對無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的探討

陳景尚

摘 要：在無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電力線路巡檢以后，巡檢人員可以利用這一技術(shù)構(gòu)建高效化的巡檢系統(tǒng)。傳感器集成方法與POS系統(tǒng)的應(yīng)用，也有助于提升電力線路巡檢工作的自動化水平。文章主要對無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成與無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；電力線路安全巡檢系統(tǒng)；巡檢技術(shù)

中圖分類號：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0158-02

Abstract： After the application of UAV technology in power line inspection， patrol personnel can use this technology to build an efficient inspection system. The application of sensor integration method and POS system is also helpful to improve the automation level of power line inspection. This paper mainly discusses the system structure of UAV power line security inspection system and the key technology of UAV power line security inspection system.

Keywords： UAV； power line safety patrol system； patrol technology

前言

架空電力線路在電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。架空電力線路覆蓋范圍較廣，線路途徑的區(qū)域的地形環(huán)境較為復(fù)雜。在自然環(huán)境與架空電力線路自身因素的共同影響下，導(dǎo)地線斷股、腐蝕及絕緣子破損等故障會引發(fā)嚴(yán)重的電力事故。為保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，電力部門往往需要耗費(fèi)大量的人力物力資源開展巡線工作。以人工巡線為主的巡線方式存在著勞動強(qiáng)度大與巡檢效率低下的弊端。無人機(jī)技術(shù)在電力線路巡檢工作中的應(yīng)用，可以讓電力線路安全巡檢工作擺脫環(huán)境因素的限制，也可以在提升巡檢效率的基礎(chǔ)上，提升線路巡檢工作的安全性。

1 無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)是無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的核心要素。它主要由以下幾種系統(tǒng)構(gòu)成：一是，無人機(jī)飛行平臺；二是，多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)；三是，穩(wěn)定平臺與POS定姿定位系統(tǒng)。無人機(jī)飛行平臺可以分為固定翼飛行平臺與旋翼飛行平臺。在電力線路安全巡檢工作開展過程中，該平臺可以用于搭載傳感器系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺等機(jī)載設(shè)備。電力系統(tǒng)巡檢任務(wù)的任務(wù)類型、飛行距離與飛行速度等具體要求可以被視為無人機(jī)平臺應(yīng)用方案的決定因素[1]。如在基于可見光拍攝的快速巡檢工作實(shí)施過程中，相關(guān)人員可以將小型固定翼無人機(jī)平臺應(yīng)用于巡檢工作之中。傳感器系統(tǒng)包含有光學(xué)數(shù)碼相機(jī)、熱紅外成像儀和激光掃描儀等多種設(shè)備。光學(xué)數(shù)碼相機(jī)可以在絕緣子爆裂及導(dǎo)地線斷股等故障的診斷過程中得到應(yīng)用。熱紅外成像儀適用于輸電線路設(shè)備紅外視頻信息采集。穩(wěn)定平臺具有以提升目標(biāo)成像質(zhì)量的作用。POS定姿定位系統(tǒng)有助于無人機(jī)飛行風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避能力的強(qiáng)化。

1.2 地面測控站系統(tǒng)

地面測控站系統(tǒng)可以對無人機(jī)飛行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。這一系統(tǒng)中包含有無人機(jī)平臺地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編解碼系統(tǒng)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等多種系統(tǒng)。在控制無人機(jī)飛行過程中的傳感器數(shù)據(jù)信息獲取方式的基礎(chǔ)上，地面測控站系統(tǒng)也可以對來自無人機(jī)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行基礎(chǔ)分析。

1.3 數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)在通信方面發(fā)揮著較為重要的作用。一般情況下，數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)需要包含地面測控站信號接收/發(fā)射設(shè)備、無人機(jī)中繼通信設(shè)備等多種系統(tǒng)。該子系統(tǒng)可以為地面測控站與無人機(jī)飛行平臺之間的數(shù)據(jù)通訊提供保障，也可以為無人機(jī)在地形復(fù)雜的山區(qū)環(huán)境的通訊能力提供保障。數(shù)據(jù)鏈路的傳輸需求需要與無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的實(shí)際需求相匹配，根據(jù)電力線路安全的巡檢系統(tǒng)的實(shí)際情況，數(shù)據(jù)傳輸速率可以控制在4Mbps-8Mbps之間。

1.4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

應(yīng)用于無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為主，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信息后期的處理、存儲過程中發(fā)揮著較為重要的作用。多傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)與幾何處理系統(tǒng)是這一系統(tǒng)的主要組成部分。地面處理系統(tǒng)所采用的分析方法以攝影測量與遙感分析為主。

2 無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 飛行姿態(tài)控制技術(shù)

強(qiáng)風(fēng)、降雨等氣候因素可以被看作是無人機(jī)飛行姿態(tài)控制技術(shù)的主要影響因素。飛行姿態(tài)控制技術(shù)在無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以為無人機(jī)與線路的安全提供保障。根據(jù)一些研究者的研究結(jié)果，LQG控制器可以用于飛機(jī)俯仰翻轉(zhuǎn)姿態(tài)的控制，除LQG控制器以外，PID控制器也可以應(yīng)用于無人機(jī)的偏航控制[2]。無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)所使用的飛行姿態(tài)控制技術(shù)需要具有魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.2 地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)

就電力線路巡檢工作而言，地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)是利用巡檢設(shè)備中的紅外成像儀、紫外線成像儀及POS系統(tǒng)等多種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合，生成高精準(zhǔn)度的數(shù)據(jù)成果。

2.3 正射影像采集技術(shù)

根據(jù)電力線路巡檢工作的實(shí)際情況，正射影像采集技術(shù)建立在GPU模型的基礎(chǔ)之上。這一技術(shù)的應(yīng)用，有助于正射影像采集速度的提升，也可以為航測影像的快速處理提供支持。

2.4 線路隱患、缺陷的探測技術(shù)

2.4.1 視覺探測技術(shù)

視覺探測技術(shù)為可見光探測技術(shù)，在這一技術(shù)應(yīng)用于線路隱患與缺陷的探測以后，相關(guān)人員可以通過無人機(jī)搭載高清相機(jī)與高清攝像機(jī)的方式，完成巡線圖片與巡線視頻的拍攝，并要在將相關(guān)信息傳輸至地面基站以后，利用專家系統(tǒng)分析線路的實(shí)際情況。視覺探測技術(shù)在電力線路顯性故障（如導(dǎo)線斷股、異物懸掛及桿塔變形等故障）的甄別過程中發(fā)揮著重要的作用。圖像的質(zhì)量是圖像識別精度與圖像識別的準(zhǔn)確度的主要影響因素。

2.4.2 紅外線、紫外線探測技術(shù)

紅外熱成像儀具有提取表面溫度超過周圍環(huán)境溫度的異常溫升點(diǎn)的作用。該設(shè)備可以在根據(jù)紅外光譜圖像，對線路接頭、線夾和絕緣子等設(shè)備中存在的發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行有效確認(rèn)。紫外熱成像儀具有接受線路設(shè)備放電過程中產(chǎn)生的紫外光訊號的功能。在電力線路安全巡檢工作開展過程中，相關(guān)人員可以借助圖像探測導(dǎo)線外傷、絕緣子放電及污染等放電現(xiàn)象。在紫外線探測技術(shù)應(yīng)用于電力線路巡檢工作以后，太陽光及人造光源對巡檢工作的干擾，是巡檢人員所不可忽視的內(nèi)容。

2.4.3 激光雷達(dá)探測技術(shù)

激光具有較為良好的單色性與相關(guān)性。其在實(shí)際應(yīng)用過程中也可以表現(xiàn)出方向性強(qiáng)的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段激光技術(shù)在角度檢測、距離測量與長度測量過程中發(fā)揮著較為重要的作用。通過對激光測距技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，連續(xù)波相位式測距技術(shù)與脈沖式測距技術(shù)是兩種較為常用的測距方式。激光雷達(dá)技術(shù)與無人機(jī)電力線路巡檢技術(shù)之間的融合，可以讓巡檢人員在掃描線路走廊的基礎(chǔ)上，獲取高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而借助高分辨率航空數(shù)碼影像開展高精度三維建模[3]。激光雷達(dá)技術(shù)在電力線路巡檢過程中的應(yīng)用，也可以讓巡檢人員在計(jì)算輸電線路與樹木、建筑物的距離的基礎(chǔ)上，完成故障缺陷的準(zhǔn)確定位。GPS技術(shù)也在無人機(jī)電力線路巡檢系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。就激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用情況而言，以下因素是電力線路巡檢期間需要關(guān)注的內(nèi)容：一是，無人機(jī)平臺的任務(wù)載荷；二是，GPS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.5 無線通訊技術(shù)

無線通訊技術(shù)與無人機(jī)的遙控測量功能、信息傳遞功能及跟蹤定位服務(wù)功能之間具有一定的聯(lián)系。無人機(jī)的遙控測量與以下因素有關(guān)：一是，無人機(jī)飛行狀況的測量；二是，無人機(jī)設(shè)備參數(shù)的測量。無線通信技術(shù)可以讓巡檢人員對巡檢設(shè)備與無人機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行關(guān)注。信息傳遞主要指的是無人機(jī)任務(wù)載荷傳感器信息的傳輸。無人機(jī)跟蹤定位功能的開發(fā)，可以讓巡檢人員對無人機(jī)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，以保證無人機(jī)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

無人機(jī)巡檢技術(shù)涉及到了圖像識別、電子通信與影像采集等多種技術(shù)領(lǐng)域。完善化的無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的構(gòu)建，可以在降低巡檢工作勞動強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，促進(jìn)巡檢成本的降低，也可以在縮短巡檢時(shí)間的同時(shí)，提升巡檢工作的工作效率。無人機(jī)巡檢技術(shù)的應(yīng)用，對航測技術(shù)與電力技術(shù)的發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。無人機(jī)跟蹤定位功能的開發(fā)，可以讓巡檢人員對無人機(jī)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，以保證無人機(jī)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。在未來一段時(shí)期內(nèi)，無人機(jī)巡檢技術(shù)可以在電力領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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[2]彭向陽，劉正軍，麥曉明，等.無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J].遙感信息，2015，30（01）：51-57.

[3]麥曉明，劉正軍，彭向陽，等.無人機(jī)電力線路安全巡檢航線及任務(wù)規(guī)劃軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].廣東電力，2013，26（12）：81-85.