刘祺
国网喀什供电公司 新疆喀什市 844000
摘要：随着无人机航行距离的延长，高压输电线路的自动化综合巡检能力呈现不断下降的变化趋势。为避免上述情况的发生，mapper型航线三维重构技术根据数字化电网内电子寄存数量的变动情况，计算与航行轨迹相关线路弧变系数，联合Pix4D平台，模拟无人机理想化行进状态。此方法可对输电线路进行有效检测，但此方法匹配的航角测量精度数值过低，易引发航行信息传输耗电总量异常增大。为解决此问题，设计面向输电线路精细化巡检的无人机航线自动规划方法。在电子传感器数据采集模块、地面规划主机等多个硬件执行结构的支持下，得出精准航摄高度数值，并通过对比实验的方式，验证了该新型航线规划方法的实际应用价值。
关键词：电力巡线；激光雷达；无人机；危险点分析
引言
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[1]。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。
1机载激光雷达
机载激光雷达包含了激光扫描仪、GPS、IMU、数码相机等光谱成像设备。激光扫描仪可以主动获取输电线路通道的点云数据，结合GPS定位经坐标的转换获得通道内地物的三维坐标信息。点云数据是离散不规则的点，其格式主要有两种，ASCII码纯文本和LAS格式。由于地物复杂多样[3]，因此需要对点云数据进行分类处理以区别不同的地物。机载激光雷达技术获得的地物精度准确，操作快捷迅速，在测绘行业具有重要的作用，随着软硬件技术的迅速发展，其已逐步用于地物的自动化分类。
2无人机机载激光雷达在输电线路巡线中的应用
2.1一键式航线规划
是指在无人机实际飞行作业前，对无人机空中飞行和拍照工作进行精确规划，从而实现安全可靠的无人机自主飞行作业，主要包含两类：通道巡检航线规划。是基于杆塔的GPS信息和杆塔高度等信息实现的，杆塔GPS位置信息和高度信息可从电网系统内部线路信息系统中获取，也可现场通过无人机飞行打点来获取。在通道巡检航线规划中，用户可自动或手动设置通道巡检的宽度、合理的飞行高度和速度、拍照间隔、地面分辨率和航向旁向重叠度等；精细化巡检航线规划。主要是实现杆塔本体巡检自主飞行的航线规划，精细化巡检航线规划方式是基于复飞打点方式来实现的，即通过人工示教的方式来记录航线信息。该模式的无人机需具备高精度的GPS模块或RTK模块，RTK相对于常规GPS定位精度更高，因此RTK无人机人工示教记录的航线更精准。
2.2航摄高度确定
由于无人机在航行过程中受到气流等因素影响，很难保持直线飞行，导致整个航线出现弯曲现象，且大部分地面规划基站的地势都处于起伏不平状态，在不同航摄高度上所获得的航线规划结果也不尽相同。为获得理想的无人机航线规划结果，需要选定一个相对合理的巡检航摄高度。在最佳航摄方向保持不变的情况下，航摄高度数值同时受到无人机行进速率与输电线路巡检速率作用的影响，且二者的作用效果基本保持一致。
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)点云数据的采集包括控制测量、数据采集、补测等。1)控制测量的目的是通过选点埋石、网型的设计及测量、数据的解析等建立点云数据的坐标基准。2)数据采集包括设备安装、设备检查、试飞爬升、自主巡航、返回降落。
2.4航带坐标转换
由于无人机航线是一条基于三维立体空间的维度曲线，但相邻航摄基线与规划节点却只能保留原始二维形式，在执行航线自动规划之前，必须先将空间体坐标转化为平面直角坐标系。若精细化巡检电子的输出总量始终保持不变，整个输电线路也可长久维持稳定运行状态。在此情况下，航带坐标的转换完全遵循高斯平面建立法则，即在预定航摄区域内，每个待规划节点都等同于一个敷设曝光点，即直角坐标系中一个随机目标点。地球在平面空间内曲率数值相对较大，受到无人机航摄方向以及机体自身续航能力的限制，转换后航带坐标对于航线内节点的规划精度要求也相对较低。
2.5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。
2.6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。本系统利用原始红外图像中每个像素点的16位红外图像原始值RAW、反射温度Trefl以及从图像META信息里获取的相机校准参数，如物体发射率（Emissivity）、相机普朗克常数B、相机普朗克常数F、相机普朗克常数O、相机普朗克常数R1、相机普朗克常数R2等来对目标物体的实际温度进行校准。经过校准后的红外图像中的温度信息与目标表面的真实温度更加接近，提高了故障检测的准确度。
结束语
利用无人机机载激光雷达技术对输电线路进行外业巡检，根据数据的处理分析实现点云数据的分析、危险点分析、工况模拟分析，可实现对输电线路通道的快速巡检。此技术解决了复杂地区巡检难的问题，大幅度降低了人力劳动成本，提高了巡检效率。
参考文献
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[2]冯敏,罗旺,余磊,张佩,郝小龙,樊强,彭启伟,张天兵,曹玲玲.适用于无人机巡检图像的输电线路螺栓检测方法[J].电力科学与技术学报,2018,33(04):135-140.
[3]胡智敏,李凯,汤国锋,袁炜.一种输电线路无人机“巢-巢”巡检新模式[J].江西电力,2018,42(12):13-15+25.
[4]陈曦.多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用[J].科学技术创新,2018(36):45-46.
[5]罗昳昀,米立,王原.无人机在输电线路巡检中的应用[J].通信电源技术,2018,35(12):98-99+101.