架空输电线路无人机巡检技术研究进展

刘向新

摘   要：输电线路占地面积大，穿越区地形复杂，自然环境恶劣，给输电线路的运维管理带来困难。输电线路设备长期暴露在野外，为了掌握线路运行状况，及时消除线路故障、缺陷或隐患，每年投入大量人力物力对线路进行巡视。传统的输电线路检测方法是人工巡视，在特殊的地形和气象条件下很难实现，特别是杆塔顶端的缺陷难以发现，巡检效率低。

关键词：架空输电线路;无人机;关键技术;发展趋势;

引言  随着架空输电线路数量的增加，架空输电线路的运行维护环境变得越来越复杂，对架空输电线路的运行维护要求也越来越严格。传统的人工巡检方法存在诸多局限性，导致巡检效率低下，无法有效保证电网的安全运行。

一、关键的技术

1.自主巡检技术。地面操作人员在人工操作无人机时，主要根据视觉、检查返回的图像和全球定位系统信息，指导无人机的飞行和拍摄。这种方法要求操作员具备更高水平的技能，不同操作员的巡检效果可能大不相同，同一操作员在不同时间的巡检效果也可能不同。 目前，无人机自主巡检仍处于初期阶段，主要手段是激光雷达和RTK技术。LiDAR通过快速获取三维高精度点云数据从线路信道进行独立检查来规划飞行路线。该方法应全面考虑IMU惯性测量单位、机载激光雷达等的高程、坐标、姿态数据（切角、滚动角度、位移角度）。自主巡检中仍然存在以下问题：（1）由于技术不成熟，任务设备的控制精度不够，无人机在每次巡检检查中的视角和位置差别很大，导致图像质量参差不齐。（2）地面站软件没有相关功能，如确定巡检任务、收集路线点、比较和校正路线以及点击操作。（3）自主巡检无人机的耐受性存在一些问题。目前没有具备自动装载管理、自动仓储和无人驾驶飞行器飞行功能的设备。

2.操作安全控制。在能源工业中，无人驾驶飞行器（无人机）被用来执行大量的检查任务，但也存在无人驾驶飞行器黑飞现象。飞行数据记录器具有以下特点：（1）它独立于无人机运行，收集的数据不能修改;（2）收集的数据包括电池电压、飞行时间、飞行轨迹等（3）北斗支持和GPS信号;（4）具备数据传输和加密机制，以确保数据安全。借助飞行数据记录器，实时监控无人机的运行位置，并可将实时飞行路径与规定的运行路径和允许的飞行空域进行比较。如果比较结果不一致，警报信息将发送给开发的无人机巡检服务模块有三个主要功能：1）在空域利用和行动监测方面，通过建立统一的空域应用通道和把工作任务与空域联系起来，实现空域的标准化应用和使用;2）利用飞行数据记录器对无人机、领空和其他国家进行系统的实时监测;3）关于合作巡检，充分考虑到了地理和气象环境以及传输渠道的性质，制定了合作巡检检查计划，并以统一和标准化的方式管理了巡检检查计划和执行进程飞行数据记录器不仅记录有关无人机飞行状态的信息，而且还通过无人机商业巡检模块链接无人机巡检人员的信息，并关联工作单等进程文件。发生安全问题后，可以及时判断问题发生的时间、地点和责任人，并通过相關操作过程分析问题的可能原因，以便在最小影响范围内控制安全风险和次要风险。目前，对无人机安全的监督越来越受到重视，能源工业与人民的生计安全和国民经济相联系，因此不可避免地要依法并按照规定对无人机进行检查。关

3.故障识别技术和检验数据的应用。近年来，中国国家电网公司和中国南方电网公司利用对象互联网技术将无人驾驶飞行器的检测数据上传到实时数据云中，并利用深神经网络算法、大数据和图像识别技术自动分析检测数据，发现并生成检查报告。目前，某些类型的缺陷仍然缺乏定量判断规则，大多数在处理深层神经网络算法方面是相似的。以绝缘设备为例，其缺陷包括污染、破损、自爆、表面烧伤等。  智能缺陷识别作为无人机检查技术的主要研究方向之一，应在现有研究结果的基础上建立一个检查图像设备缺陷标准数据库，并通过不断更新和改进，筛选适合现场应用的智能无人机检查图像识别算法。

4.辅助维护操作技术。传统的维修方法是让维修人员从塔的底部爬到塔的顶部，然后一步一步地移动到网上维修的位置，这样既繁琐又效率低下。随着以超高压为骨干的大型电网建成，无人驾驶飞行器（无人机）的检查逐渐成为电网运行检查的核心，对传统维修方法的补充日益受到重视。无人机辅助维修工作主要包括无人机牵引电缆、辅助传输工具和仪器、对地线中的异物进行处置、无人机电力检查以及复合绝缘子的亲水性检测等。随着无人驾驶航空器（无人机）在电力工业中的广泛应用，有必要积极探索无人机辅助维修操作中的相关新技术，包括无人机的实时运行、带电清洗、复合绝缘子疏水性检测、零值检测以进一步扩大无人驾驶飞机在维修作业中的应用。

二、发展趋势与研究方向

1.协同检查。为了优化直升机、无人驾驶航空器和人工检查的配置，提高输电线路的运行和维护水平，需要进一步加强直升机、无人驾驶航空器和人工检查之间的有效合作，改进效益评估和模型在制定无人驾驶航空器检查计划时，应充分考虑到直升机的运行周期和人工检查，以确保有效的协同作用和互补性，并更好地利用无人驾驶航空器检查的好处。

2.在高海拔和无人地带等特殊复杂地区使用无人驾驶飞机。在高海拔地区和无人区，气候条件恶劣，风速高，风向不断变化，需要无人驾驶飞行器进行更高程度的检查。因此，有必要进一步研究适用于高海拔和无人区等特殊复杂地区的模型、技术条件和作业方式，并及时进行现场视察测试，以促进特定地理条件下的无人机视察技术的实际应用

3.全面的运营支持。随着无人机巡检检查技术的逐步推广和应用，有必要对无人机综合支持技术进行相关研究。在无人机运营的空气空间，需要进一步探索更有效和更实用的标准化报告机制，简化空气空间的使用程序，确保安全有序的运行。在整个无人机巡检周期的维护方面，并对无人机关键部件进行了例行维护和维修。

三、结语

总之，架空输电线路无人机探测技术是在三维探测、特殊复杂区域作业和综合保障的基础上发展起来的。进一步研究和拓展无人机的应用深度，提高无人机的探测效率。

参考文献：

[1]刘晓明，无人机电力线路安全巡检系统及关键技术.2019.

[2]彭小祥，大型无人直升机电力线路智能巡检宽带卫星通信系统.2020.