王同康
广西电网有限责任公司贵港供电局 广西贵港 537100
摘要：国家电网有限公司2020年科技创新大会指出，全面实施好“新跨越行动计划”，坚定不移地推进创新驱动发展战略。无人机巡检作为创新发展的重要一环，已经在电力系统得到推广应用，大大提高了电力输电线路巡视工作的水平以及线路巡视的效率。本文介绍了无人机巡检系统的组成和巡检作业内容，详细阐述了无人机巡检工作的作业流程和巡检方法，通过输电架空线路巡视的应用实践,证明了其有效性和合理性。
关键词：输电线路；无人机；巡检
引言
随着我国电网建设的快速发展，传统的人工巡检受地形、交通等因素的影响，存在安全性差、效率低、漏检率高等局限，已无法满足输电线路大规模定期巡检的应用需求。无人机机动灵活、机身轻巧可靠、结构紧凑、性能卓越，特别适合在复杂环境执行任务，可定期对输电线路通道内树木、违章建筑等进行重点排查、清理，确保输电线路零缺陷投运。
1、无人机巡检系统组成
1.1飞控系统
无人机飞行控制系统相当于无人机的大脑，主要用于稳定无人机飞行姿态，实现无人机精准定位、悬停与自主飞行。多旋翼无人机飞控系统主要由机载装置和地面站构成，机载装置中包含飞控处理单位、传感器单元、电源系统和执行模块构成。机载装置和地面站的交互通过无线通信单元实现。
1.2动力系统
无人机动力系统可分为电动机驱动和内燃机驱动两种。电动机驱动型多用于多旋翼无人机，主要由无刷电机、电子调速器、电池和螺旋桨构成，特点是方便灵活，便于操控，但续航时间短，适合精细化巡检。内燃机驱动型主要用于固定翼无人机和直升机，特点是载重大，续航时间长，适合通道巡检。
1.3数据采集系统
无人机数据采集系统主要包括：分幅式多光谱相机、激光抄数机、红外线热像仪、紫外成像仪检测、惯性稳定平台和数据存储器。用于获取大量高精度航空激光扫描点云数据、高分辨率航空数字图像、热红外图像和电力线走廊紫外图像。
2无人机在电力行业的应用特点
无人机巡检在基建线路选址、输电线路通道检测、灾后应急评估、杆塔故障及缺陷检测等方面有着广泛的应用，具备以下特点：
（1）使用成本低：无人机体积小、重量轻、成本低，经过专业培训即可上岗操作，大大缩减了对人工的依赖。
（2）作业效率高：可突破地形、地势限制，到达人员、车辆无法到达的地方进行数据采集，效率是人工走线检测的数十倍。
（3）安全性高：可以避免人工登塔作业、带电作业等可能造成的伤亡。
（4）远距离、无接触：可高效准确地采集相关数据，避免与当地居民、利益相关人发生接触，为后续选址、规划、拆迁、施工等提供基础数据。
（5）地勤保障要求低，机动性强：无人机起降条件和维修保障要求低，且更加灵活。
（6）满足定制化需求：可根据电力行业的需求进行定制化开发，快速提供满足要求的解决方案。
3、无人机避障巡检技术的实践应用
目前无人机的避障系统是相当成熟的，在针对架空输电线路进行安全巡检工作过程中，机体避障系统会起到重要作用。因为输电线路周边会存在大量的塔杆通道、森林树木以及建筑物，这些都可能为无人机飞行巡检工作带来负面影响，所以无人机会通过自身避障系统躲避障碍物，即对障碍物进行实时动态检测，实现自我保护。具体来说，当无人机检测到障碍物位置后会选择自动规避绕行或就地悬。其科学原理就是在架空输电线路障碍物面前获取深度图像内容，即时计算分析障碍物大体轮廓，然后快速规划路线规避绕开障碍物继续飞行巡检，这说明了无人机系统内部是存在一套场景建模分支系统与路径规划分支系统的，两大分支系统配合避障系统就共同确保了巡检工作安全性。
当然，无人机还具备超声波测距、双目测距技术以及激光雷达测距三大测距技术，就以双目视觉测距技术为例，它的主要测距原理是视差技术。无人机拥有自己的视觉系统，它其中设置了基于感应器的双目摄像机，合理利用双目视觉技术从不同角度对同一景物进行分析，瞬间动态获取两幅数字图像，构成一套完整的单独三角形体系，结合单摄与双摄像机位置差距分析公共障碍物三维尺度，并深度了解其空间特征与三维坐标，建立景物三维形状体系，最终完成对障碍物三维模型的构建。
整个过程中，无人机的双目摄像机能够实现对图像信息的完整采集，准确测量物体距离无人机摄像机双目之间的直线距离，目前该技术已经被灵活应用于无人机架空输电线路巡检工作中，它的避障效率高，双目视觉测距原理成熟，可为架空输电线路日常巡检提供安全保障。
4、无人机巢-巢巡检技术的实践应用
4.1巢-巢巡检技术模式的实践应用
（1）从架空输电线路的全方位远程监控系统建立开始，建立系统的无人值守机巢，配合中央控制系统进行远程控制。
（2）基于云端层面部署监控平台实施后台监管，预留空域管理接口建立监管综合体系。基于上述两点技术采用到续航能力在50min以上的无人机，且确保其单向巡航里程应该在35km以上。整个巡检过程采用到中央控制系统对机巢实施远程管理，而无人机则配合气象站辅助设备远程发送各项指令内容，以便于控制无人机在必要时自主开机、起飞、按照提前规划好的航线完成自主飞行巡检工作，最后精准降落。
（3）在机巢控制系统中还加入了自动充电模块、自动数据传输模块以及云端数据自动智能处理模块等，所有巡检数据都会自动上传到后台管控中心，完成整个巡检工作流程。
4.2巢-巢巡检技术模式的创新要点
（1）建立无人机平台，该平台被称之为无人机后台，它能够全方位长时间远程监控无人机值守机场，即监控“机巢”，而同时它也能同步监控中央控制系统与无人机本体。
（2）建立了机巢配备充电桩，该充电桩可与气象站、数据传输模块等等之间形成联动，保证自动充电、气象监控功能实施到位。同时它也建立了安全防护与状态监控系统，可保证机巢与后台控制中心随时通信，建立数据自动传输功能体系。
（3）建立了中央控制系统，该系统是发射远程指令的关键系统。系统可控制无人机实现自动开机、起飞、遵循已制定好航线完成自主飞行拍照，巡线完毕后自动精准降落。当然，系统还可帮助无人机充电，控制云端数据智能化分析与处理过程，最终处理过成果会自动上传到后台管控中心平台上。
（4）为无人机建立了图像识别模块，该模块主要基于深度人工智能AI系统建立智能识别体系，有效解决无人机可能存在的数据自动智能分析缺陷问题。这主要还是因为模块中运用到了卷积神经网络技术体系，可实现对图像自动识别软件的优化调整，确保无人机在电力巡检过程中有效处理图像，快速识别图像中的某些目标内容，建立目标智能化识别计算体系。
5、无人机巡检深化应用
5.1故障巡检
线路故障跳闸时，一些故障点在高处，地面巡查角度有限，常有杆塔、金具等遮挡，登杆检查也难快速精准找到故障点。利用无人机多角度重点检查导线、绝缘子、金具等本体设施和通道状况，能更快找到故障点，既可提高效率，也可提高安全性，减少触电及高空坠落风险。
5.2特殊巡检
针对复杂地形及规模林区，特别是树竹快速增长区域，开展无人机可见光通道检测和激光雷达扫描，提升通道管理和特殊点距离管控的精细化水平。利用无人机进行线路缺陷隐患排查，加强无人机对重点防汛、滑坡区段的巡视力度，提高应急响应能力。特殊地形、区段和恶劣气象条件下灾后评估，可开展固定翼无人机巡检，快速获取灾害情况，及时为后续抗灾救灾提供重要基础信息。
5.3检测及辅助检修作业
无人机携带喷水装置检测复合绝缘子憎水性，无人机检测低零值绝缘子等智能检测技术试应用，无人机携带喷火或熔断装置清除异物较成熟，无人机验电、喷涂防污闪涂料、传递工具及协同检修作业示范应用，特别是无人机结合电动升降装置进出等电位方式在国网公司多个超高压和特高压线路应用，取得了显著效益。
5.4线路勘察验收
无人机搭载激光雷达、可见光、红外等设备，获取线路本体和通道点云和影像，可以复现线路本体及通道地形地貌、地物信息，实现三维可视化管理。另外，RTK无人机也可以通过中点高度法实现对导线弧垂的测量，便捷高效，辽宁公司已完成相关研究并在葫芦岛地区验证应用，与经纬仪测量结果差异很小，仅几厘米。
6、结束语
综上所述，输电线路无人机自主巡检已在输电线路巡检、现场勘查、重大活动保电等工作中得到了实际应用，无人机自主巡检代替人工巡检，每千米巡检时间只需要3-5min，相对于人工巡检效率提升了10倍以上；无人机巡检是从杆塔上方观察设备，相比于地面人工巡检，可查出诸如瓷瓶绑线抱箍松动、瓷瓶损坏等缺陷，巡检视频及照片可以存档随时查看，为线路安全运行提供了重要保障。
参考文献：
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