崔健 ，王甬新
国网浙江宁波供电公司 输电运检中心，浙江宁波 315000
摘要：现有的电力系统主要由四个部分组成，分别是发电、输电、配电和用电，任意一个环节出现问题都会影响整个电力系统的安全、稳定运行。输电部分的线路主要有电缆线路和架空线路两种，不同于电缆线路主要分布在城市企业、医院等地，检修起来较为方便，架空线路通常分布在野外、山区等人迹罕至的地方，甚至分布在峭壁、雪山等恶劣的自然环境中，若是出现输电线老化、断股或绝缘子损坏等情况，则经常会因为无法及时检修而导致电力系统出现故障，从而造成严重的经济损失。传统的电力巡检主要依靠专业的巡检人员前往现场对输电线路进行排查和检修，一方面，这样的人工巡检效率较低，耗时较长；另一方面，野外复杂地形的设备运输和高空作业的安全保障等都面临严峻考验。因此，电力巡检亟需向智能化和自动化方向发展。
关键词：电力线路；无人机技术；应用
1 无人机电力巡检技术简介
在无人机电力巡检任务中，除了对无人机本身的品质有一定的要求外，整个系统中的各个模块也有各自的技术特点和难点，每一个模块都直接影响着整个系统的巡检效率和精度。
1.1 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。
1.2 无人机姿态控制技术
无人机通常质量轻、体型小，在巡检任务飞行过程中容易受到恶劣天气的影响而失去平衡，甚至坠毁，同时，无人机姿态的正常与否也影响着巡线、避障和故障检测的准确性。目前无人机的姿态控制技术主要依赖安装在无人机上的飞行控制器来实现。当无人机姿态发生异常时，飞行控制器将根据当前无人机的具体姿态、线速度、角速度和加速度等对无人机进行动作调整，帮助无人机回归到正常的飞行状态，保证巡检任务的正常执行。
1.3 无线通信技术
执行巡检任务时，无人机需要与地面服务器保持实时的无线连接，以保证可以实时回传无人机的状态信息、任务信息和所拍摄的图像、视频等数据文件，以及接收地面服务器发送的控制信号并给予反馈等。但电力巡检的环境往往十分复杂，且充满变化和不确定因素，系统的无线通信技术需要具备很强的抗干扰能力，以及足够的传输速度和带宽来支撑实时信息传输甚至巡视高清视频的直播，以保证整个电力巡检任务完成的及时性和稳定性。
1.4 故障检测技术
目前围绕无人机的电力巡检任务主要是通过无人机在巡检过程中挂载相应的摄像设备，拍摄输电线路的相关图像、视频等并进行回传，地面服务器再对接收到的图像、视频等进行处理和分析，得到输电线路的健康状况并判断是否有缺陷或故障。常见的故障分析手段有测温分析、线路外形分析等。影响故障检测准确性的因素主要有：拍摄的角度，图像、视频文件的清晰度，分析技术的精度等，各部分的准确性和稳定性都决定了整个故障检测的准确性，因此都不容忽视。
2 无人机电力巡检系统
应用于输电线路巡检的无人机系统主要包括以下几个部分：无人机及其飞控平台、通信与数据传输模块、测温分析与故障检测模块、数据文件管理模块以及地面服务器等。
2.1 无人机及其飞控平台
飞控平台基于大疆公司SDK开发，包含飞行线路管理模块、自动飞行模块、杆塔位置模块、采样数据管理模块和文本信息模块等。其中，飞行线路管理模块可以帮助工作人员预先设定所要巡检的片区和飞行的路线；自动飞行模块和杆塔位置模块则帮助无人机按照指定的飞行任务进行自动巡检；无人机采集回传的图像、视频等数据将通过采样数据管理模块进行收集、整理并发送到相应的地面服务器；文本信息模块会将无人机的实时状态、任务实时进展和其他信息等记录为日志，方便工作人员实时了解无人机的状态以及任务结束后的回溯和检查。
2.2 通信与数据传输模块
在执行输电线路巡检任务的过程中，无人机需要与地面服务器保持实时连接，一方面，地面服务器要获取无人机的实时状态信息，并发送相应的控制信号指挥无人机进行下一步动作；另一方面，无人机拍摄、采集到的图像和视频等数据需要回传给地面服务器进行直播、保存和分析等。
在地面服务器端，也会有相应的程序对其进行控制，与无人机进行实时通信和数据传输，并在有直播需求时，将需要直播的视频传送到相应的直播地址，利用直播端播放程序进行解码、直播。
2.3 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。
对于无人机回传的图像，系统会自动进行温度校准和分析，若是存在区域温度超过阈值的情况，将触发系统警报，警报信息包含温度信息、杆塔地理位置信息和杆塔编号等。此外，工作人员也可以手动对任意图像的温度信息进行查看和分析。
2.4 数据文件管理模块
随着无人机数量的不断增加以及电力巡线任务的次数积累，回传的日志、图像和视频文件等数据量将会积累成一个庞大的数字，仅靠人工管理这些数据效率极低，需要智能化的管理手段和平台来完成此项任务。
3 结语
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1 080p60i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。
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