目前，国内利用无人机进行可见光巡视的技术逐渐成熟，其大致流程分为：到达塔位、飞行巡视、图片传输和数据处理。虽然步骤不多，但各个阶段之间相互独立，并未形成一套完整的巡检体系。基于此问题，国内众多科研及应用单位开展了相关研究。该文基于目前无人机在输电线路巡视中的应用及发展情况，对限制其进一步发展的瓶颈进行了突破，提出了“人机协同”巡检理念。该文的创新点主要有以下几点：1）设计了一款移动巡检APP，该APP可以完成输电线路巡视的签到、可见光拍摄及数据传输。2）开发了后台图片管理系统，使拍摄的图片可以根据不同的工作需求进行自动分类，并具有上传、查看和下载功能。3）引入了缺陷智能识别系统，该系统可以对无人机所拍摄的杆塔图片进行缺陷智能识别，无需人工手动干预，缺陷识别准确率达到80%以上，极大地提升了作业的效率和质量。

1无人机巡检模式及其相应特点

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操作的无人驾驶飞行器。无人机运用于高压线路巡检是当今电力新技术应用的一个新方向，用于巡线的无人机主要包括3类：小型旋翼机、无人直升机和固定翼无人机。各类无人机有各自的优缺点，决定了其实用范围不同。由于输电线路巡线有其特设要求，因此需要根据需求进行选择合适的无人机种类。1）小型旋翼机。体积小，质量轻，作业灵活，起降方便，运输条件要求低，但续航时间短，充电时间长，可携带的观察检测设备单一，单次飞行完成的巡线工作量有限。此类机型可配备到巡线班组，跟随班组深入线路现场，完成一些对于人工巡线有困难的任务，比如在人员难以到达的山峰或陡壁上完成线路巡查，对人工巡线是一种有效的补充。2）固定翼无人机。航程远、速度快，可用于航拍或大面积概况巡查，但因速度过快，无法观察到细节。体积大，质量重，续航时间长，可携带的观察检测设备丰富，巡线效率高，油料补给方便，但需配备大型运载工具，起降需要有专门的跑道，对地面交通状况要求较高。此类机型配合远程控制系统，适用于输电走廊结构简单的长线路高速高效巡线。3）无人直升机。无人直升机的技术参数介于固定翼与小型旋翼之间，在体积、重量和续航时间等方面能得到较好的平衡，起降方便，可定点悬停，有利于详细观测线路缺陷。可根据具体巡线任务匹配合适的无人直升机，或完成长距离高速巡线，或跟随班组完成特定疑难任务。综合比较各类飞行器的优缺点，鉴于湖州线路四线并行、线路走廊较窄的情况，固定翼、有人机显然不适合于此种情况下的线路巡线。多旋翼无人机存在载重小，搭载仪器能力不足，飞行距离短，抗风能力相对较差等缺点，虽然可以完全代替人力登塔巡查等任务，但无法取代载人直升机进行输电线路的全面巡检;而无人直升机的技术参数介于两者之间，相对于固定翼无人机和多旋翼无人机能够较好的胜任湖州线路的巡查工作。

2输电线路人机协同巡检模式的研究与应用

2.1人机协同巡检路径选取原则

小型旋翼无人机与载人直升机飞行路径的选取原则基本一致，差别在于：载人直升机在巡线过程中需要综合考虑起降场地、燃油供给、航空管制等因素的影响，而小型旋翼无人机在巡线过程中更多的是考虑天气状况、续航能力等因素的影响。首先考虑的是两塔之间路径的确定，由于2个杆塔之间的导线有弧垂现象，导线最高点与最低点的垂直距离可达到10m甚至更高，所以无人机沿线路导线走向水平飞行时需要随时调整飞行高度，以确保红外热像仪拍摄角度都是固定不变的，便于发现导线断股以及导线上悬挂异物等较明显的缺陷。确定无人机两塔之间的巡线路径为平行于以导线地线悬挂点为端点所构成的弧线。直升机由于载人手持仪器拍摄，较为灵活，巡线路径为平行于地线与最下相的弧线，能够很好地保证巡视效果。其次考虑的是巡线所采用的方式。巡检方式分为单向巡线和双向巡线2种方式，载人直升机负责“同廊多回”的外侧杆塔与通道，受体积限制，无法进入内侧杆塔与通道进行巡视，同时直升机携带的拍摄器材可以更为完备专业，所以单向巡检（即沿线路方向巡视1次）便能够完成巡检任务。由于特高压、超高压线路各相间距大，杆塔塔头尺寸较大，无人机光学吊舱任务系统受检测距离、视角范围的影响，常规的单方向巡检不能满足巡视质量的要求，因此无人机可在线路两侧进行往返巡线。载人直升机和小型旋翼无人机巡检架次视天气情况、沿线路况等因素而定。根据6条线路电压等级、各运行线路杆塔结构、各条线路走廊的不同以及各线路的特点，对每条线路的巡检路径具体分析，确保巡线任务安全有效的进行。

2.2适用于传输线的全方位检查

在输电线路检查中，无人机具有很大的应用优势。高性能无人机的硬件包括地面站和漂浮在无人机空中部分的两个组件。可以配备可见光摄像头，该可见光摄像头可以在各个方向拍摄电力传输线，并通过系统的模拟信号传输和无线通信模块将捕获的图像转换为视频。通过专业软件，检查人员可以实时查看无人机捕获的图像，并根据无人机捕获的图像判断传输线的运行状态。此外，面对特殊的线路检查要求，检查人员可以使用遥控器控制无人机，从而使无人机避开障碍物并更快地找到故障位置。此外，还可以灵活地调整安装在无人机上的可见光摄像机的焦距。检查人员可以通过遥控器调整无人机的焦距，使目标位置更清晰。检查完成后，被捕获的巡逻图像将保存在计算机上。无人机采用多功能转换头进行输电线路检查，可以通过更换人员有效地完成检查，显著降低了检查人员的工作强度，有效规避了安全隐患。

2.3巡检模式的配合

无人机巡检方法有两种情况，最简单的一种为把小型摄像机和照相机固定在吊舱内。对导线和绝缘子进行摄像时，只需一人操作飞机，可在回来后观察录像。一种为巡线方式使用无人机控制数据链，把可远传的可见、红外热像仪的信号传送到监视地面屏幕进行分析，发现可疑端位，可悬停或者來回飞行细查，实时监视和录像可同时进行，飞机飞回后进行分析。对于有些故障疑视点，进行分析之后还不能确定的应配合人工巡检实地检测，必要时需登塔作业。巡检线路时如人工巡检先于无人机巡检，当无人机展开巡检时，鉴于上述的故障疑视点，需要人工巡检返回到故障疑视点，将会影响到巡线的效率。故人工巡检方案的制定应滞后于无人机巡检方案的制定，人工巡检进行塔头以下巡查工作同时兼顾由无人机发现的故障疑视点巡查工作。

结语

针对典型的地形下存在的特、超高压“同廊多回”窄通道，开展了输电通道巡检研究，对人工、载人直升机和小型旋翼无人机协同巡检方式进行探索，并根据其各自特点对巡视任务和巡视界面进行划分，结合嘉湖通道现实场景对小型旋翼无人机的飞行参数、飞行方式进行研究。

参考文献

[1]张永，李德波，吴翔，等.无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].宿州学院学报，2013（8）：87-88.

[2]于德明，武艺，陈方东，等.直升机在特高压交流输电线路巡视中的应用[J].电网技术，2010，34（2）：29-32.