王偉男:基于無人機的輸電線路運維檢修一體化裝置的研究與應用

王偉男

摘要：隨著我們國家的不斷進步，科技的不斷發(fā)展，近年民用無人機技術(shù)快速發(fā)展，逐漸深入各個行業(yè)領(lǐng)域。雖然無人機在電力上開始了廣泛的應用，但應用技術(shù)弱，專業(yè)性不強，未做到深入融合。同時，輸電線路的運維檢修、數(shù)字化管理等應用領(lǐng)域都需要無人機搭載多種任務(wù)設(shè)備完成相應作業(yè)，但這需要多個無人機飛行平臺配套相應任務(wù)載荷，使得成本高、通用性差、功能單一。所以，研究一套一體化多任務(wù)智能運檢無人機系統(tǒng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：無人機;輸電線路;運維檢修;一體化裝置

1無人機巡檢的缺陷與優(yōu)勢

無人機設(shè)備在電網(wǎng)輸電線路巡檢中的運用是非常重要的，能夠高效地改變往常人力巡檢效率低下、大量人員資源浪費的問題。現(xiàn)價段，無人機巡檢處于初步發(fā)展階段，在實際應用中，還存在很多的不足。一方面，無人機設(shè)備的體積小，電容量較低，導致巡檢時間較短，難以使用在長距離的輸電線路巡檢中。另一方面，無人機設(shè)備的遙控范圍較小，存在距離限制，并且系統(tǒng)較為低端，未能實現(xiàn)對拍攝線路缺陷的自動識別。但使用無人機進行輸電線路巡檢，與傳統(tǒng)的人工巡檢方式相比而言，具有一定的優(yōu)勢。首先，無人機設(shè)備的基礎(chǔ)是自主懸停技術(shù)和自定導航技術(shù)，可以起到防止碰撞輸電線路的效果，提高了巡檢的安全性。其次，在惡劣的天氣中，可以有效的對輸電線路發(fā)生的問題進行分析，并找出發(fā)生問題的位置，便于快速解決問題，恢復電路系統(tǒng)。最后，無人機設(shè)備分為手動和自駕兩種，在使用中可以根據(jù)自身的需求選用適合的類型，在兩種操作方式在具體應用中，都可以降低以往巡檢中對大量人力的使用，并且還提高了巡檢的速度和電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2無人機的輸電線路運維檢修一體化裝置的策略

2.1一體化地面站

無人機地面站采用防水、防塵、防沙設(shè)計，地面平臺包含飛行控制平臺、顯示平臺、通信平臺、任務(wù)控制平臺等。（1）飛行控制平臺，是飛行控制的操作臺，具備半自動/自動飛行控制功能，主要實現(xiàn)飛行器的飛行控制和應急控制。（2）顯示平臺，主要顯示無人機地面站軟件、實時飛行圖像、實時測距系統(tǒng)等。（3）通信平臺，是無人機所有機載通信與地面通信的基站，也是運檢中心的通信點。（4）任務(wù)控制平臺，是控制無人機飛行平臺任務(wù)裝置的操作平臺，主要控制任務(wù)裝置的機械動作和工作狀態(tài)。

2.2無人機在輸電線路覆冰勘測中的應用探索

在冬季總是會遭受不同程度的低溫凝凍天氣，線路覆冰將會引起輸電線路倒桿（塔）、斷線及跳閘事故，嚴重威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。為解決這一問題，貴州電網(wǎng)公司搭建了主網(wǎng)線路覆冰檢測裝置，結(jié)合運檢公司建立的“輸電線路防災減災分析預警系統(tǒng)”中的微氣象信息預報和線路的運行數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對輸電線路防冰薄弱點的查找，及時提出重點觀冰區(qū)域和急需融冰的線路。無人機系統(tǒng)和輸電線路防災減災分析系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，根據(jù)防災減災系統(tǒng)分析得出的結(jié)果，利用桿塔坐標進行定位、制定巡航路線，對覆冰重災區(qū)進行精確核查。通過攜帶的高清攝像頭及嵌入式視頻處理平臺實時處理航拍圖像。系統(tǒng)將對輸電線路和絕緣子進行準確識別，并通過圖像分割以及邊緣檢測技術(shù)計算覆冰的厚度，從而自動分析反饋出該區(qū)段線路在覆冰情況下的工況，并對需要融冰的線路，可能發(fā)生冰閃的絕緣子串進行預警并提供輔助決策。并且在線路融冰過程中通過紅外鏡頭進行核查，指導融冰工作，使融冰過程更加高效便捷。同時，無人機系統(tǒng)還能在夜間進行輸電線路融冰時，對輸電線路融冰效果進行核查，無須在夜間在融冰現(xiàn)場派駐值守人員，大量減少了輸電線路融冰的作業(yè)人員，使融冰過程更加高效便捷。

2.3攜帶方便、操作方便、效率高

傳統(tǒng)的人工巡檢方式，在不同的地形下所用到的設(shè)備儀器都不一樣，所以，巡檢人員在進行巡檢工作是往往需要帶著大量的設(shè)備儀器，這給巡檢人員帶來了很大的麻煩。但是，無人機具有機型小、體重輕、占地面積小、易于攜帶、輕便的優(yōu)點，消除了巡檢人員帶著繁重的機器進行巡檢的煩惱與麻煩，這能夠為巡檢人員節(jié)省下來大量的時間，巡檢人員可以利用這些事件在巡檢數(shù)據(jù)的研究上，這對于我國輸電線路的整體工作是一個很大的發(fā)展與提升。

2.4無人機設(shè)備接近線路巡檢措施

讓無人機設(shè)備接近輸電線路進行巡檢，在操作設(shè)備時，通常使用兩種飛行方式：一種是，固定高度飛行法。這種方式在使用中，首先，應選好適合的起飛和降落場地，其次，無人機在起飛點進行精準定位，并設(shè)置起飛高度。最后，對設(shè)備的起飛航向進行確定，然后進行巡檢、懸停拍攝。這種接線巡檢方式在使用中，由于相關(guān)操作參數(shù)都是固定值，可以在很大程度上降低操作失誤。另一種是，斜線飛行方式。這種接近線路方式，具體來說是對無人機設(shè)備進行精確定位后，直接從站點起飛，以斜線的方式方式飛行并逐漸接近巡檢線路。這種操作飛行方式在使用中，可以快速接近巡檢目標，提高了巡檢的速度，但同時由于需要左右手同時進行操作，會增加操作的難度，出現(xiàn)較多的操作失誤。

2.5圖像的收集與處理

在高壓輸電線路的巡視中，需要無人機實現(xiàn)對相應區(qū)域的圖像、視頻等的采集。為了實現(xiàn)這一目的，可以通過在無人機上加設(shè)單相機實現(xiàn)。在單相機的支持下，無人機可以在低空飛行的條件下完成對高分辨率影像的獲取;可以在光線不足（陰天）的條件之下獲取光學影響;可以在高位環(huán)境下完成長距離的飛行探測。結(jié)合空速管的加設(shè)，能夠進一步提升對無人機飛行速度控制的精確程度，保證其拍攝與保存的圖像重疊率在40%及以上。通過對圖像的進一步的加工處理，能夠發(fā)掘出高壓輸電線路中的外破或隱患，保障線路的穩(wěn)定運行。

2.6一體化任務(wù)裝置

一體化任務(wù)裝置主要包括輸電線路通道線樹測距裝置、導地線異物清障裝置、拋投喊話裝置和三維攝影裝置。（1）線樹測距裝置，采用毫米波雷達傳感器作為測距儀，包括線距裝置和樹距裝置，這兩套測距裝置包括毫米波雷達傳感器、微型攝像頭、角度傳感器、轉(zhuǎn)動裝置等。（2）一體化清障裝置，具備噴火除異物和激光清障功能。處理環(huán)境無易燃物或有風箏異物時，采用噴火方式除異物;處理環(huán)境有易燃物或無風箏異物時，采用激光方式除異物。（3）喊話拋投裝置，采用一體化成型設(shè)計，包括喊話器、拋投器和攝像頭，主要用于新建輸電線路牽引線架設(shè)、高空運輸輕量設(shè)備和對線路通道違規(guī)建筑/施工進行喊話和取證。（4）三維攝影裝置，采用五鏡頭的一體成型傾斜相機，主要用于輸電線路通道三維建模的數(shù)據(jù)采集。

2.7在精細巡檢中的應用

在高壓輸電線路的精細巡檢中，通過應用無人機，能夠?qū)崿F(xiàn)對桿塔、接地裝置、導線、金具及其附屬設(shè)施、絕緣子等結(jié)構(gòu)的檢查。相比于實地巡視檢測的方式，應用無人機能夠在保障檢查質(zhì)量的同時，提升巡視的實際效率。在基于無人機的高壓輸電線路精細巡檢中，為了最大程度的避免受到無人機定位誤差以及電網(wǎng)安全的影響，相關(guān)人員可以使用“自動控制+人工控制”相結(jié)合的方式完成。此時，可以當無人機進入距目標桿塔還有15米的范圍內(nèi)時，可以切換至人工控制的模式，完成對云臺角度的調(diào)整，完成相關(guān)影像的獲取，這樣的方式有著更高的巡檢效率。

結(jié)語

輸電線路運維檢修一體化裝置的研究與應用，是電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。毫米波雷達測距、一體化無人機、自動巡檢系統(tǒng)和數(shù)字化管理系統(tǒng)的研究與應用，雖然存在很多缺陷和不足，但其對無人機在電力行業(yè)的快速發(fā)展起著推動作用。

參考文獻

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