宁夏超高压电力工程有限公司 宁夏银川 750001
摘要：随着我国综合国力的不断增强，我国的科学技术的发展有了极大的提升，尤其是在智能化方面，当前，随着输配电基建的日益普及，越来越多的高压输电线路故障问题也变得更加棘手，如绝缘子击穿、电路老化、雷击穿和垃圾缠绕等等，由于输电线路输送距离长、塔架高并可能穿越大量自然条件复杂多变的深山大河，甚至是无人区，当出现故障时，目前常见是大量采用人工地面观察或登杆排查等传统手段检查输电线路运行状态，这不仅受自然条件制约，而且劳动强度大，人身安全存在隐患，成本高，巡检效率低，巡检质量难以保证以适应当前大电网安全生产的要求。基于此，本文主要对基于无人机巡检的输电线路规避系统涉及进行分析。
关键词：无人机巡检；输电线路；规避系统
引言
作为电力系统运维管理的基础内容——配电线路的维护与检修是重点。传统的人工巡检效率低、成本高、精确度低，而现代无人机技术的创新应用，开启了人机协同巡检的新模式，并分化出如固定翼巡廊道、多旋翼巡杆塔等巡检模式，配电线路巡检人工智能化趋向越来越明显。无人机技术支持下的配电线路巡检克服了巡检区域跨度大、地形复杂、自然环境恶劣、配电线路设备长期暴露引发的材料老化等问题，巡检效率、精确度和成本优势更为明显。以配电网应用较广的大疆精灵4Pro为例，其搭载FlightAutonomy技术，配备6个视觉传感器、2组红外传感器、1组超声波传感器，拥有GPS/GLONASS双模卫星定位系统、IMU和指南针双冗余传感器，飞行中能实时获取图像、深度、定位等信息，飞行速度在20m/s，最大飞行海拔高达6000m，以10kV、100km的配电线路为例，两台无人机作业在完成飞行线路储存的前提下2h基本巡视完毕。而人工巡视，需要克服重重困难，五个人巡视完同样的配电线路范围，需要超过10h。无人机巡检系统由空中飞行平台和地面控制站两部分构成，空中飞行平台对应无人机系统、导航系统及航点定位系统，而地面控制站具体分为飞行数据显示、影响数据显示和飞控指令传输三部分。
1多旋翼飞行器原理及结构设计
首先是飞行原理。多旋翼飞行器是一种结构简单、控制上也容易分析的飞行器。多旋翼飞行器通过多个旋翼的正反桨以及不同的转向与转速，形成由多个与机体垂直的升力和多个反扭力合成的动力面。通过改变这些力的大小与方向，动力面便具有全角度牵引机体的能力。但因为飞行状态是不稳定的，因此为了控制每一个电机的输出量便需要一套飞行控制系统进行实时调整。控制系统按照一定频率对飞行器姿态检测，根据测量结果计算出控制量，最终根据需求调整多个电机工作状态，即可改变飞机的动力面。其次是结构设计。多旋翼飞行器的结构设计核心部分为中心板，中心板部分需要兼顾锁紧机臂，提供动力电池的固定点，安装无人机飞控模块，安装更多的拓展模块等功能。
2杆塔本体巡检精细化
无人机巡检让配电线路精细化运维落到实处。多旋羽翼无人机能在人工操控下完成杆塔各精细部位的高清拍照，基于高清图片分析有无细节缺陷。杆塔、绝缘子、架空导线、金具、接地装置等部位缺陷通过高清摄像一目了然。高清照片带来缺陷类型的精准判断与识别，以金具巡检为例，线夹断裂、裂纹、磨损、销钉脱落或严重锈蚀、发热；均压环、屏蔽环烧伤、螺栓松动、发热，防振锤跑位、脱落、严重锈蚀、阻尼线变形、烧伤，间隔棒松脱、变形或离位等缺陷细节判断更具参考性，当前应用无人机技术进行金具缺陷识别精准度达到了90%。
3输电线路无人机自主巡检系统构建
首先是训练FasterRCNN检测器。
绝缘子作为输电线路杆塔的重要结构，起到悬吊导线并确保导线与塔身间保持安全距离的双重作用，输电线路杆塔上关键的结构分布在绝缘子两端。另外绝缘子结构突出便于识别，因此，检测输电线路杆塔关键结构只需检测出绝缘子，并采集绝缘子本体以及两端图像，即可将输电线路杆塔关键结构巡检采集完毕。收集大量历史绝缘子图像，包括不同材质、结构、电压等级、位置等多种形式的绝缘子图像，并对图像标注对应信息，训练FasterRCNN检测器。其次是自主巡检系统结构。输电线路无人机自主巡检系统由电脑端的航线生成模块和图像整理模块以及无人机端的摄像头、航线接收模块、航线读取模块、图像扫描模块、FasterRCNN检测器、飞行控制模块以及图像采集模块组成。无人机执行自主巡检任务时，首先根据工作计划通过航线生成模块指定无人机巡检航线，无人机通过航线接收模块与航线读取模块执行巡视扫描任务；其次，无人机通过摄像头、图像扫描模块与FasterRCNN检测器识别杆塔结构确定图像采集位置与角度；然后，飞行控制模块在执行巡检航线的同时接收到图像采集的位置与角度信息，实现巡检过程中识别杆塔结构、定位采集图像的功能，并通过图像采集模块采集图像；最后，通过图像整理模块进行命名与整理。
4故障定位验证
基于视觉识别巡检系统的故障定位准确性。当前，为了提高输电杆塔无人机巡检的准确性，提出基于视觉识别的输电杆塔无人机自动巡检系统。通过设计输电杆塔无人机自动巡检系统的硬件与软件，完成巡检系统的设计，实现输电杆塔无人机的自动巡检。仿真结果表明，基于视觉识别的巡检系统相比于传统巡检系统，输电杆塔无人机的巡检偏差小。
5精度收敛设计
进行精度收敛时应该选择开阔的场景进行，一是对BDS信号没有遮挡，二是保证飞行器能有足够的安全空间进行动态动作。动态动作最好是进行“8”字形运动，这一步骤将会直接影响到系统误差收敛和达到标称的精度，LiDAＲ系统会利用这一过程对IMU线性误差、IMU常值误差、IMU温度误差、IMU安装偏差角误差等多种误差进行评估、修正。
6无人机巡检技术发展前景
首先要关注无人机性能的强化，特别是续航能力的稳步提升，使其在危险与复杂的环境中也能保持运行的稳定。其次，要重视无人机机型改进，针对其通道巡查、故障分析、测温等综合性功能应用，以机型改进实现无人机配电线路巡检某项功能应用专业化程度的提升，以不同装载配置实现不同环境的作业适应，专项功能优势更明显。最后要加大对无人机巡检模式的创新开发，从无人机自主控制、能源补给等方面着手，实现无人机线路巡检的全自动化。配电线路无人机巡检技术智能化发展不可逆，而研究发展的重点及未来应用主要集中于智能立体巡检体系的建立，增加无人机巡检附加功能，使综合直升机、固定翼等无人机机型满足配电线路雷达扫描、测温、防外力、夜巡等多种巡检作业需求。拓展无人机巡检线路的数字化通道，提升其数据自动分析水平。创建无人机自动驾驶系统，以无人机航线记忆功能的实现，带来无人机全自动巡检。以图像识别技术的成熟化实现无人机巡检缺陷自动识别精准度的提升，并实现云台前端缺陷自动化判别及图片的自动化归类储存。在视频影像后处理技术的支持下，实现影像与二维坐标地图的融合，影像快速定位。
结语
总之，基于无人机巡检的输电线路规避系统设计实现了以较低的成本完成高清视频的传输，有助于及时发现高压输电线路故障，帮助巡线人员更准确地判断高压输电线路的损坏类型以及损坏程度，对于解决高压输电线路检修难这一问题具有前瞻性意义。
参考文献：
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［2］陶承志，黄禹铭，李宇程，等．无人机电力巡检技术［J］．中国科技信息，2016(18):24－25．