配網(wǎng)線路集群無人機(jī)智能巡視技術(shù)研究與應(yīng)用

羅煒　張海濤　張笑玲　薛麗嬌　卜成浪　黃嘉盛

摘? 要：隨著社會(huì)的發(fā)展和工業(yè)產(chǎn)能的提升，當(dāng)今社會(huì)對(duì)電力資源的需求越來越大，電力供應(yīng)的可靠性要求也越來越高。電力在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，在電力供應(yīng)當(dāng)中也表現(xiàn)出了一些突出的問題，例如電源中傳輸線的安全性。傳輸線的總距離相對(duì)較長(zhǎng)，并且許多配電線路處于惡劣環(huán)境中。這大大增加了傳輸線問題的可能性，并且人工巡線的難度成倍增加?；谶@一點(diǎn)，文章在介紹了無人機(jī)的基本含義，以及配網(wǎng)線路巡檢工作現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡述了微型無人機(jī)全自主巡檢技術(shù)的理論基礎(chǔ)，指出了應(yīng)用無人機(jī)電力巡檢技術(shù)的重要性。最后對(duì)多旋翼無人機(jī)全自主巡檢方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)無人機(jī)在配網(wǎng)線路巡檢中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);配網(wǎng)線路;巡檢

中圖分類號(hào)：TM755? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）07-0146-02

Abstract： With the development of society and the improvement of industrial production capacity， the demand for power resources is increasing， and the reliability of power supply is becoming higher and higher. Electric power plays a vital role in the economic development of our country. However， there are also some prominent problems in the power supply， such as the security of the transmission line in the power supply. The total distance of transmission lines is relatively long， and many distribution lines are in a harsh environment. This greatly increases the possibility of transmission line problems， and the difficulty of manual line patrol increases exponentially. Based on this point， on the basis of introducing the basic meaning of UAV and the present situation of distribution line inspection， this paper expounds the theoretical basis of micro-UAV fully autonomous inspection technology， and points out the importance of applying UAV power inspection technology. Finally， the autonomous inspection scheme of multi-rotor UAV is designed， and the application of UAV in distribution network inspection is discussed.

Keywords： unmanned aerial vehicle （UAV）; distribution network line; patrol inspection

1 無人機(jī)的基本含義

無人機(jī)是基于飛控技術(shù)，搭載專用的任務(wù)載荷，執(zhí)行自動(dòng)飛行任務(wù)和其它相關(guān)工作的無人駕駛航空器。相較于載人飛機(jī)，其最主要特點(diǎn)是沒有飛行員隨機(jī)飛行，飛機(jī)上也沒有生命保障系統(tǒng)設(shè)備，成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、操控相對(duì)簡(jiǎn)單，是配電線路巡檢檢測(cè)的非常有效工具?，F(xiàn)常見的無人機(jī)飛行平臺(tái)有：多旋翼無人機(jī)、單旋翼無人直升機(jī)、固定翼無人機(jī)和組合翼無人機(jī)等新型布局的各種無人機(jī)。

2 配電線路巡檢工作現(xiàn)狀

由于配電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整體電力供應(yīng)系統(tǒng)的安全性起著至關(guān)重要的作用，更是社會(huì)穩(wěn)定、百姓日常生活的基礎(chǔ)。所以，需要不斷對(duì)配電線路運(yùn)行維護(hù)，做好配電線路的巡檢工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電線路的線路本體及附屬設(shè)施出現(xiàn)的故障或安全隱患和線路保護(hù)區(qū)內(nèi)各種檢測(cè)裝置、標(biāo)志牌、航空警示器材、防霧防冰器材缺損、變化等情況。為了預(yù)防配電線路發(fā)生故障，為配電線路的檢修與運(yùn)維提供參考依據(jù)，需要定期對(duì)其進(jìn)行巡檢。有很多配電線路分布在地形比較復(fù)雜的野外，線路及設(shè)備會(huì)遭受雷雪風(fēng)暴等自然原因的破壞，以及違章施工、違章植樹等人為原因的破壞，出現(xiàn)故障或隱患，要求配電線路維護(hù)人員需定期進(jìn)行巡檢工作，需要實(shí)現(xiàn)全方位、多角度的巡視，及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)線路故障點(diǎn)。繁重復(fù)雜、安全性差、效率低是傳統(tǒng)人工巡檢無法避開的缺點(diǎn)。近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于航空攝影測(cè)量、太陽能電廠巡檢、考古勘探、地質(zhì)勘探、高速公路巡視、電網(wǎng)線路巡檢、森林火情監(jiān)測(cè)、城市高層建筑消防等領(lǐng)域。

3 無人機(jī)的全自動(dòng)巡檢的理論基礎(chǔ)

無人機(jī)智能巡檢技術(shù)可以為電力系統(tǒng)提供方便、快捷的巡檢方案，該系統(tǒng)方案包括高度集成的一體化無人機(jī)控制地面站系統(tǒng)、無人機(jī)飛行平臺(tái)、任務(wù)載荷和數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)。各子系統(tǒng)間相互協(xié)調(diào)、互相配合完成立體化智能電力巡檢工作。無人機(jī)全自主巡檢技術(shù)以搭載高性能飛控和高像素航拍相機(jī)的無人機(jī)為核心，輔以高可靠性的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，以及具有完整信息處理能力的地面站系統(tǒng)組成。在巡檢作業(yè)時(shí)，一般采用先使用固定翼巡檢無人機(jī)或大型油動(dòng)單旋翼無人直升機(jī)對(duì)線路進(jìn)行通道巡檢，在用微型多旋翼巡檢無人機(jī)通過遙控圖像對(duì)輸電線路、地線、絕緣子的具體情況進(jìn)行精細(xì)化巡檢。在發(fā)生異常的情況下，可以使用巡檢團(tuán)隊(duì)攜帶的微型多旋翼無人機(jī)到發(fā)現(xiàn)異常情況的位置進(jìn)行徹底的精細(xì)化巡檢工作，巡檢作業(yè)人員可以通過地面站顯示的回傳圖像判斷該處是否有故障。

由于無人機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，人工電力巡檢作業(yè)存在著許多困難和局限性，近年來，隨著微型無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些地方電力企業(yè)進(jìn)行了微型無人機(jī)在電力線路巡檢作業(yè)中的嘗試，初步并取得了不錯(cuò)的成效。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果，將微型無人機(jī)航空攝影技術(shù)應(yīng)用于輸電線路巡檢，可以提高輸電線路的運(yùn)用維度水平，提高輸電線路可靠性，同時(shí)也能有效地降低相關(guān)設(shè)備的運(yùn)維工作強(qiáng)度，省去了大量人力巡檢的人員開支，提高了電網(wǎng)線路運(yùn)維部門的自動(dòng)化水平，大大降低了企業(yè)的運(yùn)行和維護(hù)成本。

4 微型多旋翼無人機(jī)自動(dòng)化巡檢方案的設(shè)計(jì)

在以往的無人機(jī)巡檢過程中，需要無人機(jī)操控手控制無人機(jī)在近距離拍攝高精度的桿塔和線條圖像。由于地面操作者的視角不同，對(duì)人控制的精確定位有非常大的誤差，不僅降低了工作效率，而且因?yàn)槎ㄎ徊粶?zhǔn)確，還可能會(huì)影響航拍照片的診斷效果，迫切需要開展無人機(jī)的自動(dòng)化巡檢工作。

無人機(jī)的自動(dòng)化巡檢作業(yè)，首先要合理規(guī)劃飛行路線。飛行路徑由一系列航拍點(diǎn)和飛行軌跡組成，無人機(jī)巡檢作業(yè)航線規(guī)劃的實(shí)質(zhì)是航拍點(diǎn)的設(shè)計(jì)和航跡的規(guī)劃。在巡檢無人機(jī)作業(yè)過程中，飛行文件以一個(gè)固定的頻率記錄GPS定位系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、任務(wù)載荷以及詳細(xì)的飛參信息。無人機(jī)完成巡線作業(yè)后，不僅可以根據(jù)POS數(shù)據(jù)繪制出巡線的準(zhǔn)確軌跡，而且可以將高精度空攝的時(shí)間信息與飛控POS數(shù)據(jù)相結(jié)合，在航拍過程中，決定各航拍位置的坐標(biāo)信息和照相機(jī)的云臺(tái)角度焦距等信息。使用專用的工業(yè)級(jí)多旋翼無人機(jī)，在專用的無人機(jī)地面站上將航跡沿線的拍照點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎點(diǎn)設(shè)為航點(diǎn)，并在航點(diǎn)信息里編輯航點(diǎn)的坐標(biāo)信息和云臺(tái)角度等信息。

首先由飛行經(jīng)驗(yàn)豐富的無人機(jī)操縱手進(jìn)行手動(dòng)飛行拍攝，找到最佳的航拍位置和云臺(tái)角度。之后，從飛控的日志文件中分析無人機(jī)航拍的航跡、航拍點(diǎn)的坐標(biāo)信息、云臺(tái)角度、航拍相機(jī)的焦距等信息。然后，通過這些信息規(guī)劃好無人機(jī)全自動(dòng)飛行的航路和航拍點(diǎn)的云臺(tái)角度、航拍相機(jī)的焦距。之后的巡檢作業(yè)，只需要把規(guī)劃好的無人機(jī)的航路上傳無人機(jī)飛控，就可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)線路的無人機(jī)全自主巡檢。

5 無人機(jī)在配網(wǎng)線路巡檢中的應(yīng)用

5.1 無人機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用

無人機(jī)航拍技術(shù)在配電線路巡檢作業(yè)中的應(yīng)用取得了非常好的效果，利用微型多旋翼無人機(jī)進(jìn)行航拍巡檢可以實(shí)現(xiàn)全方位、多角度的巡檢。在配電線路巡檢作業(yè)中可以快速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，可以大大減少電力巡線人員高空作業(yè)量和帶電作業(yè)量。這既減輕了電力巡檢人員的工作強(qiáng)度，又大大降低了電力巡檢工作中的危險(xiǎn)性。在極端的自然條件下（大風(fēng)、大雪、大雨等惡劣天氣），攀爬配電線路桿塔容易發(fā)生跌落等意外事故。而且，如果巡回員坐在桿上進(jìn)行檢查，還很容易發(fā)生電擊等安全事故。用無人機(jī)代替人工巡檢配電線路，不僅大大降低了巡檢作業(yè)的危險(xiǎn)性，而且有效地提高了巡檢工作效率，在有效保障了巡檢工作人員生命安全的同時(shí)，直接提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

5.2 無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用前景

微型無人機(jī)配電線路自動(dòng)化巡檢技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，其中微型無人機(jī)在架空線路的精細(xì)化巡檢作業(yè)，通過查看航拍照片可以方便快捷地找到配電線路中的缺陷和變化情況，能夠有效減少巡檢人員攀爬鐵塔的工作量。同時(shí)，巡檢作業(yè)人員可以在地面站上操作無人機(jī)以進(jìn)行高空檢查，通過從航拍的高分辨率圖片，電網(wǎng)巡檢人員可以準(zhǔn)確確定配電線路的運(yùn)行狀態(tài)。微型無人機(jī)配電線路自動(dòng)化巡檢技術(shù)不僅具有成本低，安全性高的特點(diǎn)，而且在其它方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)配電線路位于地形復(fù)雜的環(huán)境中時(shí)，人工很難完成檢查并手動(dòng)診斷故障。使用微型多旋翼無人機(jī)代替人工檢查可以行之有效地完成配電線路的巡檢工作。

6 結(jié)束語

配電線路持續(xù)安全運(yùn)行對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行極為重要，因此，做好配電線路的巡檢工作是配電線路運(yùn)維工作的重中之重。隨著微型無人機(jī)飛控控制和定位技術(shù)的進(jìn)步，微型多旋翼無人機(jī)在配電線路巡檢方面顯示出了巨大的優(yōu)勢(shì)，它不僅可以大大減輕電力巡檢人員的工作強(qiáng)度，保障電力巡檢作業(yè)人員的人身安全，而且可以以非常低的成本快速有效地執(zhí)行巡檢任務(wù)。因此，在配電線路巡檢工作中，非常有必要推廣微型無人機(jī)全自主巡檢技術(shù)。

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