电力线路无人机巡检方案研究

电力线路无人机巡检方案研究

吕凌锋 王翠娟

桐乡市电力工程有限责任公司供配电服务分公司 浙江 嘉兴 314500

摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着中国现代科学与技术的快速发展，人们对电能输送的需求越来越多，架空输电线路工程的规模也越来越大。在架空电力线路工程实施完成后，往往需要穿过复杂的地形和险恶的自然环境与生态环境，借助无人机技术实现对输电线路的巡检，以确保架空线路的运行安全，实现输电线路巡检的自动化。本文就电力线路无人机巡检方案展开探讨。

关键词：无人机；电力线路；巡检

引言

当前构建更为高效、稳定的电力线路成为城市建设和社会建设的重要环节和关键工程。我国根据社会用电需求，建立了大量的输电线路，推动着输电效率和质量的稳步提高。但在此过程中，用电需求虽然得到解决，但是实际的输电线路运维却成为当前的主要问题。因此，当前各个单位和部门都投入大量的资金、人力、物力于实际的电力线路运维及检修工作之中，来推动检修工作的现代化发展。

1 电力巡检的发展历程

对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，是供电企业一项繁重的日常工作。人工巡检是一种传统的巡检方式，也是目前输电线路巡检的主要方式。由于输电线路走廊地形环境复杂，在一些条件恶劣如跨江跨河或高山峻岭地区，沿线部分区段几乎没有巡视道路，这种巡检方式劳动强度大、工作条件艰苦，输电线路的运行情况得不到及时反馈。早期，我国电力巡检“孤军作战”，以人力巡检方式为主。经过设备、技术的发展，出现了载人直升机电力巡检的方式，2004年，南方电网公司首次启用直升机巡线，开创了南方电网公司直升机电力作业的新局面。此后，得益于无人机技术的进步和应用的拓展，为了弥补人力巡检、载人直升机巡检的局限性，无人机电力巡检应运而生。经过多年发展，电力巡检方式从人力巡检“孤军作战”转变为人力巡检、载人直升机巡检和无人机巡检“协同发展”的新局面。目前国家电网公司和南方电网公司相关部门正在着力推进无人机班组建设，完善各类保障支撑体系。2015年，国家电网公司系统全面推广直升机、无人机和人工巡检相互协同的输电线路新型巡检模式；南方电网公司计划于2020年基本实现“机巡为主+人巡为辅”的协同巡检目标。

2 无人机电力线路安全巡检系统技术要求

无人机电力线路安全巡检系统主要就是针对无人机进行电力线路巡检工作，因此关键在于（1）需要进行无人机的设计和打造工作。一定要认识到应用无人机进行电力线路巡检的意义和价值，应该研发一些能够适应相关崎岖地形，具有地形适应能力以及相关信息传感能力的特殊无人机，只有这样的无人机才能够达到预期的工作标准，才能够获取相应的数据资料，才能够实现电力线路安全巡检工作的稳步进行。（2）还应该构建相应的信息化处理平台，使得能够将无人机所收集的相关数据和相关资料能够纳入进行，并进行后期的分析、处理工作，以此来达到预期的资料收集和使用的效果。将相关输电线路的实时数据进行在线实时整理、分析，分辨电力线路当前相关状态，定位其所在位置和故障点，以此来给修复工作进行辅助。（3）巡检系统自身还应该积极组织一些实验活动，通过无人机进行电力线路安全巡检实验，在无人机进行巡检工作实验过程中，查看是否能够达到预期的工作标准，工作效率和工作形式方面是否还有需要完善的地方，这样才能够促使无人机电力线路安全巡检系统得到全面的发展和完善，才能够推动实际工作的进行。

3 电力线路无人机巡检方案

3.1统设计及构成部分

无人机巡视控制系统包括３部分，分别是无人机飞行控制系统、无人机定位信息系统和数据系统。其中，数据系统包括图像采集模块、空地通信模块、设备供电模块和云台及控制模块。图像采集模块对无人机拍摄采集的图像进行杂波滤除、噪声去除、信息提取等一系列图像处理；空地通信模块主要将采集到的数据输送到监控单元进行进一步的分析和判断；设备供电模块为采集模块和通信装置；云台及控制模块为准备好采集的摄像机提供拍摄角度和各种设置。图像采集模块存在图像去噪的优化问题，传统去噪算法的不一定适用与无人机巡线，但采用基于感知的矩阵恢复方案去除成像噪声，可以得到满足实际工作要求的结果。

3.2飞行姿态控制技术

强风、降雨等气候因素可以被看作是无人机飞行姿态控制技术的主要影响因素。飞行姿态控制技术在无人机电力线路安全巡检系统中的应用，可以为无人机与线路的安全提供保障。根据一些研究者的研究结果，LQG控制器可以用于飞机俯仰翻转姿态的控制，除LQG控制器以外，PID控制器也可以应用于无人机的偏航控制。无人机电力线路安全巡检系统所使用的飞行姿态控制技术需要具有鲁棒性强的特点。

3.3无线通信技术

无人机电力线路安全巡检系统，最为关键的就是对无人机的控制和管理。在此基础上，无线通信技术就是最为关键和重要的。无线通信技术，能够对无人机进行控制、跟踪定位、信息传输工作，对无人机飞行技术和相关设备状态都有一个很好的把握和控制，能够促使无人机更好地对电力线路进行巡视，推动线路运维工作的稳定进行。

3.4图像的缺陷识别与处理

图像缺陷识别主要是指地面信号处理中心通过红外、紫外成像系统，POS系统等传感器对采集到的信号进行精度较高的几何处理，实现对架空线路安全风险的判断和异常架空线的识别，确定架空线路存在的隐患，及时排除故障。其中，多类传感器信息的立体过滤技术要求过滤和输入大量的数据信息，这就需要采用遥感信号过滤计算方案和现代信号过滤方法，从而实现对较大数据量的精度高的立体处理。图像误差检测必须在实时数据采集之后进行，以便获得高压线路图形转换，使用深分组神经算法过滤和整理数据，然后将数据提交给修复和纠正缺陷的决策系统，并将结果检测和原始图像数据也通过4G或5G网络保存在控制中心，由专家人工确认。深度学习模型利用分层特性图像来描述数据，包括一个有限的钻探传播机制、深度信念网络、自动编译、自动化神经网络和生物刺激模型[10]。利用神经网络的深度凝缩算法预测通过性能识别装置来获得海量图像或视频数据，最后，测试结果恢复到维护和消除缺陷的决策系统。通过专家反馈优化了测试模式有效性和精度检测缺陷。通过建立深入学习和监督培训，智能识别鸟巢、绝缘子自爆、销脱落、螺栓松动、均压环倾斜塔材丢失、异物、地线损坏等。图像处理在电力检测应用中会遇到很多干扰因素，给电力线路的维护带来很多问题。在信号处理时，远轴区域存在成像差错，大大降低成像的效果，让巡检过程中装置和元件的详细维护效果较差。辐射失真是遥感成像的失真，利用传感技术对物体的反射，干扰对成像的判断和分析。无人机在悬空时受运行姿势、方向差异和物理振动的干扰很大，运行姿势对无人机电气测控的影响特别严重。电力线路周围的自然和生态环境、镜像变化较快，图像分析和成像使得传输线及其组成部分的图像背景非常复杂，内容识别更困难。

结语

随着时代的进步和发展，电力线路的建设数量逐步增加，这对于实际的线路运维工作带来巨大挑战。而无人机技术的出现，正好能够减轻运维工作人员负担，提高运维效率，推动电力线路运维工作的高质量开展。对此，相关技术人员和运维人员应该引起重视。

参考文献

[1]彭向阳,刘正军,麦晓明,罗智斌,王柯,谢小伟.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J].遥感信息,2018,30(01):51-57.

[2]厉秉强,王骞,王滨海,张海龙,韩磊.利用无人直升机巡检输电线路[J].山东电力技术,2019(01):1-4.

[3]陈景尚.对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J].科技创新与应用,2019(02):158-159.