李啸
国家电网冀北电力有限公司检修分公司 北京 102488
摘要：我国幅员辽阔，地理环境复杂，山区、沟壑、丘陵较多，对线路巡检工作造成很大困难。传统人工巡检方式已不能满足电力发展需要，因此，采用无人机职能巡检可有效提高检测效率，节省大量人力、物力，提高工作人员安全系数，也能在一定程度上降低电网运营成本和故障率，促进电网完全稳定运行。
关键词：无人机；巡检技术；输电线路；运行维护
引言
无人机巡检发展迅速，在提质、增效、减员的同时，也遇到一些问题。自主化和智能化是无人机巡检的核心特征，全自主飞行和影像缺陷智能识别是无人机巡检发展的关键和必然趋势。未来，将推进无人机巡检业务规范化、作业智能化、管控信息化和管理精益化，健全管理和技术支撑体系，作业实现远程、自主、多断面协同，数据分析实现智能、实时、精准可靠，适应电网精细化和智能化的需求。
1无人机巡检系统组成
电力巡检无人机系统主要由飞控系统、动力系统和数据采集系统组成。
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无人机巡检的优缺点
将无人机设备应用于电网输电线路巡检可以有效改变以往效率低下和人力资源浪费的问题。目前，无人机检查处于发展的初级阶段，在实际应用中仍然存在一些弊端。一方面，无人机设备的体积小和电容量低，缩短了检查时间，且难以用于远距离传输线巡检。另一方面，无人机设备的远程控制范围小，存在距离限制，且系统相对便宜，因此不能自动识别传输线的缺陷。但是，与传统的手动巡检方法相比，使用无人机巡检传输线具有一定的优势。首先，无人机设备的基础是自主悬停技术和自定义导航技术，可以防止与传输线碰撞，并提高巡检的安全性。其次，它可以有效地分析恶劣天气下输电线路中出现的问题，并找出发生问题的地方，以快速解决问题并恢复电路系统。最后，无人机设备分为两种类型———手动和自动驾驶，使用时可以根据需要选择合适的类型。在某些应用中，两种操作方法都可以减少人员的使用，这也提高了巡检的速度和电力公司的经济效益。
3架空输电线路无人机巡检关键技术研究进展
3.1自主巡检技术
自主巡检技术是架空输电线路无人机巡检技术研究中的重点课题，该项技术在理论上能够让无人机自主飞行、运作，基本可以摆脱人工。
根据现有研究成果可知，可以使用激光雷达、实时动态高精度定位技术来实现无人机自主巡检，其中激光雷达技术能够自动获取飞行线路的高精度三维点云数据，由此能对飞行线路进行规划，而实时动态高精度定位技术能够对无人机实际飞行路线进行控制，确保无人机飞行路线与规划路线吻合。现实情况中自主巡检技术尚处于研究阶段，因为该项技术的实施涉及到无人机飞行时的航高、坐标、惯性等多种不确定的因素，所以该项技术在目前研究中的成本会比较高。同时，无人机在对架空输电线路进行巡检时要考虑到杆塔巡检的精细程度，而激光雷达技术在这方面还不够成熟，无法投入实际运用，这是该项技术未来的研究方向。此外，自主巡检技术还有很多待研究的点，如无人机续航问题、地面工作站巡检任务采集功能等，这些问题不但尚未解决，也没有产生对应的技术，这也是后续需要研究的重点。
3.2作业安全管控
无人机巡检技术在任何应用领域中都需要得到安全管控，这一点在架空输电线路巡检中更加重要，稍有不慎是可能损害电路的，甚至会引起一些灾害。针对安全管控问题，现代无人机巡检技术都是严格依照国家提出的安全作业标准来实施的，此举确实大幅提升了技术实施的安全性，但也导致无人机巡检技术的功效未能充分发挥。这一条件下，为了同时兼顾作业安全管控与无人机应用价值的充分发挥，国内相关组织通过研发得出了无人机可视化综合管理系统，该系统具备无人机视频实时回传、无人机实时管理、远程操控等功能，能让无人机在巡检中保持良好的安全性。但该系统提出的时间比较短，只适用于型号特定的无人机上，且此类无人机一般不满足架空输电线路巡检要求。同时，国内电网公司还在2017年研发提出过无人机巡检作业飞行数据记录器、无人机巡检业务模块，借助记录器与业务模块能实现无人机巡检作业全过程监管、且没有明显的缺陷，因此记录器与业务模块至今仍在沿用，其主要研发方向是完善两者功能。
3.3问题识别技术
在相对较早的无人机巡检技术应用中可知，架空输电线路巡检人员一般是操作无人机，利用无人机搭载的摄像设备对线路局部进行拍摄，随后人工对拍摄图像进行分析，最终得出判断结果，确认问题位置、类型、规模等。这种方式确实行之有效，但依旧依赖人工，在人工不稳定性的影响下有可能作出错误判断，同时无人机拍摄图像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判断。因此，在现代无人机巡检技术研发中提出了问题识别技术概念，该项技术主要就是让无人机系统具备自主判断问题的能力，根据当前研究成果可知，该项技术已初具雏形，即近些年国家电网公司在物联网技术支撑下，结合深度神经网络算法、大数据和图像识别技术等实现了问题识别技术，使得无人机系统能够自动分析架空输电线路上的问题，并生成巡检报告，免去了人工分析的环节。该项技术的研发时间很短，目前还存在很多缺陷：问题识别中，有相当一部分问题还无法被量化判定，现在使用的深度神经网络算法在识别问题时容易受问题类型相似性干扰，最终出现误判，如绝缘子问题识别中，假设绝缘子上有明显污迹，算法就会根据污迹是否存在、污迹存在位置特征来进行判断，这时绝缘子附近的污迹也可能被列入算法范围，受非绝缘子上的污迹影响，算法可能会认为绝缘子上存在污迹，需要进行清理，此类现象还有很多，说明该项技术有待完善；问题分类。即为了保障问题识别技术能顺利实施，电科院对架空输电线路的常见问题进行了分类，大体包括杆塔、导地线、绝缘子、大尺寸金具、小尺寸金具、基础、通道环境、接地装置、附属设施，这是问题识别技术的实施基础，技术系统可借助缺陷算法来进行分类判断。但在相关实践测试中发现，现有的缺陷算法还不够完善，尤其在效率与准确性上不达标，这也说明问题识别技术还有待研究。
结束语
我国针对架空输电线路无人机巡检技术提出了相对完善的技术管理标准，但各项标准的水平还略显不足、亟待加强。在关键技术方面，国内架空输电线路无人机巡检技术研究方向明确，提出了多种有良好应用价值的关键技术概念，但这些技术在实际应用中均存在缺陷，甚至有部分还无法投入实际应用。依照现有研究成果可知，这些技术可以在短时间内实现，届时能让国内架空输电线路无人机巡检技术水平达到新的层次。
参考文献
［1］陈熙.无人机在输电线路巡检中的应用及发展前景［J］.电力管理，2019（1）：203-204.
［2］周宗国，周海，胡彬，等.无人机在电力线路巡检中的应用及前景［J］.科学技术创新，2018（23）：164-165.
［3］侯飞，孙丽梅.分析无人机巡检输电线路技术及应用实践［J］.电子技术与软件工程，2019（3）：228.