無人機(jī)在特高壓輸電線路巡檢應(yīng)用中的成本經(jīng)濟(jì)效益

輸電線路及桿塔等附屬設(shè)施等長期暴露于室外，易受各種天氣、機(jī)械及人為影響而產(chǎn)生倒塔、斷股、磨損等損傷，必須及時檢修。因此必須及時掌握輸電線路的運行情況以及其周圍環(huán)境和線路保護(hù)區(qū)的變化情況，發(fā)現(xiàn)、消除隱患，預(yù)防事故的發(fā)生。而無人機(jī)航攝系統(tǒng)以其經(jīng)濟(jì)、便捷、高效、高分辨率等顯著特點，顯示出了獨特的效益優(yōu)勢。

輸電線路分布點多、面廣，如何及時獲取遙感和攝影影像數(shù)據(jù)成為電網(wǎng)工程建設(shè)的一項重要工作。由于國家對空域的管制較緊，飛行前復(fù)雜的審批程序以及天氣影響等諸多問題，采用載人飛機(jī)進(jìn)行航空攝影測量一般周期較長。隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，以及無人機(jī)航攝系統(tǒng)其經(jīng)濟(jì)、便捷、高時效、高分辨率等顯著特點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)工程建設(shè)，并在快速成圖方面顯示出了獨特的優(yōu)勢。

一、無人機(jī)概述

1.傳統(tǒng)的人工巡線辦法存在工作量大且工作環(huán)境艱苦等缺點，尤其是對山地地區(qū)和跨越較大的江河的輸電線路的巡視，以及在各種自然災(zāi)害和夜晚期間巡線檢查，需要花費大量的人力成本，所花時間也會很大程度的延長、困難非常大，某些線路區(qū)域和某些巡檢項目人工巡查方法目前還不能完成，無法保障巡線的及時可靠性，并且一些設(shè)備的故障還是不能準(zhǔn)確找出。

2.無人機(jī)是一款先進(jìn)的無人駕駛自行飛行器。電力無人機(jī)輸電線路巡線系統(tǒng)集成了航空、電力，通信、地理信息系統(tǒng)等多個系統(tǒng)。它具備爬升高、距離遠(yuǎn)、速度快和自動作業(yè)的功能，可以穿越很多復(fù)雜障礙物對線路進(jìn)行迅速巡線，可以對架空線的金屬等各種器件進(jìn)行全光譜的快速攝像和故障監(jiān)測?；陔娏o人機(jī)輸電巡線采集數(shù)據(jù)的專業(yè)分析，可以為電網(wǎng)管理和維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。大大提高了輸電維護(hù)和檢修的速度和效率，使許多工作能在完全帶油的環(huán)境下迅速完成。無人機(jī)作業(yè)作業(yè)范圍廣大，而且不為環(huán)境所限。這樣大大節(jié)省了人力和時間。綜上，無人機(jī)巡線方式無疑是一種成本經(jīng)濟(jì)效益非常顯著的巡線方式。

二、無人機(jī)在特高壓輸電線路巡檢中的應(yīng)用

1.精密巡檢

考慮到電網(wǎng)安全和無人機(jī)定位誤差的影響，精密巡檢主要是采用無人機(jī)飛控程序自動控制和人工操控相結(jié)合的方式進(jìn)行：無人機(jī)飛控程序控制旋翼無人機(jī)到達(dá)已知線路路徑信息的目標(biāo)桿塔上方15m的位置，再切換到人工控制旋翼無人機(jī)進(jìn)一步靠近目標(biāo)桿塔并調(diào)整云臺角度，并根據(jù)具體的巡檢任務(wù)獲取相關(guān)影像。采用這種半自動的精細(xì)巡檢方式能極大程度上提高無人機(jī)巡檢效率，保障巡檢線路安全，減輕了巡檢人員勞動強(qiáng)度，從而降低人力成本。

2.通道巡視

通道巡視內(nèi)容包括線路走廊安全距離范圍內(nèi)出現(xiàn)違章構(gòu)建筑物、違章施工等，通道內(nèi)出現(xiàn)污染源、防洪排水設(shè)施坍塌、道路橋梁損壞等，如果只通過無人機(jī)所采集的原始影像，難以對可能的危險源和線路路徑之間的相對位置關(guān)系進(jìn)行分析和判斷。因此，在無人機(jī)進(jìn)行通道巡視過程中除了采集原始無人機(jī)影像外，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)航飛設(shè)計進(jìn)行航空攝影測量生成相應(yīng)的正射影像成果，生成成果可用于距離、面積量測，輔助巡檢人員進(jìn)行通道內(nèi)線路隱患信息的判別，提高巡檢人員現(xiàn)場事故處理的響應(yīng)效率，并能作為現(xiàn)場事故處理、隱患事故追責(zé)的有力憑證，減少不必要的民事糾紛。

3.特殊巡視及故障巡視

特殊巡視及故障巡視相較于日常巡視而言是根據(jù)線路故障和特殊巡檢需求而開展的，對線路巡檢的需求更具針對性和現(xiàn)勢性，提出了更高要求。除了使用半自動化精細(xì)巡檢的方式獲取釘銷級缺陷、通過生成的高清正射影像獲取通道的環(huán)境信息的方法外，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行高清視頻的實時圖傳和現(xiàn)場視頻直播，全方位輔助管理人員進(jìn)行快速應(yīng)急響應(yīng)和現(xiàn)場決策。

三、實踐應(yīng)用分析

考慮高清視頻帶寬要求高，且無人飛行平臺與單人載荷能力均受限，在耐張塔組網(wǎng)模式下，考慮為其提供單獨鏈路，以降低接收門限，并且耐張塔組網(wǎng)模式下無人飛行平臺與單人不能同時使用系統(tǒng)。同樣，指揮車鏈路也是單獨的。指揮車觀看無人飛行平臺或單人采集的視頻。以最遠(yuǎn)16km為基準(zhǔn)進(jìn)行計算，推測機(jī)載設(shè)備所需要能力，及載荷要求。因為設(shè)備能力有限，不考慮非視距傳播情況，盡管如此，無人飛行平臺升空高度有限，耐張塔天線高度有限，必然存在多徑，進(jìn)而導(dǎo)致電平衰落，為保證傳輸可靠性，塔上雙天線接收，路徑損耗按隨距離3次方律增加的參考模型計算，另外再留出10dB左右的衰落余量。根據(jù)以下參數(shù)進(jìn)行預(yù)測：

路徑損耗：L=20*log（f）+30*log（d）+92.4（f=6GHz為耐張塔工作的頻率，d=16km）=15.6+36.1+92.4=144.08dB；

接收門限電平：-88dBm（傳輸速率fb=30Mbps）；

衰落余量：10dB；

要求的接收電平=接收門限電平+衰落余量

=-88+10=-78dBm；

耐張塔天線增益：20dBi；

無人飛行平臺天線增益：5dBi；

設(shè)機(jī)載設(shè)備發(fā)射功率為X，可得以下方程：

X+5+20-144=-78dBm

得X=40dBm（10W）

本系統(tǒng)主要解決的矛盾是傳輸帶寬大與無人飛行平臺載荷能力較小帶來的系統(tǒng)實現(xiàn)困難。通過前述分析，可知無人飛行平臺上設(shè)備、單人設(shè)備距載荷極限尚有較大空間，考慮預(yù)計的不準(zhǔn)確性，實際實施時設(shè)備功耗可能會增加，一般不會突破本設(shè)計中預(yù)計結(jié)果的兩倍，因此本系統(tǒng)設(shè)計基本可行。

結(jié)束語

隨著社會對輸電可靠性越來越高的要求，實踐微波通訊的巡線內(nèi)容越來越豐富，將越來越突出無線巡線的優(yōu)越性。無線巡線將會是一種快速、高效、大大降低人力成本的巡線方式。（作者單位為國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）