摘要：近年来，随着我国经济的不断发展，对电力系统的需求和依赖程度不断增加，电网安全越来越受到社会大众的广泛关注。输电线路作为电网系统中非常重要的组成部分，更需要在安全巡检上不断加强。电网规模的不断扩大，不仅提高了电网事故的发生概率，而且使得电网巡检的工作量与难度也随之增加。而利用无人机巡检电力线路，具有不受地形环境限制、费效比低等优势，同时无需顾虑其意外坠毁可能导致的人员伤亡等问题，因此备受电力行业的欢迎。无人机巡检技术融合了航空、遥感、电子、电力、飞行控制、通信、图像识别等多个高尖技术领域，实现起来难度比较大，世界范围内专门研究无人机电力线巡检技术的并不多。在国外，虽然无人机巡检技术研究较早，但利用无人机巡检电力线的研究当前只侧重在图像识别和数据处理等方面。相比之下，国内的研究水平还较低。国家电网公司电力机器人在实验室进行无人直升机的巡检研究，取得了阶段性成果。
关键词：杆塔；无人机巡线通信中继方案；设计
引言
架空线路已经实现了大范围的覆盖，途经地区地形情况十分复杂，为巡线工作带来很多困难。若想在最短的时间内排除架空线路中的故障问题、对线路运行情况进行了解，需要对其进行巡线处理。目前，无人机巡线技术已经被广泛的应用到架空线路的检查工作中，这种技术转变了传统人工巡线工作中效率低下、效果不佳以及劳动量巨大的问题，在地形复杂的路段也可以开展巡线工作，巡线工作的效率得到提高，成本有所下降，同时也可以最大限度的保障工作人员的人身安全。
1无人机分类比较
固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机为常用电力专用无人机，其各有优缺点，应用于不同的巡线场合。固定翼无人机飞行速度快，续航时间长，但不能悬停于空中，适用于进行输电线路通道大范围、长距离巡检。无人直升机飞行灵活，能快速准确的进行输电线路作业，现已基本运用到对输电线路通道环境监测，交叉跨越复核检查，重要隐患监控等方面的巡视工作。多旋翼无人机最大的特点便是能垂直起降，飞行控制灵活，稳定性高，可应用在电气线路设备的参数收集、故障查找等任务中。在故障段确定的情况下，多旋翼无人机能在接近线路处进行空中悬停，完成输电线路杆塔设备、绝缘子等定点目标的精益化巡检工作。总结以上各类无人机的优缺点与当前电力生产工作实际相结合，架空输电线路的巡线建议使用固定翼无人机搭配小型旋翼机或无人直升机进行。而固定翼无人机和无人机直升机的价格相对较高，基于巡线频率与性价比综合考虑，价格便宜且操控灵活的小型旋翼机是现阶段最值得推广的机型。
2通信链路中的中继模式
在进行电力线路巡视的过程中，无人机采用直通和中继两种模式与地面控制中心通信。直通模式只用在无人机距离地面控制中心较近且没有任何障碍物的情况下。中继模式中，无人机通过中继电台向地面控制中心下传数据，并接收控制中心的控制指令。在具体的线路巡视中，要解决山体阻挡及输电线路电磁干扰，扩展无人机巡视的距离，必须采用中继模式进行信息传输。无人机的中继模式有地面中继和空中中继2种。地面中继模式是将中继设备安装在某个线路塔上，其结构简单、维护方便、成本较低。而空中中继模式是通过增加一定数量的中继飞机扩大无人机的巡视范围，由于无人机数量的增加，必定会使系统复杂度提高、降低系统的可靠性，并提高系统成本。相比空中中继模式，地面中继模式是未来无人机巡线中继模式的一个很好选择。因此，研究无人机巡线的中继电台部署方案，对拓展无人机巡线作业范围，最大限度地发挥无人机在巡线作业中的优势具有重要意义。
3架空线路无人机巡线技术
3.1位置控制技术
应用无人机巡线技术对架空线路进行巡线时，可能会受到环境、气象等诸多因素影响。在巡线工作开展过程中，为了提高无人机巡线技术应用的安全系数，需要提高位置控制工作的质量。研究人员已经对位置控制系统进行完善和应用，通过LQG控制器可以对无人机翻转、俯仰动作进行控制，而PID控制器也可以对偏行方面进行调整。这种系统的鲁棒性较高，稳定性良好，因此在无人机巡线技术的应用过程中发挥较多作用，即使无人机进入悬停状态，人们也可以通过绳索对机体进行拖拉，控制系统也能够正常高效的运转。
3.2视觉跟踪技术
对架空线路进行巡线时，使用的无人机需要具备规避障碍物、导航等能力，因此需要视觉跟踪技术为其提供更多支持。我国的研究人员已经对该项技术进行了实验，然而在将实验成果应用于实际时，尚且存在一些问题：机体的振动对图像质量产生一定负面作用；由于导线的直径较小，在整个图像背景中不够明显，视觉跟踪方面的工作进程受阻。和架空线路相似度较高的直线型结构会对巡线跟踪工作造成一定干扰，例如各类电力导线和铁路等，因这些结构可能出现跟踪失误，最终造成严重的负面影响。基于以上情况，研究人员将霍夫变换的相关算法应用其中，并且可以完成三条线的跟踪工作，将无人机在横纵两个方向的移动情况传递至控制中心。这种算法可以对图像背景复杂混乱程度较高的区域进行跟踪。
3.3故障检测技术
第一，激光雷达的检测技术。该技术在定量测量精度方面存在一定优势，通过激光测距装置，能够对线路与建筑间距、线下植被等方面进行精准测量，后续的违章建筑处理工作以及树木砍伐工作可以更加顺利的开展。激光雷达巡线技术可以获取准确的激光点云信息，对线路走廊进行扫描，之后可以利用航空数码装置的影像信息对其进行辅助，最终完成走廊三维模型的构建。但是，因载重方面的制约，无人机上激光雷达巡线装置的配置仍不常见。
第二，视觉探测。将高清的摄像装置及相机装置配置在无人机上，完成巡线工作的视频及图片的拍摄工作，同步的将信息进行传输或存储，然后基站对视频及图像中的线路外观进行分析和观察，判断有无故障。这种技术可以对线路显性故障进行检测，及时发现绝缘子破损、变形、断股以及松脱一类的故障，其图像质量将会对判断工作的准确性及精度方面造成一定影响。
第三，紫外及红外探测技术。将紫外成像装置及红外热成像装置配置在无人机上便可以完成相应的巡线工作。前者可以对放电紫外信号进行探测，将图像呈现到屏幕中，对图像进行分析和观测，最终便可以得出电晕强度信息及位置信息。紫外成像原理的应用可以对放电情况、导线外伤等方面进行检测；后者主要通过非常态升温点红外光谱对架空线路的线夹、接头等方面情况进行判断，及时发现其中存在的发热点。
结语
无人机作为一种新技术，其巡检电力线路具有不受地形环境限制、可靠性和安全性高、费效比低等优势。然而，无人机巡线中的中继电台的安装方式受中继电台通信覆盖性能的严重影响。假设所研究的无人机巡线的中继电台安装在电力线铁塔上，对无线信道的衰落特性进行了深入分析，给出无线信号复合衰落模型和中继电台覆盖模型。随后，就电力线巡检中常遇到的平地场景和山地场景给出了中继电台的部署方案，并对平地场景中继点部署方案和山地场景中继点部署的第1种方案进行实验验证。研究和实验结果对无人机巡线通信中继建设具有重要
参考文献
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