吴雨锴
国网山西省电力公司输电检修分公司，030001
摘要：随着无人机技术的成熟，无人机在电力巡检过程中拥有广阔的应用前景。目前主要由地面工作人员根据搭载在无人机上的视觉摄像回传的图像、GPS信息等来控制无人机在巡检过程中的飞行及拍摄，但这种巡检方式仍对操作人员有极大的依赖性且工作强度大、效率低，已不能满足我国电力维护、电力监理的需求，因此开发无人机自主飞行的巡检系统已然成为新的趋势。对于现有的输电线路无人机自动巡检技术，在航线规划过程中航点的制作大多需人工输入、过程繁琐，尤其是无人机每个航点的经纬度坐标、高度需要预先逐点依次收集，一旦将出现差错严重影响飞行安全。同时固定翼无人机进行输电线路巡检时，其工作路径规划通常受到包括巡检任务和无人机性能参数等多种约束条件，使得寻找安全、合适、有效的输电线路无人机巡检路径变得极为困难。
关键词：无人机巡检；输电线路；自主飞行；精细巡检
引言
架空输电线路长期暴露在自然环境中运行，正常情况下要经受机械载荷和电力负荷的作用，还受到寒暑交替等自然因素的干扰，这些作用使得线路元件老化、疲劳、氧化腐蚀，降低元件的工作性能，形成缺陷，如不及时消除“短板”，缺陷就会由量变到质变发展成故障。近几年，随着无人机技术、影像实时传播技术以及5G技术的发展成熟，无人机快速巡检线路在输电线路巡检中体现出一定的优势
1无人机系统
无人机是一种可自主飞行或远程引导、不搭载人员的动力飞行器。无人机因可以搭载相机、定位系统、信息传输系统等硬件而广泛应用于紧急救灾、农业、测绘等领域。通常情况下，无人机系统除了无人机本体外，还包括飞行控制系统、动力系统、能源系统、任务荷载设备、通信系统、地面监控站。(1)飞行控制系统作为整个系统的核心部位，用于控制无人机的起飞、降落等各种工作状态。(2)动力系统即发动机及相关附件设施。(3)能源系统即为无人机系统提供电能的相关部件。(4)任务荷载设备即根据业务需求搭载的相关软硬件设备，如气象设备、农药喷洒设备、相机等。(5)通信系统即数据传输软硬件。
2无人机自主飞行技术内容
2.1自主航线飞行
是指基于已规划的航线实现无人机巡检的自动飞行与拍照。大疆无人机提供SDK二次开发的接口，该项目可实现通过大疆SDK的航点任务接口将航线规划的航线任务信息传入到大疆飞行系统数据库中，实际执行任务时无人机从飞行系统数据库中获得航点经纬度和高度，即可按规划好的航点顺序自主飞行和拍照。为保证安全，在实际无人机自主航线飞行过程中巡检人员可随时暂停任务、可随时夺控手动操控无人机以应对各种突发情况。自主航线飞行要求无人机需具备高精度GPS或RTK模块，RTK相对于常规GPS定位精度更高。因为在自主航线飞行时，相比常规GPS无人机RTK无人机飞行精度更高且成果更可靠。
2.3巡线及避障技术
无人机在执行既定电力巡检任务时，需要准确地按照任务路线进行飞行，躲避线路上可能存在或突然出现的障碍物，并在躲避结束后及时回归到任务路线上继续巡检。目前的无人机巡线技术主要通过GPS定位及导航技术、基于摄像的视觉技术等结合应用实现，但在飞行过程中易受到如恶劣天气造成无人机姿态异常等因素影响，导致视觉技术的识别率下降。避障技术主要通过视觉技术、红外探测技术和声呐探测技术等结合应用实现，但对于较大或者移动速度较快的障碍物，无人机可能会因为来不及躲避而损坏。因此，无人机自身以及挂载设备的硬件品质和各种软件技术都需要进一步提升，以保证无人机在巡检任务中的安全性和稳定性。
2.3激光点云数据采集
(1)点云数据采集的前期准备工作包括实地踏勘、航线设计等。
1)实地踏勘的目的是详细了解测区的情况，如测区边界、地形地貌、交通情况等。2)航线设计遵循高效、经济的原则，在实地踏勘的基础上，根据已有地形图并按照需求方的要求、行业规范及实地具体天气情况，制定详细的航飞路线、航飞计划及人员安排计划。随着点云数据采集的进行，航飞设计要不断变化更新，以保质保量地完成数据采集工作。
2.4实时图传
通过大疆SDK提供的图传接口，巡检人员可在遥控器连接的移动端APP上实时获取无人机摄像头的图像信息，实现对无人机自动飞行情况的实时图传监控。实时图传实现的前提是遥控器与无人机保持连接状态，一旦遥控器显示连接信号弱可能会丢失信号，则实时图传可能会中断，在超视距飞行过程中，为保证飞行安全建议夺控手动操控无人机返航。
2.5工况模拟分析
输电线路长期处于动态的野外环境中，环境的变化会给线路的安全运行带来巨大的威胁，如由自然环境引起的线路舞动、覆冰、风偏都会对输电线路造成损害，且在恶劣的环境下，巡检人员工作受到限制，因此需要进行工况模拟。根据悬链线方程及气温、风速等因子模拟分析线路的变化，动态评估输电线路的状态。
2.6远程监控中心
网络视频服务中心采用数字安防一体机，主要功能是将前端摄像机捕捉到的图片、视频存储起来。工作人员需要查看时只需要登陆相应的Web页面或者指定的APP即可，每台前端设备都有相应的ID编号可供工作人员查询，除此之外，控制中心还可控制前端云台旋转，以抓拍监控点输电线路各个角度的图片。
2.7测温分析与故障检测模块
输电线路中的故障往往伴随着异常高温，尤其是线夹、绝缘子上的挂环和防振锤等金具，通过对这些异常高温的检测可以发现输电线路中的安全隐患或者存在的缺陷等。一般的红外成像设备采用辐射测温法计算物体温度，通过接收到的目标辐射的红外能量值计算目标的温度。但红外成像设备一般使用黑体辐射源分度，实际上目标的发射率通常小于1，导致所生成的热度图像中测量温度值偏离目标的表面实际温度。
2.8线路防舞
在覆冰强风区，输电线路常发生舞动现象，导致闪络跳闸，给输电部门带来巨大损失。为防止导线舞动，通常会在易发生舞动的导线间架设相间间隔棒，这需要对导线间距进行测量。利用点云数据构建高精度导线模型，可以在没有拉闸断电的情况下进行导线间的距离测量，为制作相间间隔棒提供数据支持[17]，同时保证了社会各项生产生活的正常运行。
结束语
本文提出了一套基于无人机的电力巡检系统，无人机将按照事先制定好的飞行路线完成巡线任务，同时工作人员也可以采用人工操作的方式进行电力巡检。巡线任务中，无人机与地面服务器将通过运营商无线网卡进行高带宽、高稳定性的图像与视频传输，最高支持1080p60i全高清视频直播。对于接收到的日志、图像和视频等文件，系统将智能化地归档保存，方便回溯，同时将自动对图像进行测温校准和分析，对异常高温的零部件和杆塔进行报警，保证了电力巡检任务的实时性和准确性，同时也提升了巡检的质量和效率。
参考文献
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