电线路无人机精细化巡检

电线路无人机精细化巡检

刘银寨

内蒙古电力（集团）有限责任公司巴彦淖尔电业局

内蒙古巴彦淖尔市 015000

摘要：电力线路覆盖范围广、穿越区域地形复杂并且自然环境恶劣。由于电力线路、杆塔长期在野外暴露，加上机械张力、材料老化、雷击、污秽等外界因素影响，容易发生导地线断股及腐蚀、绝缘子破损及发热、杆塔倾斜、线路走廊安全距离不足等设备缺陷或通道安全隐患，如不及时发现并处理，可能会导致严重事故，严重威胁电力系统的安全和稳定。电力部门每年都要花费巨大的人力和物力资源进行巡线工作，以便掌握线路的运行状况，及时排除线路的潜在隐患。

关键词：输电线路无人机；精细化巡检；

近年来，随着无人机技术的发展，国内外对于无人机在电力巡检的应用研究，趋于成熟。目前主要采用固定翼无人机进行线路勘查以及通道巡视，采用多旋翼无人机对线路杆塔进行精细化巡检。无人机输电线路巡检系统不仅可以大幅提高工作效率，还能减少野外工作，降低巡线成本。

一、输电线路巡检现状

目前输电线路巡检手段主要可分为人工线路巡检、机器人线路巡检、载人直升机线路巡检和无人机线路巡检4种方式。考虑到输电线路分布广、地域环境恶劣、所处地形复杂等情况，采用人工巡检方式，操作人员的作业条件艰苦且工作量大，特别是对于高远山区以及跨越江河或沙漠等输电线路巡检，人工巡检方式面临花费时间长、各种成本高、操作困难大、作业风险高、工作强度大且巡检效率低等诸多问题，故此巡检方式越来越不能满足线路巡检需求。机器人巡检方式是针对高压架空输电线路的1种自动化线路巡检方式，虽然该巡检方式巡检精度高，但也面临着巡线距离短、巡检速度慢和难以跨越障碍等缺陷，限制了它的应用范围。载人直升机线路巡检方式由于可通过直升机搭载成像设备，能够对输电线路拍摄图像，具有较高的输电线路巡检效率，但投入成本大，需要大量的人力资源，管理及技术储备复杂，因而载人直开机巡检方式没能广泛推广使用。而无人机巡检方式由于飞机机体小、成本低、载重轻和操作简便等显著优点而逐渐受到电力企业的高度重视，在输电线路巡检领域中扮演着日益重要的角色。国内关于无人机巡线研究的报道比较少，研究人员通过对飞行姿态控制系统等硬件平台开发和多传感器软硬件集成研究，利用无人机搭载高清相机和红外热成像仪对线路进行拍摄，并通过人工分析视频和照片，甄别出主要的缺陷和隐患。

二、输电线路无人机精细化巡检

1.无人机巡检系统。无人机巡检系统通常由无人机、通信设备、机载设备和地面站4大子系统组成。无人机巡检的各部分功能分析如下。对于无人机系统来说，通过将相机或摄影机挂载于机体，通过接收地面站的遥控信息指令来实现对电网输电线路重点部位的拍照取样，或对输电线路的全线拍摄。对于无人机机载设备来说，它是无人机获取输电线路图像信息的媒介。无人机输电线路巡检一般将小型摄像机、相机或红外测温仪等装置固定于无人机机体上，通过接收地面站的遥控信息指令来实现对电网输电线路重点部位的拍照取样，或对输电线路的全线拍摄同时将采集到的图像信息由通信设备传输到地面终端工作站，工作人员针对取得的图像结合专家知识分析输电线路运行状态，并对可能发生的故障查找原因和计划进一步的检修策略。无人机巡检技术可对输电线路断线、杆塔倾斜、绝缘子脱落及异物挂线等的识别和分析，它所巡检的输电线路部位主要是杆塔、绝缘子、导线、线路走廊和金具等。

2.无人机巡检过程。为保证无人机线路巡检的效率和安全正常作业，需经过前期丰富的理论研究，结合输电线路现场测试效果，合理地制定规范的无人机线路巡检流程，1）制定巡检计划并审批。在学习线路巡检方式方法的基础上，充分了解巡检任务，制定输电线路巡检计划并交给主管部门审批。若没能通过审批，则需要重新制定巡检计划。2）线路巡检前期准备。获取现场巡检输电线路的地形地貌、气象条件及周边线路的情况，并收集线路的走向、运行参数、杆塔精确GPS信息、交叉跨越情况以及以往缺陷记录资料，将资料信息进行整理以备查找。3）现场线路巡检作业。这一部分主要包括无人机起飞前的准备和飞行巡检作业2个阶段。①无人机起飞前的准备。根据所获得的杆塔及地标物的精确GPS信息，确定无人机飞行具体巡检路线。检查无人机系统，确认无人机处于良好运行状态，若采用自主巡检模式，应对巡检路径进行航迹路径规划。②飞行巡检作业。使无人机以平稳控制方式按预定巡检方案飞行，当遇到特殊飞行状况时，地面操作人员可按要求及时更改飞行方案；无人机通过调整云台角度，以拍照或录像的方式获得所巡检线路工作状态。

3.无人机巡检路径规划。当利用无人机自主飞行进行输电线路巡检时，需事先对线路巡检路径进行规划，并将所规划路径导入到无人机机体导航系统中。现阶段，多采用的线路巡检路径规划方法是操作人员逐点计算飞行路径，然后将这些路径数据人工手动事先输入到机体导航系统中，这种飞行路径规划方法对于操作人员的计算技巧要求极为严格，且计算中不允许出现差错，否则会带来安全隐患。为了有效地规划无人机输电线路巡检路径，提出了使用智能算法来进行其路径的规划方法。基于遗传算法来优化无人机输电线路巡检路径的方法，它采用极坐标编码方式来构造染色体，结合实际无人机巡检中的约束条件设计遗传算子，提高了全局搜索能力。输电线路巡检路径通常主要包括巡检作业起飞点、降落点以及线路巡检作业各目标点经纬度位置信息。在使用无人机进行输电线路巡检时，其路径规划会受到无人机性能参数和巡检任务等多种约束条件，即最大航程、最大爬升/俯冲角、最小路径段长度、最小拐弯角以及自然地理障碍等约束条件。线路巡检路径规划是在可设定路径空间中找到符合各约束条件的最优飞行路线，在实际应用中，可由在所设定路径空间中的一系列路径节点来计算出总飞行路径，且任意2个相邻路径节点用线段接连。该方法是将无人机线路巡检路径规划问题转化为路径适应度函数最小化的问题，可采用单目标优化方法直接优化得出最佳规划路径。当然，在无人机路径规划中，也可将路径与其他优化目标（如飞行路径终点与给定终点之间的距离） 一起组成多目标优化模型，利用多目标优化算法得到优化结果。

4.无人机线路巡检作业中故障诊断与预测。无人机线路巡检以拍摄输电线路图像为手段，但仅有极少部分图像包含故障信息，且传统模式中使用人眼从图像中检测可能存在的故障信息类型。这种处理方式易使操作人员眼睛疲劳，检测效率低，且不能处理复杂故障类型。为了快速有效地检测并发现输电线路的故障，输电线路巡检中智能化的故障检测方案开始成为了一个研究热点。开展故障预测是减少输电线路突发故障、提高预知维修的重要手段。使用遗传算法对输电线路故障进行预测，有效解决了电网输电线路复杂故障情况下的预测问题。

虽然无人机巡检技术有这些不足之处，但其具有非常广阔的应用前景。由于小型无人机的航空特性和大面积巡查的特点，在线路监测和评估方面特别具备优势。在实际线路巡检中，由于受巡检所用设备及输电线路所处地形的限制，人工巡检倾向于比较基础性的、接地的检查内容。无人机巡检与人工巡检进行结合可有效提高输电线路巡视与检修效率，可针对输电线路进行日常巡检及故障或隐患处理。

参考文献：

[1]徐志文. 输电线路的无人机测距技术研究与应用[D]. 北京： 华北电力大学，2018.

[2]邓荣军. 基于导航无人机巡线指挥系统设计[D]. 武汉：武汉科技大学，2017.

[3]何健，罗昳昀，范畅，等. 架空输电线路无人机人工联合巡检模式初探[J]. 电子测试，2018，21（11）：99-101.