输电线路无人机自主巡检系统的设计与实现

李辉 刘钊 陈玲 李永辉

关键词：输电线路;无人机;自主巡检系统;设计与实现

引言

无人机是一种利用无线电遥控和自动程序控制装置操纵的不载人飞机。在以往电力企业配电线路运检工作中，传统的运检手段效率不高且存在较多的风险因素，相比之下，应用无人机进行配电线路的运检有其独特的优势，能够切实缓解人力紧缺、检修方式与检修环境制约等多重问题。此外，创新应用无人机进行运检，辅助其他技术手段能实现良好的运维检修效果。

1无人机自主巡检原理

传统的无人机巡检，由人工操控无人机对杆塔及线路各部件进行近距离高清拍摄。但因地面无人机操控人员的视角不同，无法进行精确定位，工作效率较低，且会因定位精度影响无人机巡检图像和线路设备检测的有效性。输电线路无人机自主巡检，首先需要规划出相应的飞行航线。无人机航线由一系列航点构成，航线规划的实质就是航点设计及巡检点坐标设计。无人机飞巡时，无人机控制系统会记录GPS、驱动系统和飞控信息。利用飞控信息可重新构建无人机巡检的航线轨迹，且能利用航拍时记录的时间和控制系统相关记录，确定各航拍点的高精度位置信息及摄像头的参数设置。然后，将无人机航迹和航拍点设置为控制点，同时根据无人机平台的编程接口（API）函数，对各控制点按顺序进行设置，并在航拍点对摄像头进行参数调整和设置，最终就能进行无人机高精度飞巡和航拍，实现无人机自主精细化巡检。

2输电线路无人机自主巡检总体设计

输电线路无人机自主巡检系统包含3大部分：无人机及机载计算平台、无人机机场和无人机运维管控系统（简称“管控系统”）。无人机机载计算平台基于GPU的高性能前端计算分析在作业过程中实时识别对象。无人机机场内置多组电池，可进行充电或自动更换电池，可以实现对无人机自动回收、野外存放、能源补给。管控系统对巡检任务、机场、无人机飞行作业进行实时监视和管控，实现巡检数据闭环化管理。

3输电线路无人机自主巡检系统的实现

3.1实现图像的实时传输

应用无人机能够保证在配电线路运检过程中进行实时的图像传播与处理，无人机会搭载高清摄像头，在飞行过程中可以通过摄像头将配电线路的实际情况反馈给地面接收装置，从而可以帮助地面工作人员对配电线路的状态信息进行处理和分析，切实减少了以往人工巡检的安全性问题，同时也减少了工作人员翻山越岭的压力和负担。此外，应用无人机的实时图像处理作用，也能够根据配电线路的不同高程和运检天气环境进行实时处理，有效减少各类风险隐患，方便运检人员对无人机的飞行路径进行实时调整，提高运检效果。

3.2实现设备的飞行挂载

对配电线路进行运维检修时，可以通过无人机实现飞行挂载，这也是无人机的独特优势所在。可以挂载的设备种类繁多，能够根据配电线路运维检修作业实际情况需求和工作环境等对挂载设备和挂载装置进行有针对性的选择设计与开发。例如在针对配电线路进行缺陷复核以及日常检修时，可以分别挂载不同水平和功能的监测设备，以实现对配电线路相关信息的全面收集，方便工作人员开展运维检修作业。例如在无人机中挂载红外线测温摄像头，以更好的识别配电线路的发热、放电隐患;或搭载刀具、喷火、喷水等简易清障装置，更安全、更迅速的开展隐患整治工作，进一步提升配电线路运维检修的整体质量与效果。

3.3实现并提高无人机的操控能力

由于巡检输电线路一般较长，部分线路或路段穿越山区、丛林或无人区。因此，在一些极端情况下可能受微气象影响，此时能否保证无人机平稳飞行、无振动抖动、能否有效捕捉线路故障点非常重要，这就需要无人机操作人员具备较高的飞行控制能力。常用的能力培训方式包括绕8飞行、原地360自旋飞行、第一视角飞行等训练。

3.4实现合理的航线规划

现如今我国电力企业在针对输电线路进行无人机运检时，往往会搭载自主巡检系统，实现精细化的巡检需求，因此在进行路径点的规划和获取时，需要依赖于RTK差分技术高精度的定位装置，在该装置的引导和作用之下，能够帮助无人机在更加复杂的自然生态环境影响之下，有效提高对路径点的定位精准度，确保无人机飞行航向的精度情况。因此在进行路径规划时，首先要做好路径点的获取，相关工作人员根据所要孕檢的输电线路进行路径点的确定，合理规划连接点、降落点以及起飞点等等必要的点位，为无人机的飞行奠定基础。其次，在进行路径点整理时，需要针对已经确定好的诸多路径点数据进行分析和处理，有些路径点相差距离过近或过大也要进行删除和修改，避免路径点之间的空间距离或空间角度与无人机实际飞行情况相差过大。第三，在在路径点的审核方面，可以结合无人机的具体性能进行实地飞行和测量工作，此外也可以针对个别路径点增加说明，提高精细度识别。最后要做好多级规划，结合无人机的飞行要素将多基杆塔进行顺次连接，有效提升无人机运检的专业水平。

3.5提高远距离无人机的通信能力

当前，无线通信技术仍有一定限制性，即无人机巡线作业都要操作人员在现场配合共同操作，且所巡检范围无法超出所设置的最大遥控距离，否则飞行数据、控制链路将受到影响。另外，尽管现阶段市面上流通的分新型无人机可以接入4G、5G移动通信和无线网络模块，然而因为其所巡检路线通常都没有移动信号，所以这一技术依旧受到较大限制。

3.6梳理无人机运检的技术标准

无人机作为带有图像传输、数据采集检测的飞行器，有设备精密、续航时间短等特点，因此，为了无人机在配电线路运检工作中“物尽其用”，必须需要积极梳理和明确无人机的相关技术标准。要建立健全组织措施，制定空域申报、现场勘察、工作票、工作许可、工作监护、工作间断、工作终结等基本制度，规范全过程工作组织流程。要建立健全技术措施，制定无人机出入机库管理、无人机养护、无人机检查、飞行路径规划、无人机巡检质量及实施要求、无人机巡检作业异常处理、资料编制和管理、安全和应急策略等标准，确保规范进行无人机全过程作业，充分发挥无人机运检的真正作用和价值。

结束语

无人机自主巡检系统实现了从任务制定、作业执行、缺陷闭环处理的全流程智能化管控。从实际应用情况看，输电线路无人机自主巡检系统有效扩大了无人机作业范围，全面提升了运检质效，促进了线路运维向“数字化”、“智能化”迈进，将有力支撑智慧输电线路及设备运检数字化建设。

参考文献

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