斯迪克·塔吉
国网喀什供电公司输电运检中心无人机智能巡检班 新疆省喀什市 844000
摘要：随着社会经济的发展与人们生活各方面的提升，人们对电力使用的安全稳定性有了更高的要求。基于这种状况，电力行业开始逐渐提升无人机电力线路安全巡检在巡检工作中的比例，目的是保障电力行业的安全有效发展，为民众提供良好的用电环境。如何就无人机电力线路安全巡检系统及关键技术进行不断的探索与完善是目前电力行业与无人机行业所重点关注的问题。
关键词：电力系统；线路检查；无人机；红外诊断
引言
本文提出了一套无人机电力巡检系统，实现了无人机对指定任务的自动巡线，并结合4G网络进行高带宽传输，完成无人机与地面服务器之间的通信与数据交换，包括指令信号和回传图片、视频等，最高支持流畅、稳定传输1080p60i全高清视频，保证故障检测的实时性。该系统还利用无人机拍摄回传的可见光图像、原始红外图像以及相机校准参数，实时进行温度校准分析，并支持自动分析与人工定点分析功能，以保证故障检测的准确性。
1无人机技术应用于电力线路巡检工作的意义
我国幅员辽阔、地大物博，很多电力线路架设在环境恶劣的地区，且电力线路多是暴露在外，未经任何保护措施，长期经受风吹日晒与自然灾害影响，很容易产生一系列故障，这要求电力企业定期对电力线路进行巡检工作，以及时发现问题并解决问题。但是以前多采用人工巡检的方法，对电力线路进行巡检工作，但是受环境因素影响，巡检效率一直不高，且容易忽略掉很多细微的问题，导致出现用电安全问题。无人机技术兴起之后，电力系统安全方面人员开始将无人机技术应用于电力线路巡检工作，通过无人机搭载巡检设备完成巡检工作，相对于传统的人力巡检方式有着多方面的积极意义。
2数据来源与处理
所用数据经实际操作取自国家电网辽宁电科院。当前使用无人机巡检作业已经成为输电线路巡检作业的主要方式，在巡检过程中开启无人机搭载的热红外成像仪对巡视的输电线路本体及电力设备进行拍摄，可以快速实时获取大量的影像资料。需要对无人机巡检采集到的大量图像信息做进一步的处理，即对图像依次进行灰度化处理、去除噪声和边缘检测，最终判定是否发生故障。
2.1图像的预处理
无人机巡检在采集图像的过程中常常会受到光照、噪声的影响，从而造成图像有大量噪声、图像明暗不均衡及图像质量下降等问题。因此要对采集回来的原始图像进行预处理。由于主要获取输电线的灰度信息和边缘信息，不考虑图像颜色，为了减少计算量和加快计算机的运行速度，首先将采集的原始图像转换为灰度图像，再进行之后的处理。
2.2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。
2.3边缘检测
对航拍的红外图像，为了在故障诊断时能够去除光线以及复杂背景等因素干扰，需要把背景区域和目标区域分别开。为了提取较为完整的边缘信息，采用基于零交叉的Canny算法进行边缘检测，提取目标特征信息。
3热红外成像技术诊断
3.1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（发射率近似为1，发射率为物体表面单位面积上辐射出的辐通量与同温度下黑体辐射出的辐通量的比值）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。
3.2热红外成像技术诊断
由于温度较高、长时间运行、器件老化等原因，导致电力线路出现各种各样的故障。在电力系统运行期间，线路承担的负荷较多，且线路自身具有电阻，接头温度升高较严重，导致接头损坏几率增加，可能致使系统无法正常运行，因此需要检测线路中是否发生故障，并着重检查易损坏部位。利用无人机热红外成像不能发现所有的热故障缺陷，这里针对分裂导线耐张线夹故障发热进行分析。应用搭载红外拍摄装置的无人机检测电力线路，能够获取不同装置的图像信息。采用红外图像检测目标温度，依据所获取的数据并采用合适的检测方法，可以初步分辨将要发生或已存在的故障，及时提供故障预警。电流和电压致热为输电线路及装置的主要故障类型，依据行业规范，采用同类比较法对故障进行分。
3.3查找并提取输电线轮廓
首先查找轮廓，即遍历二值图像中所有的像素点，将获得的第一个像素点当成该轮廓的起点，再查看该起点8邻域内是否存在像素点，按照一定的顺序，寻找轮廓上第二个点。同时将第二个点作为中心点，寻找轮廓中下一个点，直到提取出当前这个轮廓边界。接下来，以第一个轮廓的终点为新的起始点开始查找下一个轮廓，以此类推，直至提取出图像中所有的轮廓。然后采用多边形逼近方法来形成更加准确的轮廓。多边形逼近就是不断找多边形最远的点加入，形成新的多边形，直到最短距离小于指定的精度。多边形逼近的目的就是使轮廓的顶点数目减少，使轮廓看起来更加圆滑。
3.4点云去噪
在无人机飞行过程中，输电线路通道内的地物、输电线、杆塔等的外形、材质以及空中漂浮物会造成点云数据存在部分噪声点。此外，无人机飞行过程中的减速、转弯、地面起伏等因素，也会造成点云数据存在部分噪声点。噪声点的存在会在一定程度上干扰点云数据的分类及危险点的分析。
3.5线路增容分析
传统高压输电线随着时间的推移，其输电量和输电距离都逐渐下降，而经济建设的不断发展对于电力的需求不断增加，这使导线增容改造成为必然趋势。在不更换原有导线的情况下进行增容，会使线路温度增加，受载荷影响弧垂增大，导致输电线路与走廊内地物距离减小，同时随着其电压增加，安全距离也随之增大，这要求对增容后的导线进行安全评估，判断其是否能进行改造。利用激光点云可以模拟增容后导线模型，测量增大后的弧垂与地物的空间距离，对照更高电压的安全距离标准检查其距离是否符合要求。
结束语
输电线路的巡检是电力系统中非常重要的一个环节，高效准确的巡检方法能够有效地保证电力系统的供电稳定性，提升电能质量，促进社会经济蓬勃稳定发展。本课题综合分析了无人机结合红外成像技术巡检的优点，利用无人机搭载红外成像装置获取巡查输电线路的大量图像信息，并通过分裂导线耐张线夹故障来验证红外成像诊断方法的准确性。该方法能够对装置故障进行初步判定，从而预防输电线路故障的发生和故障发生后的进一步蔓延，在实际操作中起到重要作用。
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