多旋翼无人机在输电线路质量验收中的应用研究

谢秋伟，邓淋升，宁仕元，汤 浩，吴小虎

(湖南电力工程咨询有限公司，长沙 430029)

0 引 言

近些年来，随着我国电网特高压线路建设不断加快，电网规模急剧增加，电网电力设备安全可靠性提出了更高要求。输电线路质量验收作为工程建设重要环节，是保障输电线路稳定运行的重要前提。因此，制定标准化质量验收作业流程，创新工程验收技术手段，提升工程质量验收管理水平，对电网安全稳定运行具有重要意义[1-4]。

传统架空输电线路工程质量验收为人工检查作业，不仅工作量大、效率低、投入经费高，而且在复杂地形条件下进行高空作业还存在一定的安全风险，严重威胁作业人员生命安全。同时架空输电线路质量验收内容较多，人工检查成果在很大程度上受到人员专业素质影响而良莠不齐，为输电线路运行埋下安全隐患[5-7]。

近些年来，多旋翼无人机的安全性和可操控性实现了突破性发展，具有安全高效、操控灵活、机动性强等优势。通过搭载高分辨率传感器，在无人机飞手操控下，可快速实现对架空输电线路、杆塔等关键部件的安全巡查、状态检测、清障作业等相关工作，从一定程度上缓解了人工作业的压力，目前已广泛运用于电力巡检、通道清理、状态检测、电力勘测等领域[8-11]。

综上所述，本文针对输电线路质量验收常见缺陷及作业特点，制定利用多旋翼无人机进行架空输电线路工程质量验收方案，结合电网基建工程验收精细化管理需求，构建架空输电线路工程质量验收信息化平台，将工程信息，任务管理、验收成果进行有效管理。实现对架空输电线路质量作业成果从任务计划、现场作业、数据存储的科学管理，提升输电线路工程质量验收效率和准确度。

1 基于多旋翼无人机的输电线路工程质量验收方案

1.1 技术流程

为确保无人机输电线路质量验收方案安全高效进行，通过调研与实践，本文提出一套较为完善的基于多旋翼无人机的输电线路工程质量验收方案，主要包括任务准备、数据获取、缺陷识别三个步骤，技术路线如图1所示。

图1 技术路线图

首先，任务准备需将获取的工程信息相关信息录入输电线路质量验收平台，并根据工程具体情况制定质量验收作业计划，提交飞行计划申请。然后，根据不同杆塔类型和周围环境，依据已有方案规划无人机航拍方案，并拍摄杆塔关键部件照片。最后，将获取照片根据杆塔施工阶段分类并上传输电线路质量验收系统，进行杆塔质量缺陷判别，并生成质量验收成果报告。

1.2 多旋翼无人机平台

本研究采用深圳大疆创新公司于2018年6月发布的四旋翼无人机DJI Phantom 4 RTK(如图2所示)，该无人机由飞行器、遥控器、云台相机组成，飞行重量1391g，最长续航时间可达30 min。其搭载的云台相机，内置2000万像素1英寸CMOS图像传感器，能够更清晰的获取杆塔部件和金具的影像信息。

图2 DJI Phantom 4 RTK无人机

DJI Phantom 4 RTK无人机具有机动性能强、安全高、获取影像分辨率高等优点，其配置的全新的图像稳定系统，能够有效解决因飞行器的激烈运动而造成的影像模糊等问题。该款无人机自带红外感知系统，可有效的避开障碍物，大大减小无人机与杆塔碰撞风险，保障输电线路工程质量验收作业的安全和效率。

1.3 多旋翼无人机输电线路质量验收方案

输电线路质量验收方案应具备动态性，实时性及可操作性，需要全面分析输电线路质量验收对象及特点，制定合理的质量验收作业标准，建立完善质量验收作业体系，选择科学、创新、高效的质量验收技术手段，才能真正实现对输电线路工程质量验收工作的全面高效管理。

通过对已有输电线路质量验收工作成果总结，发现常见的质量缺陷分为金具及绝缘子、杆塔、导线三大类，具体包括鸟巢、导线异物、绝缘子自爆、绝缘子污秽、导线断散股、销钉缺失、均压环倾斜及损坏、螺母缺失、防振锤损坏、放电间隙损坏、线夹倾斜等11种细节缺陷[12-14]。

根据线路工程电压等级不同，杆塔选型及验收部件也会有所差异。本次研究针对常见的塔型结构进行分析，结合常见杆塔缺陷位置和特点，制定出不同的巡检拍摄路径及规则。利用多旋翼无人机进行输电线路质量验收工作时应遵循面向大号侧先左后右，先宏观后局部，先下后上(对侧先上后下)，先小号测后大号测的基本原则[15]，如图3所示。

图3 无人机质量验收示意图

2 输电线路质量验收系统设计与实现

2.1 输电线路工程质量验收系统

输电线路工程质量验收系统是为更好保障工程质量验收工作高效、有序开展，使项目管理人员能够全面掌控质量验收工作进度，方便项目管理者、作业员查看验收成果。本研究基于B/S架构，构建从工程信息管理、任务申请到质量验收成果存储管理的输电线路工程质量验收系统，实现对质量验收工作的闭环管理。

2.2 功能模块

系统主要分为权限管理、项目管理两个模块，实现包括远程访问及用户管理、工程管理、任务管理、照片管理、视频管理及统计分析等六个主要功能。

(1)远程访问及用户管理：系统采用B/S模式，可通过网页认证的方式对系统进行登录访问，由于系统涉及质量验收工作参与各方登陆系统目的及所需信息不同，系统建立了用户信息数据库，并对用户角色划分。

(2)工程管理：是对输电线路工程质量验收工程信息及相关责任单位信息的管理，实现检查验收照片和影像成果分阶段按杆塔编号进行分类存储。

图4 平台整体框架图

(3)任务管理：该模块实现对无人机质量验收任务的申请及审批功能，从质量验收作业源头，提升对质量验收作业监管。

(4)照片管理：实现根据照片内容，判别工程建设质量缺陷，并对缺陷内容进行描述。

(5)视频管理：存储和管理质量验收过程中无人机拍摄视频资料。

(6)成果分析功能：通过对上传数据及检查人员分析判别成果进行统计分析，自动统计分析各施工阶段工程质量验收进度，按施工标段、检查内容进行统计缺陷成果。

3 实验分析

3.1 无人机数据获取

本研究根据已制定多旋翼无人机输电线路验收方案，利用DJI Phantom 4 RTK无人机对已有在建线路工程质量验收检查，获取输电线路杆塔关键部件的高分辨率影像，从影像中可以清晰的分辨出杆塔小尺寸金具、螺栓、绝缘子等，如图5所示。

图5 质量验收关键部件

3.2 输电线路质量验收系统

利用无人机输电线路质量验收系统，对无人机拍摄的数据成果进行存储和管理，依据无人机影像判别金具安装质量缺陷。对质量验收成果进度、缺陷成果按施工标段及检查内容分别统计分析，可有效监管安全质量验收工作进度，直观反映出各施工标段及工程质量突出问题，提升质量验收监管力度，有效杜绝工程质量隐患。

4 结束语

利用多旋翼无人机进行输电线路工程质量验收工作，能够降低人工作业安全风险，提高质量验收工作效率，保障质量验收成果准确度。无人机输电线路工程质量验收系统可以有效的对输电线路质量验收工作进行全面管理，保存质量验收影像成果，方便管理人员宏观掌控质量验收进度，避免漏检、错检事件发生，为电网电力设备安全高效运营提供保障。