輸電線路無人機自主巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李輝 劉釗 陳玲 李永輝

關(guān)鍵詞：輸電線路;無人機;自主巡檢系統(tǒng);設(shè)計與實現(xiàn)

引言

無人機是一種利用無線電遙控和自動程序控制裝置操縱的不載人飛機。在以往電力企業(yè)配電線路運檢工作中，傳統(tǒng)的運檢手段效率不高且存在較多的風險因素，相比之下，應用無人機進行配電線路的運檢有其獨特的優(yōu)勢，能夠切實緩解人力緊缺、檢修方式與檢修環(huán)境制約等多重問題。此外，創(chuàng)新應用無人機進行運檢，輔助其他技術(shù)手段能實現(xiàn)良好的運維檢修效果。

1無人機自主巡檢原理

傳統(tǒng)的無人機巡檢，由人工操控無人機對桿塔及線路各部件進行近距離高清拍攝。但因地面無人機操控人員的視角不同，無法進行精確定位，工作效率較低，且會因定位精度影響無人機巡檢圖像和線路設(shè)備檢測的有效性。輸電線路無人機自主巡檢，首先需要規(guī)劃出相應的飛行航線。無人機航線由一系列航點構(gòu)成，航線規(guī)劃的實質(zhì)就是航點設(shè)計及巡檢點坐標設(shè)計。無人機飛巡時，無人機控制系統(tǒng)會記錄GPS、驅(qū)動系統(tǒng)和飛控信息。利用飛控信息可重新構(gòu)建無人機巡檢的航線軌跡，且能利用航拍時記錄的時間和控制系統(tǒng)相關(guān)記錄，確定各航拍點的高精度位置信息及攝像頭的參數(shù)設(shè)置。然后，將無人機航跡和航拍點設(shè)置為控制點，同時根據(jù)無人機平臺的編程接口（API）函數(shù)，對各控制點按順序進行設(shè)置，并在航拍點對攝像頭進行參數(shù)調(diào)整和設(shè)置，最終就能進行無人機高精度飛巡和航拍，實現(xiàn)無人機自主精細化巡檢。

2輸電線路無人機自主巡檢總體設(shè)計

輸電線路無人機自主巡檢系統(tǒng)包含3大部分：無人機及機載計算平臺、無人機機場和無人機運維管控系統(tǒng)（簡稱“管控系統(tǒng)”）。無人機機載計算平臺基于GPU的高性能前端計算分析在作業(yè)過程中實時識別對象。無人機機場內(nèi)置多組電池，可進行充電或自動更換電池，可以實現(xiàn)對無人機自動回收、野外存放、能源補給。管控系統(tǒng)對巡檢任務、機場、無人機飛行作業(yè)進行實時監(jiān)視和管控，實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)閉環(huán)化管理。

3輸電線路無人機自主巡檢系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1實現(xiàn)圖像的實時傳輸

應用無人機能夠保證在配電線路運檢過程中進行實時的圖像傳播與處理，無人機會搭載高清攝像頭，在飛行過程中可以通過攝像頭將配電線路的實際情況反饋給地面接收裝置，從而可以幫助地面工作人員對配電線路的狀態(tài)信息進行處理和分析，切實減少了以往人工巡檢的安全性問題，同時也減少了工作人員翻山越嶺的壓力和負擔。此外，應用無人機的實時圖像處理作用，也能夠根據(jù)配電線路的不同高程和運檢天氣環(huán)境進行實時處理，有效減少各類風險隱患，方便運檢人員對無人機的飛行路徑進行實時調(diào)整，提高運檢效果。

3.2實現(xiàn)設(shè)備的飛行掛載

對配電線路進行運維檢修時，可以通過無人機實現(xiàn)飛行掛載，這也是無人機的獨特優(yōu)勢所在?？梢話燧d的設(shè)備種類繁多，能夠根據(jù)配電線路運維檢修作業(yè)實際情況需求和工作環(huán)境等對掛載設(shè)備和掛載裝置進行有針對性的選擇設(shè)計與開發(fā)。例如在針對配電線路進行缺陷復核以及日常檢修時，可以分別掛載不同水平和功能的監(jiān)測設(shè)備，以實現(xiàn)對配電線路相關(guān)信息的全面收集，方便工作人員開展運維檢修作業(yè)。例如在無人機中掛載紅外線測溫攝像頭，以更好的識別配電線路的發(fā)熱、放電隱患;或搭載刀具、噴火、噴水等簡易清障裝置，更安全、更迅速的開展隱患整治工作，進一步提升配電線路運維檢修的整體質(zhì)量與效果。

3.3實現(xiàn)并提高無人機的操控能力

由于巡檢輸電線路一般較長，部分線路或路段穿越山區(qū)、叢林或無人區(qū)。因此，在一些極端情況下可能受微氣象影響，此時能否保證無人機平穩(wěn)飛行、無振動抖動、能否有效捕捉線路故障點非常重要，這就需要無人機操作人員具備較高的飛行控制能力。常用的能力培訓方式包括繞8飛行、原地360自旋飛行、第一視角飛行等訓練。

3.4實現(xiàn)合理的航線規(guī)劃

現(xiàn)如今我國電力企業(yè)在針對輸電線路進行無人機運檢時，往往會搭載自主巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)精細化的巡檢需求，因此在進行路徑點的規(guī)劃和獲取時，需要依賴于RTK差分技術(shù)高精度的定位裝置，在該裝置的引導和作用之下，能夠幫助無人機在更加復雜的自然生態(tài)環(huán)境影響之下，有效提高對路徑點的定位精準度，確保無人機飛行航向的精度情況。因此在進行路徑規(guī)劃時，首先要做好路徑點的獲取，相關(guān)工作人員根據(jù)所要孕檢的輸電線路進行路徑點的確定，合理規(guī)劃連接點、降落點以及起飛點等等必要的點位，為無人機的飛行奠定基礎(chǔ)。其次，在進行路徑點整理時，需要針對已經(jīng)確定好的諸多路徑點數(shù)據(jù)進行分析和處理，有些路徑點相差距離過近或過大也要進行刪除和修改，避免路徑點之間的空間距離或空間角度與無人機實際飛行情況相差過大。第三，在在路徑點的審核方面，可以結(jié)合無人機的具體性能進行實地飛行和測量工作，此外也可以針對個別路徑點增加說明，提高精細度識別。最后要做好多級規(guī)劃，結(jié)合無人機的飛行要素將多基桿塔進行順次連接，有效提升無人機運檢的專業(yè)水平。

3.5提高遠距離無人機的通信能力

當前，無線通信技術(shù)仍有一定限制性，即無人機巡線作業(yè)都要操作人員在現(xiàn)場配合共同操作，且所巡檢范圍無法超出所設(shè)置的最大遙控距離，否則飛行數(shù)據(jù)、控制鏈路將受到影響。另外，盡管現(xiàn)階段市面上流通的分新型無人機可以接入4G、5G移動通信和無線網(wǎng)絡(luò)模塊，然而因為其所巡檢路線通常都沒有移動信號，所以這一技術(shù)依舊受到較大限制。

3.6梳理無人機運檢的技術(shù)標準

無人機作為帶有圖像傳輸、數(shù)據(jù)采集檢測的飛行器，有設(shè)備精密、續(xù)航時間短等特點，因此，為了無人機在配電線路運檢工作中“物盡其用”，必須需要積極梳理和明確無人機的相關(guān)技術(shù)標準。要建立健全組織措施，制定空域申報、現(xiàn)場勘察、工作票、工作許可、工作監(jiān)護、工作間斷、工作終結(jié)等基本制度，規(guī)范全過程工作組織流程。要建立健全技術(shù)措施，制定無人機出入機庫管理、無人機養(yǎng)護、無人機檢查、飛行路徑規(guī)劃、無人機巡檢質(zhì)量及實施要求、無人機巡檢作業(yè)異常處理、資料編制和管理、安全和應急策略等標準，確保規(guī)范進行無人機全過程作業(yè)，充分發(fā)揮無人機運檢的真正作用和價值。

結(jié)束語

無人機自主巡檢系統(tǒng)實現(xiàn)了從任務制定、作業(yè)執(zhí)行、缺陷閉環(huán)處理的全流程智能化管控。從實際應用情況看，輸電線路無人機自主巡檢系統(tǒng)有效擴大了無人機作業(yè)范圍，全面提升了運檢質(zhì)效，促進了線路運維向“數(shù)字化”、“智能化”邁進，將有力支撐智慧輸電線路及設(shè)備運檢數(shù)字化建設(shè)。

參考文獻

[1]王盛譽，毛鵬飛，謝曉君.智能識別技術(shù)在無人機電力巡檢中的應用[J].集成電路應用，2021，38（3）：98-99.

[2]吳宏森，劉峰，張增名.輸變線路無人機智能巡檢的發(fā)展與展望[J].鎮(zhèn)江高專學報，2020，33（4）：53-56.

[3]繆希仁，劉志穎，鄢齊晨.無人機輸電線路智能巡檢技術(shù)綜述[J].福州大學學報（自然科學版），2020，48（2）：198-209.