天津送变电工程有限公司 天津市
摘要：目前，在电力行业的发展过程中，输电线路覆盖区域广，穿越区域地形复杂，自然环境恶劣，从而增加了输电线路运维管理的难度。输电线路设备长期暴露在野外，为了掌握线路的运行状况并及时排除线路故障、缺陷或潜在隐患，每年都要投入大量人力、物力进行线路巡检。输电线路传统巡检方式为人工巡检，存在特殊地形和气象条件下巡检困难、不易发现瓶口及以上部位缺陷、巡检效率低等问题。
关键词：架空输电线路；无人机巡检；技术研究进展
0 引言
无人机巡检技术在目前的企业输电架空线路巡检工作中应用广泛，它能够迎合当前日渐提高的电网结构复杂化程度，确保巡检维护到位。不过，无人机在控制过程中是存在失控、撞机甚至被劫持等多种事故的，再加之企业输电架空线路技术内容繁多，所以必须基于线路结构巡检要求提出并使用无人机巡检技术。
1 无人机的控制巡检技术
无人机的飞控系统是相当精密的，它所建立的无人机平台拥有分系统，其中包含了大量的飞控计算机核心组件，其性能优劣与整个飞控系统的性能关存在直接关联关系。一般来说，无人机的飞控计算机性能表现都十分强劲，如此才能保障无人机安全稳定飞行。在这里，飞控系统就承担了两大重要责任：信息采集以及无人机飞行参数传输，它们合理有序控制了无人机的飞行速率，可实现对飞行路线的有针对性解算与控制，基于路线相关模块发送指令，完成飞行任务管理与调度工作内容。
在无人机进行架空输电线路巡检过程中，它主要运用到了多余度飞控系统，该系统可满足无人机飞行需求，建立多部件与系统协调体系，确保在统一协调机制背景下完成同一任务内容。在建立余度结构过程中，还需要对架空输电线路中的二余度、三余度内容进行分析，保证顺利完成巡检任务。而在架空输电线路巡检过程中，无人机主要利用飞控计算机建立双余度结构，如此可保证简化结构复杂性，实施针对监控输电线路巡检过程中的主从机控制，降低系统故障覆盖率。在设计这一双余度结构过程中还需要建立与架空输电线路的交联环境，调整无人机的飞控方式，检测区域环境复杂程度，对巡检过程进行人工决策优化调整，采用自主控制方式来尽量减少巡检工作中的诸多不确定性因素。在巡检技术应用过程中，应该利用无人机建立巡检动态建模与代理信息模式，提高无人机巡检效率。
2 无人机巡检运行中典型故障原因分析及措施建议
2.1 无人机巡检典型故障案例原因分析
(1) 案例一为丢星故障。无人机在距塔线较小距离飞行时, 有时容易突然丢星, 无人机在重新定位过程中位置晃动, 撞击塔线导致摔机。经过事后分析可知, 飞行过程中, GPS模块与通讯板的连接线脱落。无人机重新定位过程中, 飞控手未及时切换至手动模式接管无人机是无人机出现丢星现象的主要原因。因此, 针对上述原因, 解决方案包括改进连接线固定措施;优化任务设备, 在要求的安全距离下可获取清晰影像;加强应急操控能力等。
(2) 案例二为动力丢失现象。无人机在巡视过程中, 有时出现异常晃动, 机体不受遥控器控制, 出现翻转, 随后动力丢失, 呈自由落体坠落。经过分析, 造成无人机动力丢失的原因为, 电池插头连接时未可靠固定, 出现松动现象, 飞行时飞控断电。在此建议对电池连接插头进行更换, 采用反锁固定方式, 可大大降低无人机动力丢失现象的发生机率。
经过多次故障分析可知, 无人机巡检系统主要技术指标基本固化, 技术实现上不存在困难, 目前应用中出现的问题基本是厂家生产质量良莠不齐, 主要表现为:
(1) 选用的动力电池性能降低, 使用中出现鼓包现象;充放电寿命不满足要求;容量降低, 导致续航时间降低等;
(2) 选用的图传、数传链路性能降低, 使用中常发生闪断现象。飞行稳定性和可靠性不够;
(3) 选用的任务设备性能降低, 成像质量降低;
(4) 其它问题, 如地面站续航时间不足、任务设备续航时间不足、插接件连接未有效固定等。
2.2 措施建议
为了解决上述问题, 无人机设备厂商应该结合输电线路具体的运行环境, 完善无人机在材料、结构、系统等方面的优化设计, 并在生产前进行相关产品定型试验, 电力运行部门作为无人机巡检使用单位, 更应该对无人机巡检系统进行严格的入网检测和验收, 提高无人机巡检系统的可靠性和实用性。
3 无人机巢-巢巡检技术的实践应用
(1）巢-巢巡检技术模式的实践应用
巢-巢巡检技术模式属于无人机巡检工作中的新技术模式，它可在有条件背景下完成变电站架空输电线路的远程巡检工作，主要操作就是针对远程架空输电线路发送管控指令，建立远程无人自主巡检模式。该模式中除采用到无人机巡检技术以外，还采用到人工智能AI图像识别技术、5G通信技术以及云计算技术等等先进技术内容，是典型的无人机智慧巡检模式。
智慧巡检技术的实践应用，(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。
巢-巢巡检技术体系就建立了无人机机巢与后台管控中心巢之间的相互连带体系，而其中则利用无人机完成自动化、智能化巡检过程，所有的数据内容都通过无线数据传输完成，最后再采用深度学习人工智能图像识别技术有效解决数据自动智能分析相关问题。而多传感器技术在巡检工作过程中则起到了解决远程精准起降等关键技术问题[2,3,4,5]。
(2）巢-巢巡检技术模式的创新要点。巢-巢巡检技术模式中存在诸多创新技术要点，下文将展开逐一阐述。(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)为无人机建立了保姆式的管理平台，合理监控每次无人机的充能充电过程，它为无人机内置了微型PC系统以及5G通信模块，可构建5G远程控制体系，确保无人机在传输数据过程中也能实现自动充能，随时准备投入到架空输电线路巡线工作中。(5)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。整体来讲，图像识别模块是基于“端对端”特征展开的，它所处理的数据都是非线性数据，应用非常灵活[6]。
结语
无人机远程自主巡检系统融合无人值守技术、远程自主精准降落技术和人工智能图像识别技术三大关键技术，实现了输电线路巡视、数据传输处理分析无人自主化和智能化，解决了之前手控或程控无人机巡检过程中需要耗费大量人力物力、人员始终在野外等痛点问题，可在电力行业内广泛应用，并可推广至电信、石油等其他行业，有广阔的应用前景。
参考文献
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