多旋翼無人機在超高壓輸電線路巡線技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：無人機作為近年來新型技術(shù)之一，已在消防、救災(zāi)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。目前，國家電網(wǎng)公司正在將該技術(shù)運用于輸電線路巡視中，用以打造直升機、無人機（分為固定翼和多旋翼）和人工巡檢的三位一體、新型巡視方式。文章重點介紹多旋翼無人機巡視特點，現(xiàn)階段無人機在線路中的巡視方式以及無人機采集圖像的分析方法。同時也提出未來無人機巡線的發(fā)展方向。文章可能有片面、不足之處，在未來工作中將會持續(xù)改進。

關(guān)鍵詞：多旋翼無人機；無人機巡線；應(yīng)用

1 無人機概述

無人機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。用于輸電線路巡視的無人機主要包括以下三類：

（1）固定翼無人機：飛行速度很快，可以達到100至200km/h，續(xù)航時間長，主要適合輸電線路的總體狀況的巡視，如通道情況、違章搭建和高大樹木，也可用于災(zāi)后應(yīng)急評估，為救災(zāi)提供第一手現(xiàn)場資料。但固定翼無人機不能懸停，一般沿線路方向快速巡檢，且航線位于線路上方，可根據(jù)實際需要降低飛行速度、高度。

（2）無人直升機：與固定翼無人機相比，無人直升機能夠定點懸停、起飛及降落，但續(xù)航時間比較短，速度較慢（小于100km/h），不適合長距離巡線。但與多旋翼無人機相比，其載重優(yōu)勢很明顯，可以搭載較多檢查設(shè)備，可對線路進行更全面的巡檢，但飛行操作較為困難，攜帶、維護不便。

（3）多旋翼無人機：飛行機動靈活、操作簡單、重量小、結(jié)構(gòu)簡單，依靠無線電遙控飛行，抵御陣風能力強。一般在已確定故障段，用多旋翼無人機查找故障段，低速、定點進行圖像信息采集，供技術(shù)人員分析，便于檢修方案的制定。

2 多旋翼無人機巡線特點

目前應(yīng)用于輸電線路巡視的無人機多數(shù)采用鋰電池作為動力電源，由于電池技術(shù)上的限制，導(dǎo)致無人機飛行時間較短，在空載、氣象條件良好情況下，能支持飛行30分鐘左右，但在搭載設(shè)備、有風時，只能支持飛行20分鐘左右。為了提高多旋翼無人機巡線效率和安全性，針對不同的巡視對象和巡檢部位，在開展巡視前應(yīng)制定科學合理的拍攝飛行路徑和拍攝部位，嚴格落實安全飛行管控措施。結(jié)合現(xiàn)場實際情況、地理環(huán)境和氣象狀況，尋找最佳巡檢路徑，并根據(jù)拍攝需求，采取不同的飛行模式。

根據(jù)不同的桿塔結(jié)構(gòu)，制定合理的拍攝方位、飛行流程，形成完整的拍攝流程，對各相導(dǎo)線、絕緣子串及金具等設(shè)備進行多角度拍攝，避免巡視死角，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

圖1 單回桿塔拍攝方式

對輸電線路桿塔進行巡檢時，宜以5m/s速度到達鐵塔附近20m左右位置后（根據(jù)電壓等級來確定安全距離），緩慢接近目標，當?shù)竭_拍攝位置時，采用懸停模式，按照指定的方案，由任務(wù)手操作云臺，利用機載設(shè)備對目標進行實時檢查及圖像收集。

3 多旋翼無人機巡線作業(yè)流程

3.1 準備階段

無人機巡視作業(yè)前，應(yīng)充分做好資料收集工作（巡視區(qū)域地形、天氣狀況等），了解巡視區(qū)域內(nèi)大致地形地貌，機場、軍事禁飛區(qū)等重要設(shè)施情況，獲取巡視輸電線路桿塔坐標和高度。做好現(xiàn)場安全管控措施，編制飛行安全管控方案和應(yīng)急方案。設(shè)計好飛行高度、巡視范圍。對無人機本體及其配套設(shè)備做好航前檢查。

3.2 實施階段

準備工作完成后進入實施階段，在此階段，操控手、程控手和任務(wù)手應(yīng)各司其職，嚴格按照作業(yè)規(guī)范開展工作，保證人身、設(shè)備安全。飛控手和程控手應(yīng)相互溝通，保證無人機、拍攝數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性，做好無人機回收。

多旋翼無人機巡線作業(yè)流程如圖2所示。

4 巡線數(shù)據(jù)處理方法

目前，無人機采集的圖像信息，一般通過人工分析，即通過工作人員對圖片進行分析，以此來確定桿塔線路存在的缺陷和隱患。然而，在無人機圖片采集的過程中，會受到多方面原因影響，如霧天、陰天等天氣因素，這些都會造成采集的圖片出現(xiàn)不同程度的影響。目前國家電網(wǎng)公司浙江電力公司應(yīng)用無人機搭載SAR雷達已開展試點線路巡視，驗證了可在大霧環(huán)境下對導(dǎo)線斷線進行巡視。

為加強無人機巡檢效率，針對無人機圖像處理系統(tǒng)的程序需要盡快應(yīng)用。通過對圖像進行去噪、去模糊等處理，使圖像更為清楚?；蚴窃鰪姛o人機云臺系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提升機身穩(wěn)定性。目前南京開悅無人機使用三軸陀螺技術(shù)穩(wěn)定云臺，該技術(shù)可主動抵消飛行帶來的抖動、讓無人機在高空可保證圖片的清晰度。

5 無人機巡線技術(shù)下一階段方向

5.1 激光雷達建模技術(shù)

激光雷達探測技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其精確的定點測量。利用激光測距儀，可以精確地測得線下植被、建筑對輸電線路的距離，從而科學地制定樹木砍伐計劃和及時處理違章建筑。

5.2 無人機智能避障技術(shù)

無人機智能避障技術(shù)采用在無人機加裝發(fā)射和接收器的方法，將其接入飛控系統(tǒng)中。常見的發(fā)射、接收裝置為超聲波和TOF（光相位檢測）。前者利用聲波，后者利用光波。這兩種最簡單的測距系統(tǒng)，對周圍進行掃描，達到避障的效果。但超聲波和TOF系統(tǒng)有效距離較短（5米左右），不適合電力巡線。

未來無人機發(fā)展遠遠不止文中所提到的兩種技術(shù)，例如多機編隊協(xié)同控制技術(shù)、智能傳感技術(shù)、空氣動力學等將會大力推動對現(xiàn)有的無人機發(fā)展和應(yīng)用。根據(jù)國家電網(wǎng)公司公司在協(xié)同巡檢試點工作總結(jié)電視電話會上的報告中指出：今后要發(fā)展通過搭載激光掃描等設(shè)備開展輸電線路巡檢工作。結(jié)合當前國內(nèi)外前沿的云計算技術(shù)、圖像智能識別技術(shù)、無人機智能化避障技術(shù)和無人機載激光掃描等先進技術(shù)。

6 結(jié)束語

傳統(tǒng)的輸電線路人工巡視方法不僅工作量大而且條件十分艱苦，巡視周期長，由于人員技能水平和巡視視角的不同容易造成缺陷的遺漏，巡視質(zhì)量難以控制。采取無人機進行線路巡視，不僅可以降低輸電線路運維人員勞動強度，而且提高了巡檢質(zhì)量和效率。無人機作為一種新型巡檢手段，對人工巡檢形成強有力補充，做到人工和無人機協(xié)同巡檢，進一步提高線路的安全管控水平。