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基于无人机技术的电力线路安全巡检系统张思思

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：张思思

[导读] 摘要：随着我国经济实力的不断完善，我国对于实际的城市建设和社会建设也提出更高的要求。

        （国网山西供电工程承装有限公司山西太原 030001）
        摘要：随着我国经济实力的不断完善，我国对于实际的城市建设和社会建设也提出更高的要求。而在此环境之下，我国社会对于用电量却越发提高，对于用电要求也随之提高。基于此，当前构建更为高效、稳定的电力线路成为城市建设和社会建设的重要环节和关键工程。我国根据社会用电需求，建立了大量的电力线路，推动着电力系统运行效率和质量的稳步提高。但在此过程中，用电需求虽然得到解决，但是实际的电力线路运维却成为当前的主要问题。因此，当前各个单位和部门都投入大量的资金、人力、物力于实际的电力线路运维及检修工作之中，来推动检修工作的现代化发展。
        关键词：无人机；电力线路；安全巡检系统
        我国经济发展水平的提升促使我国的电力行业迎来发展契机，随着电力线路分布的愈发广泛，实现我国供电范围的不断扩大。但是因自然条件等因素限制，使得部分地区电力线路无法依靠人工巡检方式完成，并且现阶段人工巡检方式的应用已经无法满足当前电力线路稳定运行具体需求。所以，需要借助无人机巡检技术来完善巡检工作，避免巡检期间受到地理、气温、天气等条件影响，提高故障巡查精准度，实现电力线路整体运行情况的全面掌握。
        1电力无人机概述
        根据无人机的机体结构，通常可将无人机分为无人直升机、多旋翼无人机和固定翼无人机三类。目前在电力巡检中都有应用，但由于三种无人机的性能特点存在较大差异，其所承担的巡检任务也有所侧重。无人直升机与传统直升机类似，但由操控人员在地面站进行操控，是早期电网无人机巡检试验方案之一。由于无人直升机体积较大，操控难度较高，存在与电力设施碰撞产生严重后果的潜在风险，且成本较高，目前已较少应用在电力巡检领域。多旋翼无人机由多个旋翼产生升力，通过改变各个旋翼的转速控制飞行器的姿态，具有小巧灵活、垂直起降、精准悬停的优点，但机动性和飞行高度较低，负载较小，续航时间短。因此，在架空线路巡检中，多旋翼无人机通常负责小范围精细作业，或杆塔精细化建模等任务。固定翼无人机依靠螺旋桨或涡轮发动机提供前进动力，由机翼与空气的相对运动产生升力，其巡航速度快，续航时间长，但起降需要跑道，且无法悬停。在架空线路巡检中，固定翼通常负责大范围、有较高航程要求的任务。除此之外，还有结合固定翼与多旋翼的复合翼无人机，兼具垂直起降、精准悬停与巡航速度快的优点，在灾后应急等恶劣复杂环境的应用场景中极具潜力，但在电力巡检领域尚未有大范围落地应用。从功能来说，无人机在电力巡检中所扮演的角色主要为遥感承载平台。
        2无人机航测技术在电力线路巡检中的应用优势
        第一，无人机的体积较小，对于陆地没严格要求，降落与着陆过程相当简单。第二，履行任务时高效且方便。无人机设备在展开运输作业时体积较小，可通过铁路、公路、航空等方式运输，提高检查工作的便利性。第三，直升机搭载高清摄像设备。通过提升摄像设备的分辨率且强化综合技术的应用，取得了较好的航测结果。通常，无人机要装上数码相机的传感器和与全球定位系统相匹配的导航装置。随着技术水平的提高，摄像机与导航设备愈来愈先进，无人机系统的集成度也愈来愈高，获得的图像数据分辨率高。第四，部分电力线地处地势险要、环境险峻的地区，传统的人工作业检查不易抵达，而使用直升机检查可彻底解决这些问题，提高了安全性。
        3基于无人机技术的电力线路安全巡检系统
        3.1电力线路故障的探测
        该技术主要应用在三个方面，（1）物理检测方面。物理检测方面是探测技术的基础功能，主要是给无人机搭载相应的高清摄像机以及照相机，将相关的线路排查过程进行录制和拍照，以此传输给后台的工作人员和数据汇总人员，让该人员根据图片情况以及视频情况对电力线路进行故障判断。

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（2）红外线和紫外线检测技术，该技术充分应用红、紫外线自身的技术优势和特点，红外线能够检测到线路周边的异常发热状况，以此来确定线路的发热点，达到故障检修的效果。紫外线能够检测到线路设备放电后产生的紫外光讯号，并能够通过相应设备进行成像，让相关工作人员进行故障排查和判断。（3）激光雷达探测技术，该技术自身具有极为强大的技术优势，能够抗干扰，并且检测和计量数据都十分精确，能够对线路周围的地形和设施进行极为精确的检测和数据收集，对于电力线路自身的位置和周边建筑物、与树木之间的净空距离、位置也能够有一个很好的定位，以此方便电力线路的检修运维和建设工作。
        3.2数据处理技术
        数据处理技术是电力线路巡检系统工作的主要技术，主要是借助其他技术和系统平台所收集、传输的数据对其进行整合、处理、分析工作。（1）对于无人机的飞行状态以及位置数据能够有很好的把握和控制效果。（2）自身具有强大的传感接收器设备，能够较为灵敏地捕捉到相应的数据和资料，对于电力线路的检修工作有着很大的促进作用。（3）该技术自身具备强大的可视化特点，能够对相应的数据进行成像，达到预期的探测效果和能力。
        3.3通信技术
        通信技术是无人机电力线路安全巡检的关键技术，无人机发布飞行命令、调整飞行线路、控制飞行高度，并将无人机巡检过程中拍摄的图像视频信息发送到数据中心，数据中心对数据信息进行分析，及时发现电力线路中存在的问题。因此，通信技术直接关系到无人机飞行任务的完成。目前，通信技术主要有光纤通信技术、电力电缆通信技术以及无线通信技术。电力电缆通信技术是利用电力传输线作为信号传输通道，将信号加载到电力线上，实现语音、数据等信息的高速传输。这种通信技术相对比较成熟，安全性高。光纤通信技术指用光波作为传输载波，将光纤作为传输媒介实现数据信息的传输。光纤通信系统由光发信机、光收信机、光纤或者光缆、中继器、耦合器以及光纤连接器等构成。光纤通信技术具有通信容量大、传输距离远、抗干扰性好、保密性强等优点。无线通信技术主要分为微波通信技术和移动通信技术。微波通信技术是利用数字中继器进行数据信息交换，将数据信息加载到微波载体上并通过电波空间进行数据传输。移动通信技术主要为了满足手机、电脑等移动终端设备的通信要求。目前，我国移动通信技术已经发展到5G时代，移动通信质量和速度有了显著提高。这3种通信方式各有特色，且相互补充。无人机电力线路安全巡检过程中，无人机飞行距离一定程度上影响到通信质量。目前，无人机的通信系统主要利用波段—视距状态下的空地直接链路，采用Ku波段和Ka波段，飞行达到一定的高度，则选择Ka波段，减少数据信息的损失。目前，无人机的通信技术还无法满足远距离飞行任务要求，因此无人机线路巡检技术还需要加大通信技术方面的研究。
        3.4飞行控制技术
        无人机作为电力巡检系统的关键辅助工具，其自身承担着获取信息、收集信息的工作内容，对于实际巡检工作有着很大的促进作用。而电力线路巡检工作主要是应用于户外环境之中，无人机受户外环境的影响严重，尤其是受到风雨、暴雪、雷电等天气，对于无人机的正常工作都有着巨大的影响效果。而无人机自身可以借助飞行控制技术，在这样环境之下保证飞行工作的进行，确保能够达到预期的工作标准和要求。
        4结语
        随着时代的进步和发展，电力线路的建设数量逐步增加，这对于实际的线路运维工作带来巨大挑战。而无人机技术的出现，正好能够减轻运维工作人员负担，提高运维效率，推动电力线路运维工作的高质量开展。对此，相关技术人员和运维人员应该引起重视。
        参考文献：
        [1]彭向阳，刘正军，麦晓明，罗智斌，王柯，谢小伟.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J].遥感信息，2015，30（01）：51-57.
        [2]陈景尚.对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J].科技创新与应用，2019（02）：158-159.