1李承农 2肖发扬 3王亮
1国网湖南省电力有限公司输电检修分公司 衡阳市 421000
2智能带电作业技术及装备（机器人）湖南省重点实验室 衡阳市 421000
3带电巡检与智能作业技术国网公司实验室 衡阳市 421000
摘要：随着电网规模不断扩大，以及技术的发展，传统的输电线路检修方式越来越难以满足实际需求，应用无人机对输电线路进行自主巡检，不仅可以提高输电线路检修的效率，同时可以降低人力、物力的投入，对于保证电网运行的安全，降低电网维护成本都具有重要意义。
关键词：输电线路；无人机；自主巡检
1 前言
随着科学的进步以及人们对电力需求的不断增加，我国电网的建设规模不断扩大，电网的结构也日趋复杂，在这样的情况下为了保证电网的正常运行，电气企业需要组织人员定期的对电网进行巡检和维护。由于电网结构日益复杂，采用传统的人工巡检方式难度大，需要投入大量的财力和人力，而且工作的效率也不高，越来越难以满足实际使用的需求。随着无人机技术的发展，无人机技术被应用到输电线路巡检之中，提高了输电线路巡检的效率，同时降低了人工的劳动强度，对于保证电网运行的安全性具有重要意义，基于此本文对输电线路无人机自主巡检技术进行了探讨。
2 无人机自主巡检总体方案
应用无人机实现输电线路的自主巡检，关键内容是对多方面输入信息进行整合处理，具体包括无人机的姿态、飞行周边的环境以及指令信息等，指令信息包括遥控器的控制指令、地面的控制指令以及控制系统设定的控制指令等，通过整合这些信息，无人机实现自主飞行并且采集输电线路的信息，完成输电线路的自主巡检。在输电下路自主巡检过程中，无人机需要实现起飞、降落和固定轨迹航行等基本功能，同时实现定点数据采集，自动避开障碍物等，从而在实现输电线路自主巡检的同时，保证飞行的安全。
3 输电线路无人机自主巡检关键技术
3.1 无人值守技术
无人值守技术在实现无人机自主巡检中具有重要作用，构建无人值守平台对于实现输电线路无人机自动巡检是非常重要的，通过构建机巢，组建无人值守平台，可以更好地实现输电线路巡检。机巢具有远程控制和数据传输等功能，能够实现无人机状态的实时监控，同时监控无人机任务前的准备情况，为无人机的自动巡检提供后勤保障。总的来说，机巢具有以下几方面优势：
（1）机巢能够为无人机提供良好的后勤保障，在机巢的设计是按照长期野外的条件下使用进行设计的，因此在结构方面，其具有防拆除、防移动和防雷电等方面的特点，同时具有良好的防水、防潮和恒温性能。为了方便维护，机巢内部还采用了模块化的所设计，维护简单。
（2）机巢上设置了无人机辅助降落结构，可以使无人机通过视觉、RTK定位等方式降落，提高降落的安全性。机巢内设置和封闭式的无人机存放位置，可以保证无人机停放安全。
（3）机巢能够实现气相监测、实时通信和无人机状态监测等多方面功能，当出现天气变化时，机巢会向无人机发送指令，控制其返航，提高安全性。同时机巢能够实现无人机状态的监控，并将信息传输给中央控制系统，为无人机的维护保养提供数据支持。
（4）机巢可以设置独立的应急电源，这就使其能够在出现突然断电的情况之后，其也能够正常运转，为无人机的飞行和降落等提供支持，提高无人机起降和飞行的安全性。
（5）机巢能够实现无人机的自动充电，从而提高无人机的续航能力。
机巢能够和长航时无人机相互配合，更好地完成无人值守作业。
3.2 无人机自动避障方案
要应用无人机进行输电线路的自动巡检，自动避障功能是非常重要的。输电线路经过的环境非常复杂，无人机在进行输电线路的巡检时，遇到线路、树木和其它障碍物干扰的可能性非常大，如果无人机和这些障碍物发生碰撞，不仅可能会导致无人机坠毁，甚至会损坏输电线路。要实现无人机的自动避障，需要应用传感器，通过传感器来感知环境信息，并传递给处理器，核心处理器根据环境信息，指示无人机继续航行，或者是绕行。无人机自动避障通设计过程中，难点问题是无人机的载重和续航问题，因此在选择传感器时，不仅要考虑精度，还要考虑体积、重量和价格等多方面因素，通过综合考虑各方面因素，采用超声波和激光传感器组合的避障方式可以满足不错的效果。超声波测距的原理是，由于声速一定，根据超声波发出到发射回来的时间就可能计算出举例障碍物的距离，激光测距原理类似。超声波传感器具有体积小、精度高等方面的特点，激光传感器价格低廉，这两种测距技术都比较成熟，可以满足使用要求。
3.3 无人机航线规划方案
在输电线路无人机自动巡检工作中，无人机航线的规划是非常重要的。传统的航线算法起源于巡检机器人，包括人工势场法、栅格分解法、自主规划法和PRM方法等，这类规划方法是应用于巡检机器人的，虽然能够实现路线的规划，但是由于巡检机器人的工作范围是二维平面，而巡检无人机需要在三维平面工作，所以这些方法在实际应用中会遇到一些问题。应用RRT算法（快速扩展随机树），可以实现无人机航线的规划，这种方法当前在路径规划方面具有重要应用，这种方法的核心思想是，对拟飞空间随机采集样本，然后通过对数据进行分析，将其拓展到未知可能空间，实现路径的规划，这种算法在多维度路径规划中有着良好的效果，因此可以应用其进行无人机航线规划。
3.4 远程自主精准降落技术
在输电线路无人机自动巡检工作中，无人机的起降是一项重要环节，无人机通常具备雷达测高和激光测速等定位技术，同时会搭载RTK系统，通过应用这些技术，无人机的定位精度可以达到厘米级。但是无人机降落过程会受到地面效应和现场环境等因素的影响，加之机巢的降落平台面积比较小，因此通过应用上述技术，还不能够完全保证无人机的降落的精度和准确性。为了提高无人机降落的安全性和准确性，可以设置视觉辅助降落系统，提高无人机降落的精准度。在无人机降落过程中，其搭载的高清摄像机会拍摄实时画面，并将其传送给计算机，计算机通过自动提取和校验信息，对无人机的位置和姿态进行实时评估，然后根据结果来对无人机进行调整，提高其降落的精准度。通过应用视觉辅助系统，可以将降落的误差控制在±3 cm以内。
3.5 人工智能图像识别技术
人工智能图像识别技术对于输电线路无人机巡检来说是非常重要的，图像设备模块位于中央控制系统，无人机拍摄的图片传回到中央控制系统之后，由图片识别模块进行智能分析处理，图像识别采用卷积神经网络算法，该算法的优点是自学能力和容错能力都很强，能够通过大量样本进行训练，进行深度学习，从图片中提取目标，通过应用这一系统，可以识别出施工外破、漂浮物、速生树种、鸟窝等缺陷隐患，并且将隐患传输给工作人员，进行针对性的检修，从而更好地保证输电线路的安全。
结论
通过应用无人机进行输电线路的检修工作，可以提高输电线路检修的效果。通过应用无人值守、自动避障、航线规划、远程自主精准降落和人工智能图像识别等技术，可以实现输电线路巡视、数据传输、数据处理等的智能化，提高输电线路检修的效率，更好地保证输电线路的安全。
参考文献
[1]郑欣, 杨迎春, 陈帅,等. 输电线路巡检无人机云台控制技术研究[J]. 机电技术, 2017, 000(001):14-16.
[2]吴维农, 杜海波, 袁野,等. 输电线路无人机巡检实时通信技术研究[J]. 中国电力, 2016(10):111-113.
[3]包志鹏, 李梓锴, 李梓菲,等. 多旋翼无人机自主巡检关键技术研究[J]. 机电信息, 2020, No.624(18):91+93.
[4]李建业, 陈文栋, 蒋涛,等. 无人机输电线路巡线技术及其应用研究[C]// 输电线路运行维护新技术交流会暨中国电机工程学会输电线路专业委员会运行学组学术年会. 中国电机工程学会, 2015.
个人简介：李承农，1976年7月，男，汉，湖南省衡阳人本科学历，副高级工程师，研究方向：无人机智能巡检
肖发扬（1993、12）、男、苗族、湖南省邵阳人、助理级工程师、大学本科、学士学位、机械工程及自动化\输电线路检修
王亮（1986、03）、性别男、民族汉、湖南省衡阳市、学历大专、无人机巡检技术。