祁承毅 齐飞
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摘要：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。为了解决上述问题，无人机越来越多地应用于电力巡检解决方案中，其体型小、重量轻，且具有较强的灵活性和自主性，可以较好地实现对输电线路的全方位检查。基于此，本文就无人机巡检输电线路技术的应用进行详细探究。
关键词：无人机巡检；输电线路；技术应用
中图分类号：TM73文献标识码：A
1 引言
为了保证输电线路的安全稳定运行，各电力巡检系统都需要对输电线路进行定期巡检。传统输电线路的巡检主要依靠人工巡线，存在巡线周期长、效率低、成本高等缺点，已不能满足大规模电网的巡线需求，而恶劣的环境、艰苦的条件也给人工巡检带来了很大的限制。轻便的无人机给输电线路巡检带来了质的改变，解决了机载相机无法准确得到输电线路通道内地物至电力线距离的问题。
2 无人机巡检输电线路技术方式
无人机即无人驾驶飞机，是利用无线电遥控设备和程序控制装置操纵的飞行平台，由人工操控或按照设定的程序进行飞行。搭载可见光、红外等检测设备，进行图像信息采集或实时传递数据到地面监控端，由巡检人员研判而完成输电线路巡检任务。实际应用中，无人机一般采取固定翼、旋翼搭配的方式进行工作：（1）利用固定翼无人机的长航程对输电线路进行通道巡检，或者在灾后地区进行快速巡检，利用成像设备对通道上断点、故障点等进行排查——根据巡检事前编好的电塔GPS坐标点进行自动飞行，巡检内容包括线路、杆塔、金具有无变形、缺损，线路有无弧垂异常，有无悬挂物，线路走廊内有无施工、建筑或树木等内容[1]。（2）使用旋翼无人机可以执行短航程的多任务精细化巡检；利用无人机进行多方位悬停，针对杆塔、导线、金具、绝缘子采集细节信息，检查紧固金具是否松脱、缺少，绝缘子有无闪络，诊断杆塔各部件完整性及生锈、腐蚀、污染、变形等情况，定性定量分析塔体外围及线路走廊潜在安全因素对线路安全的影响程度。无人机的使用，降低了工作人员的工作强度，巡检人员不需攀缘即可穿越山林，不需要攀登杆塔即可获悉细节。
3 无人机巡检输电线路技术
3.1 巡线及避障
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。
3.2 姿态控制
无人机电力线路巡检工作一般应用于户外，受天气、地理环境的影响，其中强风、强雨、雷电等天气对其影响尤其大，因此如何控制无人机的飞行姿态，使之在电力线路巡检工作中能够有效避免这些危险因素，是目前的无人机研究者需要重点思索的问题。且目前关于无人机飞行姿态控制技术已经取得了初步的突破，并在不断的发展中，比如LQG无人机控制技术可以实现无人机俯仰、翻转等动作控制，PID无人机控制器可以有效地改变无人机的航道，这些技术都可以应用在无人机的风险规避方面。
无人机飞行姿态控制技术还处于发展阶段，需要无人机研发者根据电力线路巡检工作进行不断改进与完善。
3.3 无线通信
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。
3.4 现场勘察
将无人机与VR技术结合能使飞行更加安全高效便捷，在电网应用中发挥更大优势[2]。VR技术可为操作人员提供身临其境的沉浸感，通过VR眼镜实时观看巡检过程中的影像，有助于提高操作人员对无人机周边环境和障碍物的感知能力，能够进一步改善避障效果，降低操作难度。近年来无人机公司正在不断研究改进无人机和VR的结合技术。在穿越机/竞速无人机领域就搭载了FPV（第一人称视角）设备，使飞手和赛事现场的观众能够通过无人机镜头实时观看飞行过程，体验坐在驾驶舱内的感觉。配网架空线路开展综合检修、业扩工程、新建工程等工作需提前进行现场勘察，了解设备周边环境，审查安全措施是否符合现场实际条件。对于穿梭在农村建筑、山区池塘等复杂地形的配电线路，依靠人工沿线一根根杆塔进行勘察往往将耗费大量时间和精力。搭载VR设备的小型无人机具备灵活轻便、噪音干扰小、危险系数低的特点，能够实现更加精准便捷的飞行，可应用于辅助工作负责人和工作票签发人开展现场勘察工作。既能快速收集现场信息，掌握线路交叉跨越、T接点、临近带电部位等情况，又能够减少无人机飞行噪音、意外坠机风险对周边居民造成的影响。
3.5 激光雷达探测
激光雷达探测技术在电力线路巡检工作中的作用主要是定位电力线路故障所在，为后续的检修工作提供具体的位置信息。目前的激光技术能够有效完成角度检测工作、长度与距离测量工作，将激光雷达探测技术与无人机技术进行有效的结合，可以让地面工作人员根据激光雷达的扫描线路，获取激光点的云数据信息，然后通过高清摄像机的航拍对故障位置进行三维建模，进而确定其位置；在另一方面，也可根据电力线路与周边建筑或者树木等的距离来确定其准确位置。
4 无人机巡检输电线路技术的具体应用
为便于操作，操作手首先使无人机悬停在横线路方向且与导线同等高度的安全位置，调整载荷相机方向对准拍摄导线的方向，并调整焦距至拍摄导线清晰可见的倍率，程控手顺线路方向监视无人机飞行姿态及与线路安全距离，操作手始终观测实时图传画面，然后以不大于3m/s的飞行速度，沿线路方向进行连拍或者录像飞行。该过程中程控手始终观测无人机飞行姿态及与线路的安全距离并与操作手沟通，操作手通过实时图传画面结合程控手传达的各种信息及时调整无人机飞行姿态，图传画面发现损伤点后，第一时间确认该点的高度和距离，悬停无人机进行精细化拍摄或录像。最后通过图片核实，发现断股3处，然后同时利用多旋翼无人机拍摄了故障周边地形，为后续施工提供了有效资料。最后安全收回无人机至降落点，工作完毕。
5结束语
综上所述，近年来在应用于输电线路的无人机技术领域涌现出许多新成果，作为搭载平台其具备的功能正向多元化发展，从而更好地适应各种输电网工作需求。利用无人机可在输电线路领域辅助开展多项业务，能够有效减轻人员负担，降低作业风险，提高工作效率和质量，有利于提高输电网供电可靠性，具有十分可观的应用前景。
参考文献：
[1] 彭向阳，刘正军，麦晓明，等.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术（J）.遥感信息，2017，30（1）：51-57.
[2] 宁柏锋.无人机电力线路安全巡检的关键技术分析（J）.计算机产品与流通，2018（4）：161.