宁夏超高压电力工程有限公司 宁夏银川 750001
摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国科学技术的发展，也带动了智能化的发展，尤其是在电力行业，现代无人机技术在配电线路巡检中发挥着重要作用，实现了线路本体巡检、隔离刀闸巡检、配电箱、电缆线路巡检、低压线路设备检查等配电线路运维各部分的统筹巡检，巡检效率提升且巡检成本降低。此外，配电线路无人机巡检能克服地理、气温等条件影响，故障巡检精确度更高，有利于及时掌控配电线路整体运行情况。
关键词：输电线路；智能无人机；巡检；研究；应用
引言
输电线路通常架设在环境复杂、自然条件多变的野外，由于其大部分暴露于户外环境中，长期受到高温炎热、强降雨以及大雪等恶劣天气的影响，从而导致输电效率的下降。为确保电力能源的稳定提供，定期对电网的监测、检查和维护尤为必要。传统的人力巡检方式效率低、成本高且不利于在复杂地形下长时间作业；相较而言，机器人可以提高巡检效率，降低劳动力成本，避免操作风险。
1输电线路智能无人机巡检工作原理
电力巡线无人机LiDAＲ通过激光雷达系统巡线对电力沿线进行激光点云数据的采集及处理，对电力线路的三维模型进行重建，对电力沿线的地表形态、相应附着物及各杆塔的三维位置进行修复。此方法为输电线路的监护人员提供了数据基础，通过了解输电线路设备设施的结构信息，发现线路走廊中被跨越物对线路的威胁以及线路中的其他异常及隐患。该方案收集的线路属性参数可辅助实现对线路资产的管理，若与智能电网方案结合将产生更好的作业效果。机载激光测量系统工作原理如下:无人机搭载系统在作业区域往返飞行，机载激光测量模块进行数据采集工作。机载激光测量系统一体化集成高精度激光扫描仪、高清相机、BDS、IMU等，其中BDS通过导航卫星获取系统实时位置，IMU记录系统姿态，激光扫描仪通过发射、接收激光点云获取系统行进过程中的地面高精度、高密度地面信息，高清记录目标区域的正摄影像。各传感器的数据通过同步控制系统进行统一作业，通过后续解算软件获取到精确的测绘成果。
2输电线路智能无人机巡检应用
2.1基于FasterRCNN检测器的输电线路无人机自主巡检系统
现有输电线路无人机自主巡检系统多采用精确定点的策略，即对每一个需要采集图像的拍摄点进行定位并编辑成航线。目前，较为成熟的无人机巡检方案有3种：航点飞行将杆塔的位置信息与需要采集图像的每相杆塔结构精确位置信息编辑成航线；航线记忆记录人工无人机巡检轨迹，再次执行巡检任务时可实现无人机自主飞行；激光点云构建输电线路走廊三维模型，全景再现输电线路走廊自然情况，规划每个拍摄点进行无人机巡检。该类方法对前期输电线路参数数据库的完整度以及精确度要求极高，导致数据库的建立投入极高或在有限投入的前提下无法进行自主巡检。人工智能、大数据技术的不断成熟给输电线路运检工作带来了新方向，利用大量历史数据训练建立特定检测识别系统的深度卷积神经网络
（CNN）具有能够提取图像深度特征、识别速度快、识别准确率高的特点，是目前人工智能识别领域的主流应用技术。作为一种以深度卷积神经网络为基础的双阶段目标检测器，FasterRCNN检测器具有识别速度快、准确度高、运算功耗低占用内存小的特点，满足无人机自主巡检低功耗、实时识别、精准识别的要求。
2.2基于视觉识别的输电杆塔无人机自动巡检系统设计
首先是投影仪设计。
输电杆塔无人机在巡检作业时，需要及时将飞行坐标信息反馈给地面，并通过投影仪映射显示给技术人员，所以设计输电杆塔无人机自动巡检投影仪是确保无人机安全飞行的关键。无人机巡检工作的地理坐标采用球面坐标，地理坐标系很难实现无人机巡检路径以及作业方式的规划，将视觉识别应用到巡检投影仪的设计中，使投影后的坐标变成赤道和中央子午线，投影坐标原点是赤道与中央子午线的交点。视觉识别投影仪与普通投影仪的不同之处在于投影几何方式的不同，投影过程中参考的椭球也不同，基于视觉识别的投影仪可以保证坐标点与投影点的方向和角度不变，比较适用于空中投影。输电杆塔无人机自动巡检投影仪的投影路径需要考虑无人机飞行的方向，因此将视觉识别技术应用到投影仪设计中，可以明确无人机的飞行航向，从而提高巡检工作的效率和质量。其次是巡检路径。规划输电杆塔无人机自动巡检路径的目的是为了提高输电杆塔无人机自动巡检的效率，巡检路径规划主要是采用无人机拍摄输电杆塔的绝缘子和导地线等图像信息，巡检路径规划的整个过程包括无人机的起飞点、巡检的任务点和结束点等。输电杆塔无人机航点的设计需要同时考虑空中环境状况、机器性能、无人机的飞行效率以及完成巡检作业的可行性因素。输电杆塔无人机巡检工作的任务点必须保证无人机可以完成指定巡检任务，避免出现无人机漏拍或存在拍摄盲区的现象。输电杆塔无人机自动巡检的能量来源是无人机自身的锂电池，由于锂电池的储能量与无人机自身重量是正相关关系，导致输电杆塔无人机的续航能力有限，因此在规划输电杆塔无人机自动巡检路径时要考虑无人机续航时间的限制。
2.3视频拍摄传输模块
在多旋翼飞行器电力寻线的工作过程中，需要一个清晰度高、抗干扰强的轻量化无线视频传输系统。根据上述需求，设计了一种符合需求的HD高清视频无线传输系统。系统采用了一种基于Linux的嵌入式操作系统，通过数字高清摄像头进行视频捕捉，并使用2．4GHz无线网桥将视频信号传回地面，从而实现HD高清视频的无线传输。网桥是整个系统的重中之重，只有选择合适的网桥，高清视频流才能快速而又准确无误地传回地面站。经过慎重考虑与分析，采用UBNT网桥，该网桥是UbiquitiNetworks公司在全球范围内设计、制造和销售创新性的宽带无线解决方案，具有颠覆意义的无线产品。
2.4故障识别精准无干扰
传统的人工巡视故障识别往往基于主观判断，人力巡视时是使用在地面往上仰看的方式查找缺陷，瓷瓶、设备局部放电多见放电点位于设备中部、顶部的情况，单靠眼睛观察很难发现故障点，而要想采用人工巡视方式识别这类故障，需停电进行登杆检查，增加了人力、物力投入，且作业风险大，并伴有停电干扰。而无人机能从各个角度进行拍摄，通过配置高清相机及时储存巡检照片，为工作人员判断配电线路运行状态提供真实有效的信息参考，能够及时发现设备顶部、中部的放电点，继而及早发现缺陷，让巡检人员提前做好停电安排和材料准备。其对配电线路杆塔运行故障可以做出快速且准确的判断，能及时识别悬挂的异物，及时判断是否有绝缘子破损自爆的故障情况。搭载红外仪的无人机能重点关注周围表面温度发热异常点，并引入光谱图像分析检查线路是否存在故障，搭载探测与成像仪的无人机则可以及时识别出杆塔和配电线路的相关运行故障。
结语
总之，配电线路无人机巡检技术的广泛应用，大大提升了配电线路运维管理的实效性，基于配电线路无人机巡检的多功能优势，必须重视无人机技术的研发。以配电线路运维管理的实际诉求，推动无人机巡检技术的专业化发展，实现其专项功能价值的最大化。
参考文献：
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