架空输电线路无人机巡检技术研究进展

架空输电线路无人机巡检技术研究进展

李明

国网南昌供电公司输电管理中心 江西南昌 330000

摘要:随着架空输电线路的不断增多,线路运维环境逐渐复杂,对架空输电线路运维检修的要求越来越严格。主要简述传统人工巡检方式存在的诸多限制,以及传统存在的巡检效率低下、无法有效保障电网安全进行,指出无人机在架空输电线路中的大量应用,从而弥补了人工巡检的方式存在的不足。结合了国内外架空输电线路中无人机巡检的应用背景,介绍相关标准和技术研究,分析自主巡检、作业安全检测、缺陷识别技术以及关键技术的应用现状。同时探讨无人机工作人员的培训,下一步的发展趋势以及研究趋势,从而提升我国电网智能运检的水平。

关键词:架空输电线路;运维检修;无人机;关键技术;发展趋势

引言:输电线路的覆盖范围非常广,穿越的地区地形复杂,自然环境极其恶劣,这极大的增加了输电线路运维管理的难度。输电线路传统的巡检方式为人工巡检,有特殊地形和气象条件下巡检困难以及巡检效率低等问题。此外,无人机巡检作业越来越普及,操作人员培训也成为当下研究和讨论的话题。本文结合架空输电线路无人机标准和试验检测技术的研究,探讨了关键技术应用现状以及工作人员的培训,总结了无人机巡检技术的发展趋势。

1、管理和技术标准

近年来,无人机的运用技术逐渐拓展,除了传统的军事领域外,无人机在百姓中和行业中运用广泛,比如摄影。然而,与无人机技术的发展速度相比之下,我国无人机安全运行的支撑体系还仅仅停留在初级阶段,在管理和技术应用方面还存在明显的差异,急需健全无人机管理技术标准体系。国家规定的标准从作业安全管理、设备配置的方法以及功能质量等方面对无人机巡检进行了规范,从而实现了作业安全,设备技术条件等多方面的提高。我国在电力行业无人机巡检应用领域的标准在一步步完善,在现在已有的基础之上,仍然需要进一步结合无人机技术发展水平和标准的应用需求,推进相关标准的编制工作,规范电力无人机巡检的应用。

2.试验检测技术

2015年之前,国内外没有见过针对其建设的试验能力。国内的试验能力主要在无人机的定型服务,这个定型服务是为了保障无人机的飞行性能以及可靠性满足设计的要求,所以试验的项目主要是进行结构件，风洞试验以及相关电子元器件的可靠性试验、系统功能测试等,试验标准为国军标。架空输电线路无人机巡检系统主要是针对他的巡检能力、安全策略以及无人机本身的性能进行试验,无需进行极限性能测试或飞行气动特性测试,并且没有相对成熟的试验方法和标准可供参考。因此试验检测多采取现场试飞,测试人员在现场通过肉眼观察的方式进行,试验环境不可控、性能评价非科学化和定量化。无人机定位精度试验亦采用肉眼方式判断,无人机飞行、悬停.是否按照预设航点进行无法科学、定量测量。

3.关键技术

3.1自主巡检技术

架空输电线路无人机巡检作业时,主要是由地面操作人员根据视觉、巡检回传的影像等来指导无人机飞行以及拍摄。这种方式对操作人员的技术要求比较高,不同操作人员的巡检效果也不同,同一个操作人员不同时期的巡检也不一样;并且架空输电线路巡检多为周期性工作,完全依靠操作人员将造成劳动强度大、效果不明显等问题,不能适应我国电力运维的需求。此外,自主巡检仍存在以下问题:

1)由于技术不成熟,任务设备控制精度不足,无人机每次巡检拍摄角度和位置差别较大,导致拍摄的影像质量参差不齐。

)地面站软件缺乏巡检任务设置及航点采集、航线比对及校正、-键作业等相关功能。

3)自主巡检无人机的续航存在一定问题,目前尚不具备无人机自动充电管理、自动收起和放飞等功能的设备。

针对.上述问题,还需在目前技术基础上加大研究与应用,包括研制支持高精度定位模块(如千寻网络RTK等)的无人机设备;研究作业现场自适应拍摄技术,实现巡检影像标准化采集;研究和深化固定翼无人机及LiDAR 技术在杆塔精细化巡检方面的应用;对地面站软件进行完善、优化,满足作业程序化设置的要求;针对无人机续航,研制无人机储运管理自主充电装备及自动收起和放飞功能,研.究户外环境下多旋翼无人机自主精准降落技术,制定使用无人机自主巡检的相关标准和技术规范。

3.2作业安全管控

将飞行数据记录器和无人机巡检业务模块相结合,可实现无人机巡检作业的安全事故进行快速的分析和判断。当出现安全问题时,可以及时判断问题的发生时间、地点以及负责人等,并通过关联作业流程,分析问题的原因,将安全风险控制在最小影响范围以内。当前阶段,无人机安全监管越来越被重视,而电力行业关系到民生安全以及国民经济,无人机的巡检作业合法合规的展开式当下的必然趋势!在无人机巡检作业数据自动统计、设备故障辅助分析,巡检与直升机巡检、人工巡检的协同方面,仍然需要开展相关研究工作,进一步完善安全管控相关的体系,规范电力行业无人机巡检应用。

3.3缺陷识别技术和巡检数据应用

近年来,国家电网公司和南方电网公司借助物联网技术,将无人机巡检的数据同步上传到云端,利用图像识别技术、大数据以及深度神经网络算法对巡检的数据进行分析和缺陷查找,并生成报告。

缺陷智能识别是无人机巡检技术的一个主要研究方向,还需要在现有技术上,建立巡检影像设备缺陷库,并不断完善,筛选适用于现场应用的无人机巡检影像智能识别算法,逐步减少直至取代人工,从而实现人工智能识别技术实用化。

3.4辅助检修作业技术

传统的检修方法是检修人员从杆的底部爬到塔顶,再逐步检修,这种方法相对来说极其繁琐、低效。随着特高压网架大电网的建成,无人机巡检逐步成为电网巡检的核心。

4.作业人员培训

架空输电线路无人机巡检对工作人员的要求非常高,不仅仅要操控无人机,还需要具备精湛的技能水平,精准控制无人机到达每个地方以完成作业。为了达到目的,巡检人员需要接受相关的培训。目前,电力行业无人机巡检作业人员培训分为基础技能培训和岗位技能培训。在进行基础技能培训获得民航局颁发的无人机驾驶员电子执照基础上,为更好的适应电力行业无人机巡检岗位,强化专业技能水平,需进一步接受岗位技能培训。基础技能培训的内容主要包括民用航空器相关法律法规、无人机系统结构、空气动力学、气象学和实训操作等;根据无人机应用领域和技术要求不同,培训内容又可分为航拍技术、植保技术、安防技术和巡检技术等方向,每个方向采用不同的培训:大纲和课程,具备良好的针对性。

5.结论

1)我国在架空输电线路无人机巡检技术方面开展了深入研究,在标准制定、试验检测、关键技术、作业管控及人员培训等方面取得了一系列显著的成果，提供了技术支撑。

)目前大数据分析和人工智能技术在架空输电线路缺陷识别方面的应用还处于起步阶段,初步的研究表明,现有缺陷识别算法在识别具有相对显著几何特征的设备缺陷时准确率较高,但不具备对缺陷分类分级的识别能力,离实用化还有-定距离。

3)架空输电线路无人机巡检技术有向协同立体化巡检、特殊复杂地区作业和综合保障等方面发展的趋势,一步一步研究扩展无人机应用深度,提高无人机巡检作业效率。

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