输电线路无人机巡检路径规划研究及应用

输电线路无人机巡检路径规划研究及应用

张阳 高剑

国网安徽省电力有限公司检修分公司 安徽 合肥 230001

摘要：随着航空工业和科学技术的迅速发展，采用无人机进行线路巡检，近年来成为研究的热点问题。无人机不仅重量轻、体积较小，便于携带；而且成本低、能自动飞行，灵活性好；支持多种巡检模式，可以进行高效、非接触式、全方位的检查。与各种可见光和红外探测设备搭配执行巡线任务，可以全面了解输电线路运行状况。无人机按照固定的航线自主飞行巡检或者人为操控巡检，采集图像或者视频来反映输电线路状态和周围的环境变化。

关键词：输电线路；无人机巡检；路径规划；研究；应用

引言

无人机因其自身优势而在电力输电线路巡检中得到广泛应用，人工巡检的不足得以弥补，促进了巡检工作质量与效率的提升，巡检人员的劳动强度及安全风险都得以降低。在电力输电线路巡检过程中对于无人机的应用，需要保证作业流程的规范化，确保作业方法合理，从而为电力输电线路的安全可靠运行提供支持。

一、无人机巡检系统概述

无人机巡检系统由无人机动力系统、无人机定位系统和机载任务系统等构成。无人机巡检系统的核心是低速、低空、长距离航行、长航行时间行进，在其日常运行中，需要充分借助微型气象数据采集平台、信息处理系统和陀螺稳定平台等完成相应线路的巡检工作。比如巡检中，要掌握以下专业内容：（1）明确无人机的主要技术参数，掌握无人机的性能指标，便于控制无人机的飞行距离。（2）高压输电线路运行的情况下，将无人机飞行距离控制在10 km以上，测控范围不小于2 km。（3）在无遮挡情况下，将无人机飞行距离控制，在可测控范围内，充分利用控制系统操控无人机实现远程控制，此过程可以传递大量监测信息，保障了视频跟进的及时性。

二、无人机输电线路巡检的优势

随着经济的增长，人口的增多，用电单位也在增长，电力工程的建设也随之增加，输电线路在空间长度、广度上也有增加。无人机巡检技术，节省了人力，提高了工作效率。无人机技术不断成熟，自动化程度不断提高，在研发无人机技术上，我国在世界处于领先地位，推广在电力企业应用中。

（1）效率高，灵活性快：它能快速巡检输电线路，提高了线路巡检效率和速度，特别是在交通不发达的山区使用无人机技术，一方面减轻了工作难度，一方面避开恶劣环境，保证巡视人员的安全。

（2）精益化水平高，安全性能高：人工巡视危险大，无人机通过自身技术特征，以全方位的观测线路设备判断设备运行状况，准确的发现绝缘子串或者是铁塔上方金具，尤其是在带电故障巡视时，避免工作人员登塔，引发触电危险。

（3）节省运行费用：使用人工验收投入费用的时间远超于无人机，全人工检查需要三天，在复检时使用无人机和工作人员结合，用时一天，无人机效果显著。

三、输电线路无人机巡检关键技术

（一）控制无人机飞行姿态

无人机进行巡检的过程中，需要保证能够顺利对图像效果进行收集，近距离拍摄杆塔和线路，不稳定风向和气流会影响线路巡检，为了保证能够顺利进行巡检，需要对无人机飞行姿态进行稳定精确的控制。对于无人机飞行姿态导致的外界干扰以及不稳定系统问题，可以依据区间二型模糊神经网络识别的增益自适应模糊控制器的方式来进行分析和研究，上述方式具备高的跟踪精度、小的稳定误差以及不会受到外界干扰以及鲁棒性比较强等优势。

（二）抗干扰技术的运用

为提升无人测控系统的抗干扰能力，加快数据传输，采用空中信道减少输电线路和杆塔磁场对传输信号的影响，采取抗频抗干扰措施强化干扰信息处理，全面掌握滤波器输出的信噪比，科学控制信号功率；及时整合图像信息和遥测信息，提高下行信道的抗干扰能力，采用有效的抑制干扰法，促进输电巡检工作的顺利开展。例如，某人员在巡检输电线路环节，有效渗透无人机抗干扰技术，且管理人员与基层员工共同见证了无人机抗干扰技术在输电线路巡检中的运用。双天线侧向技术，使得飞行更稳定，具有很好的抗磁干扰能力，即使在恶劣的环境下也能可靠运行，在遇到碰撞时会自动悬停，同时飞行中可实时采集红外数据和可见光，改变以往跋山涉水的巡检模式，大大提升了输电巡检效率。

（三）线路故障检查技术

无人机中适当安装高清相机和摄像机，对巡检视频和照片进行存储，依据无人机设备收集到的信息推向，相关操作人员能够判断输电线路运行状态。上述方式可以及时发现线路和杆塔的情况，如闪络痕迹、悬挂异物、导线断股、绝缘子破损自爆等。无人机搭载红外仪可以对周围超过表面温度的发热异常点进行红外光谱图像分析，从而可以得到接头、绝缘子、线路等是否存在故障。除此之外，无人机搭载不同的设备，如激光雷达探测仪、紫外成像仪等检测杆塔和线路的实际运行情况。

（四）预处理和优化图像数据

为了保证能够顺利的检测杆塔和线路运行状态，应该收集高质量影响信息。在收集图像信息和输电线路图像的时候，由于机身或者无人机成像设备抖动导致定位和诊断线路故障的时候会出现模糊图像的问题，因此，复原模糊图像是十分重要的部分，由于不断变化输电线路走廊地貌，比较复杂的环境，促使逐渐降低背景和目标图像之间存在的差异，提高辨识图像的难度，肉眼来辨别图像中存在的问题，很有可能遗漏部分故障，促使具备很低的效率，分析和判断无人机采集图像信息的时候应用合理的处理图像方式十分重要。

四、在输电线路巡检中无人机技术的应用

（一）无人机技术中的应用

巡检输电线路时，所采用的无人机技术能十分顺利的寻找到故障点，效果十分显著。同时无人机在巡检路径之中还能代替巡检人员进行高空作业以及带电作业，不仅大幅度地减少了巡检人员的工作量，还确保了巡检工作的安全性，进一步降低巡检过程中发生意外事故的概率。因为在外部环境以及温度条件下，输电线路杆塔遇到大雨或者大雪等恶劣的天气，会呈现光滑的现象，当巡检人员进行工作时稍不注意便会发生意外事故，但是采用无人机展开巡检输电线路的工作，便能完全避免产生巡检人员受伤事故。

（二）无人机技术的应用前景

在输电线路巡检技术中，无人机的应用非常广泛，利用无人机技术可以巡检架空线路高空作业，并能及时找出高压输电线路故障点，在很大程度上减轻了登塔高空作业和架空线路高空巡检作业，提高了巡检工作的安全性。另外，无人机在进行高空检查时，可以利用地面航模机对其进行操作，调节其拍摄角度，以便全面的、高清晰的拍摄输电线路的运行状态，并传输给地面站工作人员分析和判断故障点。如果是在地形复杂的环境中，巡检输电线路，人工操作难度较高，而使用无人机技术完成巡检输电线路，以及诊断故障等工作，不仅速度快，而且效率也很高，因此，对于受自然条件制约的巡检输电线路，通过应用无人机技术得到了有效地解决。

结束语

总而言之，无人机技术逐渐成熟，在无人机巡检输电线路中充分体现出其优越性，被广泛应用在线路巡检中。通过通信技术、电子技术和融合识别技术等组成了无人机巡检体系，减少了工作人员的工作量，快速且准确的巡检线路。随着智能诊断和无人机路径规划技术的快速发展，无人机技术巡检体系仍有待提高，加强电力自动化水平。

参考文献

[1]王身丽,刘晓华,侯金华,等.输电线路智能无人机巡检的智能信息化研究及应用[J].电力系统装备,2020(3):2.

[2]万卷益,李宁,杨毅东,等.无人机技术在输电线路巡检工作中的应用及展望[J].工程建设与设计,2020(2):269-270.

[3]谢振博.分析无人机巡检输电线路技术及应用实践[J].通信电源技术,2020,37(5):2.