无人机电力线路安全巡检的关键技术研究

薛科

（国网宁夏电力有限公司银川供电公司贺兰县供电公司，宁夏 银川 750001）

我国由于地域辽阔，电力线路在不同的区域中布设方式也存在一定差异，甚至许多输电线路长期暴露在自然环境下，受到自然环境影响出现绝缘体破裂等问题，导致电力系统在运行过程中出现诸多故障问题，甚至导致各地区出现断电的情况。为了确保电力线路输电以及供电的安全性与及时性，电力企业需要对电力线路进行不定期巡检工作，避免线路出现质量问题，但由于电路线路布设范围相对较广，部分地区的环境相对较为恶劣，为了能够提高电力线路巡检效率，通过对无人机设备的有效运用，能够减少电力线路巡检工作难度，进而提高电力线路巡检的工作效率。

1 无人机巡检技术

无人机巡检主要是将现代化信息技术搭载在无人机设备当中，其中包含遥感技术、可见光红外热像技术以及大数据技术等，促使无人机能够在电力线路巡检中得到有效运用。无人机巡检技术的实现，主要是由无人机系统，任务搭载系统、综合保障系统构成。其中无人机系统中包含遥感设备、地面站以及通信系统，可以对无人机进行遥控，以此完成巡检工作任务。而任务搭载系统中主要包含数据信息采集、管理以及检测等，由云平台、地面控制装置以及光电吊舱等结构组成。综合保障系统则是包含了供电站以及基础设备设施以及动力设备等，相对传统巡检技术而言，无人机巡检技术在实际应用的过程中不需要任何辅助装置，可以随时完成降落器以及起飞，能够实现大范围巡检。无人机飞行航路能够得到有效控制，可以结合电力巡检需求做好无人机飞行调整作业。对电力线路实现全方面巡检。在巡检的过程中，无人机可以对电力线路数据信息进行采集，并将数据信息及时传输到控制中线，从而对电力线路所存在的问题进行具体分析，及时掌握电力线路问题的具体位置，从而采取合适的措施解决问题。除此以外，无人机巡检技术在实际应用时，具有一定的智能性，可以根据实际巡检要求控制好无人机的飞行高度以飞行方向，可以在野外完成对电力线路的巡检工作。由于无人机中搭载了红外热像仪以及高清摄像头等设备。在实际巡检工作开展的过程中，能够对电力线路的运行温度进行全面检测，在出现温度异常的情况下，会对数据信息及时分析，并将数据信息传输到核心。在高清摄像头使用的过程中，则可以对电力线路进行全面拍摄，同时对图像以及视频进行全面分析与管理。

2 无人机电力线路安全巡检的关键技术具体研究

2.1 飞行姿态控制技术

无人机巡检工作开展的过程中，经常会受到自然环境因素影响，对无人机的飞行状态以及巡检状态造成影响。因此，需要对无人机飞翔姿态进行有效控制，加强对LQG 控制器进行有效运用，能够对无人机的俯仰翻转姿态进行有效控制，同时在无人机中安装PID 控制器，能够对无人机的偏行问题进行有效解决，即便无人机在受到自然环境影响出现悬停或偏航的情况下，无人机蓄念系统会自动完成对电力系统的巡检工作。

2.2 多传感器高精度时间同步

多传感器在无人机中进行使用的过程中，可以对统一时间所测量的数据信息进行全面传送，而且实现了CCD 影像功能，对电力线路巡检达成立体测图工作。在无人机多传感器的作用下，能够实现巡检坐标，在GPS的作用下可以对无人机进行定位管理，并对无人机传感器数据信息进行同步记录。在具体应用的过程中，则是通过对GPS 输出的时间信号，将PPS 信号引入控制器中，实现对控制器的同步管理，随后扫描仪通过对PPS 信号进行接收后，可以对手护具信息进行清零管理，获取准确的时间数据信息。在该方式的有效运用下，激光扫描仪则能够将PPS 以及CCD 相机所获取的数据信息进行统一管理，从而大多数据源基准统一管理的目标。

2.3 线路缺陷、隐患探测技术

2.3.1 视觉探测

视觉探测则是在无人机中通过对高清相机以及摄像机的作用下，能够对电力线路进行航拍，将所获取的图片以及视频及时传输到地面基站，由地面基站完成对图片以及视频信息的储存与管理，对所获取的数据信息进行分析，及时了解电力线路是否存在故障问题。在视觉探测的左右下，能够对电力线路的破损情况以及杆塔变形等故障进行全面拍摄，确保拍摄图片以及视频的清晰度，以此可以提高探测识别的准确度以及精确度。

2.3.2 红外和紫外探测技术

红外热成像仪在无人机进行使用的过程中，则是可以对电力线路表面的温度数据信息进行摄取，结合摄取的数据信息可以自动声场红外光谱图像，根据图像可以对电力电路温度异常点进行全面了解，掌握电力线路、表面绝缘部位以及接头等部位运行质量。此外，在紫外成像仪的使用过程中，则可以对电力线路因放电所产生的紫外线讯号进行数据信息接收，并通过对数据信息的分析自动生成图像，在屏幕中显示图像，工程人员根据图像识别即可了解电路线路放电的具体位置以及放电强度。在紫外成像的作用下，可以及时了解到电力线路是否存在导线外伤、绝缘子放电以及线路受到污染等问题。但该方式在实际运用的过程中，则需要避免受到太阳光干扰等问题。

2.3.3 激光雷达探测技术

由于激光雷达探测技术在实际应用中，具备单色性和相干性等特点，加上在无人机使用中可以对航飞方向进行有效控制，同时利用激光等够对电力线路的具体以及长度等度量完成精准检测工作。在测距工作中，在红光雷达探测技术使用的过程中，可以实现连续波相位式测以及距和脉冲式测距，其中脉冲式测距则是利用激光脉冲的发射时间以及接收时间，根据激光脉冲发射的速度，做出具体计算或者最终的距离。为此，在无人机中对激光雷达探测技术的有效运用，可以在电力线路巡检中获得激光点云数据，随后结合高分辨率航空数码影响，对线路地形进行高精度管理。除此以外，通过激光雷达点云数据信息，能够对输电线路进行精准计算，了解电力线路与周围建筑结构之间的距离。在无人机电力巡检工作全面开展过程中，可以对无人机平台的实际使用任务进行全面关注，对GPS 数据准确性问题进行及时解决。

2.4 无线通讯技术

无线通信技术主要在无人机使用中，对无人机进行遥测与遥控管理，实现对无人机的精准定位以及数据信息传输。在遥控中能够及时了解无人机的航飞状态，掌握无人机内部设备运行状态。遥测则是对无人机航飞数据参数进行检测，对无人机内部设备运行参数进行测量。跟踪定位则是对无人机的位置信息进行测量，实现对无人机传感信息的传输与管理。无线通讯系统主要包含三种不同的技术模板，其中以机载模块、中继模块和地面站模块为主，可以通过天线完成数据信息的接收与管理，在通讯模块中，则可以采取定制以及研发的方式实现通讯功能，地面站模块则是针对无人机的实际管理形式，对各项数据信息进行接收与管控。

2.5 地面数据处理技术

为了全面发挥出无人机巡检技术的作用与优势，在地面数据处理过程中，可以通过摄影测量以及遥感数据信息处理等模式，对激光、相机以及红外成像仪等多个不同的传感器进行使用，可以自动获取电力线路的影像、坐标以及数据信息等，可以完成对电力线路多种数据信息的高精度处理。除此以外，在电力线以及电塔等建筑结构，则可以通过对无人机多传感器的有效运用，实现对电力线路的巡检智能管理，通过专家系统以及人工智能等技术，对输电线路所存在的安全隐患进行管理与判断，及时掌握电力线路的具体事故位置，并对电路线路及时做好诊断与故障解决工作。在无人机飞行控制技术中，则针对无人机飞行路线地理位置、传感器等参数，将其储存到无人机平台中，有系统对各项参数信息进行读取与保存，确保无人机在实际航飞的过程中能够得到有效控制，并且多传感器可以对各项数据信息进行读取。在多传感器控制技术的作用下，可以将红外成像仪、激光POS 系统所生成的图像、视频以及坐标序列等进行有效管理，并对各项数据信息进行储存管理。

在多传感器数据几何处理技术应用的过程中，需要对平台所储存的多项数据信息进行全面扫描管理，在测量以及遥感数据处理流程中，对多项数据信息完成高精度管理与控制。除此以外，在多传感器电力线路安全巡检过程中，可以通过对各项空间传感器数据信息的有效运用，结合电力线以及电塔等结构进行全面管控，同时，对专家系统、人工智能系统的有效运用以及处理，对输电线路所存在的安全隐患以及所存在的异常情况进行及时确认，在第一间内完成对电力系统的故障排查，生成相应的排查报告，并对报告数据信息进行有效储存管理。

2.6 多条带点云数据高精度配准与拼接

在无人机巡检关键技术应用的过程中，可以通过对数空间相似变换模型进行运用，实现对多条带间系统偏差拟合功能。在无人机电力线路巡检工作开展的过程中，可以结合巡检的具体以及巡检重叠区域进行模型建设，结合不同共轭点对应情况，对相邻条带间正形变换参数进行估计，结合电力线路实际情况，设定合理阈值参数，以此获得相应的平差配准参数。

2.7 海量点云全自动DSM、DEM 生成技术

机载激光点云滤波分类在无人机中进行使用，主要是将激光雷达扫描仪进行有效运用，并将激光雷达扫描的不同点进行分离处理，或者将其多不同的安云数据中进行分离处理。高精度地分离地面点与非地面点各项数据信息的采集，为生成DEM 提供中重要帮助。目前，滤波算法主要包含以下几方面：（1）形态学为基础的滤波算法。（2）以坡度参数作为基础，实现的滤波算法。（3）迭代最小二乘线性内插滤波算法等。在无人机电力线路巡检工作开展的过程中，无人机在航飞过程中，所采取的激光点在云数据技术的作用下，对激光点的粗差进行处理后，对条带配准拼接以及条带消冗等过程进行管控，即可生成高质量的DSM，以此为电力线路建模工作提供相应的数据信息。

2.8 基于GPU 模型与百核级集群技术的正射影像采集

在无人机中CPU 以串行方式，对影像信息进行投影变换的过程中，可以对电力线路数据信息完成采用工作，该方式目前在航空影像方面的使用响度较多。由于在无人机传感器的作用下，在巡检时能够获取海量的电力线※路数据信息，为了对各项数据信息进行有效处理，则可以在CPU 串式影像正射的作用下，采取多机器CPU 完成数据信息处理工作并对系统处理的正射影像速度进行有效控制。不过，由于受到多机I/O 的影响，在实际使用的过程中其效率相对较低，而且正射影像生产成本也会得到提高。在遥感技术的作用下，通过将CPU 正射纠正过程中影像投影变换具体情况，及时将其映射到GPU 支持的图形绘制流水线上表面，即可在GPU 并行处理功能的作用下，完成高贷款数据传输工作，实现对遥感影像的正射纠正。在该方式的作用下，正射纠正速度会得到有效提升，及时对无人机遥感巡检中所存在拍摄的影像进行及时处理。

3 结语

综上所述，我国无人机技术已经在社会多个领域中得到了广泛运用，目前在电力线路巡检中，使用无人机时融入了现代化仪器设备，可以有效提高电力线路的巡检效率，减少了工作人员的巡检难度以及巡检监督。其中包含飞行姿态控制技术、多传感器高精度时间同步、线路缺陷、隐患探测技术、无线通讯技术、地面数据处理技术、多条带点云数据高精度配准与拼接，海量点云全自动DSM、DEM 生成技术以及基于GPU 模型与百核级集群技术的正射影像采集等多项技术，提高了电力线路的运行稳定以及运行安全，为电力领域的健康发展提供重要帮助。