多旋翼无人机双光自动驾驶巡检的应用

广东电网有限责任公司汕头供电局 许国伟 林来鑫 陈梓荣 王 扬 范子健

高精度定位无人机在本局输电专业已全面落地服务于生产应用，且于本年度6月份前完成了自动驾驶点云采集全覆盖、航线规划全覆盖，并于10月份完成了架空输电线路双光无人机自动驾驶精细化巡检全覆盖（带电流线路）。

1 双光无人机选型要求及选型适用场景

1.1 小型双光无人机

高精度定位功能，具备4G网络、星基基站、固定基站等高精度定位功能；避障功能，具备基本的视觉、红外等避障功能；轴距小于900mm；空载重量小于15kg、满载重量小于25kg；续航时间不小于30分钟；红外双光云台相机；可见光镜头参数：有效像素≥4000万,光学变焦倍数≥5倍；热成像镜头参数：有效像素≥30万,变焦倍数≥2倍，测温范围-20℃～150℃，红外测温精度±2℃或±2%。

1.2 轻型双光无人机

高精度定位功能，具备4G网络、星基基站、固定基站等高精度定位功能；具备基本的视觉、红外等避障功能；轴距小于400mm；空载重量小于4kg、满载重量小于7kg；续航时间不小于20分钟；红外双光云台相机；可见光传感器有效像素≥4000万,光学变焦倍数≥1倍；热成像镜头参数：有效像素≥30万,测温范围-20℃～150℃，红外测温精度±2℃或±2%。

1.3 小型双光无人机

110kV架空输电线路巡检：小型双光无人机镜头焦距属于中焦，对于110kV架空输电线路需距离6米以上才能拍摄到整串绝缘子串组，110kV架空输电线路走廊又比较复杂拥挤，无法保障距离架空输电线路8米的净空无其它线路铁塔、树木、构筑物，不适合其巡检；110kV架空输电线路大部分位于城区、郊区，一般有人员、车辆在附近活动，小型双光无人机总质量较大，遇到意外失控坠机产生风险较大，不适合其巡检。小型双光无人机轴距超过110kV架空输电线路带电部分与杆塔构件的最小间隙的90%以上，失控撞击容易造成架空输电线路接地故障，不适合其巡检。

220kV架空输电线路巡检：小型双光无人机镜头焦距属于中焦，对于220kV架空输电线路距离6米低压端和高压端分别拍摄一张照片能覆盖到整串绝缘子串组，220kV架空输电线路走廊一般可保障8米以上净空，适合其巡检；220kV架空输电线路城市区段、郊区道路区段、郊区民宅密集区段，考虑到意外失控坠机风险，小型双光无人机总质量较大，遇到意外坠机产生风险较大，不宜使用其巡检；小型双光无人机轴距低于220kV架空输电线路带电部分与杆塔构件的最小间隙的47%以下，失控撞击不会造成架空输电线路接地故障，适合其巡检。

500kV架空输电线路巡检：小型双光无人机镜头焦距属于中焦，对于500kV架空输电线路距离8米低压端和高压端分别拍摄一张照片能覆盖到整串绝缘子串组，500kV架空输电线路走廊一般可保障10米以上净空，适合其巡检；500kV架空输电线路大部分在山区、郊区区域，大部分适合其巡检。城市区段、郊区道路区段、郊区民宅密集区段，考虑到意外失控坠机风险，小型双光无人机总质量较大，遇到意外坠机产生风险较大，不宜使用其巡检；小型双光无人机轴距低于500kV架空输电线路带电部分与杆塔构件的最小间隙的27%以下，失控撞击不会造成架空输电线路接地故障，适合其巡检。

1.4 轻型双光无人机

110kV架空输电线路巡检：轻型双光无人机镜头焦距属于近焦，对于110kV架空输电线路距离4米能够拍摄到整串绝缘子串组，110kV架空输电线路走廊虽较复杂拥挤，但绝大部分可保障距离架空输电线路6米的净空无其它线路铁塔、树木、构筑物，适合其巡检；110kV架空输电线路大部分位于城区、郊区，一般有人员、车辆在附近活动，轻型双光无人机总质量较小，遇到意外失控坠机产生风险较小，适合其巡检；轻型双光无人机轴距小于110kV架空输电线路带电部分与杆塔构件的最小间隙的40%，失控撞击不容易造成架空输电线路接地故障，适合其巡检。

220kV架空输电线路巡检：轻型双光无人机镜头焦距属于近焦，对于220kV架空输电线路距离4米低压端和高压端分别拍摄一张照片能覆盖到整串绝缘子串组，220kV架空输电线路走廊一般可保障8米以上净空，适合其巡检；220kV架空输电线路城市区段、郊区道路区段、郊区民宅密集区段，考虑到意外失控坠机风险，轻型双光无人机总质量较小，遇到意外坠机产生风险较小，适合其巡检；轻型双光无人机轴距小于220kV架空输电线路带电部分与杆塔构件的最小间隙的21%，失控撞击不易造成架空输电线路接地故障，适合其巡检。

500kV架空输电线路巡检：轻型双光无人机镜头焦距属于近焦，对于500kV架空输电线路距离6米低压端和高压端分别拍摄一张照片能覆盖到整串绝缘子串组，500kV架空输电线路走廊一般可保障10米以上净空，适合其巡检；500kV架空输电线路大部分在山区、郊区区域，大部分适合其巡检。城市区段、郊区道路区段、郊区民宅密集区段，考虑到意外失控坠机风险，轻型双光无人机总质量较小，遇到意外坠机产生风险较小，适合其巡检；轻型双光无人机轴距低于500kV架空输电线路绝缘件空气间隙的12%以下，失控撞击不会造成架空输电线路接地故障，适合其巡检。

2 双光无人机航线规划建议

杆塔有多回线路的情况下，按每条线路规划，一条线路有多个运维班组的建议分运维区段规划，规划前将待规划线路最新的kml、las上传到机巡云盘，有待规划线路的杆塔明细表、杆塔照片做参考资料。新建航线的航线名称要规范统一，命名格式：“地市局_电压等级_线路名称_规划区段_适用机型_提交审核日期”。

部分点云质量较差，有缺失、重影、噪点的情况下，风险点检测时需重点关注，现场实际存在而点云没有的情况下规划时需考虑周全，避免风险点检测不出、现场飞行炸机的情况。因此，建议航线规划人员、航线审核人员不能是同一个人，航线审核人员需清楚现场线路通道实际情况；部分线路点云跳线串缺失，在没有补飞该塔的前提下，可在标记拍摄点模块选择不勾选捕捉点，在对应横担上先点出2个拍摄点，调整至俯视视角将2个拍摄点拖动到跳线串位置，再调整至小号侧视角将2个拍摄点拖动到跳线串均压环位置，在各个视角查看2个拍摄点是否在跳线串上。

航线规划先规划基准航线，距离、角度、拍摄点数量统一，满足最基本的需求。在此基础上，根据实际需要可用批量修改航点功能，将整体航线上移、下移、左移、右移，统一修改航线的拍摄角度、拍摄位置，也可增加拍摄点来补充。拍摄点应垂直标记点，拍摄点与标记点净空距离应与生成航线时的航线距离保持一致，因风险点检测导致不满足的可适当增加拍摄点与标记点净空距离。

2.1 小型双光无人机

500kV航线规划要点。耐张塔的拍摄点：地线挂点、耐张线夹、横担侧第一片玻璃绝缘子、跳线串横担侧均压环、跳线串导线侧均压环，距离拍摄点以8米为宜，角度选择平视为宜，针对部分耐张线夹被遮挡的情况建议增加拍照点，拍照点角度设置为25°；直线塔的拍摄点：地线挂点、直线串横担侧均压环、直线串导线侧均压环，距离拍摄点以8米为宜，角度选择平视为宜。每基杆塔的规划后，视角调整为俯视和线路方向进行检查。

220kV航线规划要点：基本和500kV航线规划一致，距离拍摄点要以6米为宜。

110kV航线规划要点：基本和500kV航线规划一致，距离拍摄点要以4米为宜，但需注意大部分城区、密集走廊区都不适宜小型双光无人机自动驾驶巡检，只有少部分郊外平原、山区可执行。

2.2 轻型双光无人机

500kV航线规划要点：与小型双光无人机基本一致，距离拍摄点要以6米为宜；220kV航线规划要点：与小型双光无人机基本一致，距离拍摄点要以4米为宜；110kV航线：与小型双光无人机基本一致，距离拍摄点要以3米为宜。

3 双光无人机自动驾驶精细化巡视执行效率

小型双光无人机：小型双光无人机最大信号有效距离是8km，适用于山区、郊区等空阔无遮挡的环境，抗干扰能力较强，适用于线路多、电压等级高、外部干扰多的地方，IP防护等级为IP45，有一定防水能力，最大可抗风速为7级，适用于山区这类天气变化多端的地方。小型双光无人机轴距900mm以下，重量25kg以下，风险较大，不适合在城区、人口密集区飞行，续航时间长。综上，小型双光无人机适合执行在山区、郊区的500kV和220kV线路，执行大批量作业、应急方面有明显优势。

轻型双光无人机：轻型双光无人机最大信号有效距离是6km，抗干扰能力一般，有全向感知系统，最大可抗风速为5级，无防水能力，轴距400mm以下，重量7kg以下，风险较小，续航时间短。综上，轻型双光无人机适合执行城区的500kV、220kV线路，以及大部分110kV线路。

4 双光无人机自动驾驶巡检计划建议

可见光精细化巡视：宜在年度停电检修前完成本年度全线的精细化巡视，分析精细化照片，发现缺陷上报缺陷，结合停电计划安排消缺。每条线路的航线规划应有基准航线，即该航线拍摄范围只覆盖地线挂点、三相挂点、耐张线夹、绝缘子，全线拍摄点与被拍摄设备净空距离统一，角度统一，航线轨迹安全可靠。

红外测温精细化巡视：宜在年度停电检修前完成本年度全线的红外测温精细化巡视，分析红外测温照片，发现缺陷上报缺陷，结合停电计划安排消缺；红外测温精细化巡视应选在线路高负荷运行日期进行，并记录巡视地点当地的风速、气温、湿度，查询该架次拍摄时间区段对应该线路的平均电流值并记录，积污线路可开展红外测温；针对耐张线夹，拍摄角度为水平或俯视、以不遮挡为最优先，其次保持与耐张线夹垂直测温效果最佳。针对垂直复合绝缘子，拍摄角度为零测温效果最佳。针对V串复合绝缘子，拍摄角度与绝缘子芯棒垂直测温效果最佳。

通道巡视：通道巡视可与防外力破坏工作结合，针对巡视发现有机械施工迹象、道路平整、楼房新建迹象的区段宜采集全景照片，开展点云采集蛇形飞行，数据处理后可分析施工进度、范围、趋势；线路迁改、技改后宜尽快进行开展点云采集蛇形飞行。针对防树障重点区段，宜开展激光雷达点云采集飞行，实时准确的跟踪树木最新的生长状况。

综合巡视：以红外双光无人机执行一次500kV海胪甲线的精细化巡视为例，相当于完成了一次500kV海胪甲线可见光精细化巡视、一次500kV海胪甲线红外测温精细化巡视、一次500kV海胪甲线通道巡视、一次500kV海胪乙线通道巡视。如果是双回以上的线路，完成的通道巡视次数更多。

同塔线路各回线路单独规划和执行自动驾驶巡检的意义在于巡视目的明确，巡视该线路就执行该线路航线，无需执行同塔的其他回线路。应结合运维策略、停电窗口、同塔多回综合考虑，制定综合巡视计划。