输电线路无人机智能巡检应用研究

输电线路无人机智能巡检应用研究

高旭

广东电网有限责任公司汕尾供电局 广东省汕尾市 516600

摘要：随着经济的不断发展，社会对于电能的需求不断增加，输电线路里程不断增长，并且线路沿线地区建设不断加快，施工机械等活动频繁，输电线路防外破保护点不断增加，造成输电运检人员不足的问题日益凸显，使无人机巡检成为提升检修效率的重要手段之一。根据国网公司公布的数据，无人机巡检架空线路巡检效率是传统人工巡检效率的8倍以上，在其他特定巡检任务中，无人机巡检效率也远超传统人工巡检方式，在一定程度上缓解了巡检工作压力，但是由于小型多旋翼无人机巡检过程中仍需要人工处理大量图像数据，并且巡检人员也需要具备较高的无人机操作水平和维护技能，专业化无人机巡检人员的欠缺和智能化水平的不足严重制约无人机巡检进一步的推广应用。本研究通过对电力巡检无人机主要工作模式入手，对现阶段无人机智能巡检中所需的影像数据处理技术、自主巡航技术及续航等关键技术进行分析，探索可行的无人机智慧巡检方案，为无人机智能巡检的应用提供一些有益的参考。

关键词：输电线路；无人机；巡检；研究

引言

近年来，随着电网建设的加快，架空输电线路的公里数在逐年增加，运维人员却逐渐减少并趋于老龄化，而且对架空输电线路设备的巡检精细度要求越来越高。无人机在架空输电线路巡检中的应用，大力推进架空输电线路的巡检模式由人工巡检向人机协同巡检转变，最终向智能巡检发展。同时，无人机作为建设智慧全景输电线的信息采集层和运行设备的状态监控层，拥有广阔的发展前景。

1无人机输电线路巡检中的应用现状

目前，无人机在架空输电线路巡检中的应用已经较为广泛，利用无人机搭载可见光巡视架空输电设备的技术逐渐成熟，从无人机巡视拍摄定位点及拍摄的角度等都已形成相对固定的流程，对拍摄的图片进行缺陷自动识别，识别率达80%以上，极大地提高了架空输电线路巡视的效率和质量。无人机巡线时具备独特视野，搭载的红外测温仪、可见光照相机等先进检测设备，能够清晰地拍摄杆塔、导地线、绝缘子金具上存在的销钉级缺陷，减少了人员登塔巡视。同时，巡视人员不用到塔位，可操控无人机进行杆塔巡检，具有快速便捷、效率高、巡视安全风险低、缺陷发现率高的优点。其他应用方面，喷火无人机应用于架空输电线路导地线异物消缺，采用无人机携带检测设备对输电线路线夹进行带电X光检测，并克服了电磁干扰对无人机的影响。利用固定翼无人机对架空输电线路的通道进行巡检，对违章建筑或树木，以及跨江河、高山等巡检难度大的线路进行巡检。山区架空输电线路存在地形复杂、自然环境恶劣，传统的人工巡检具有危险性高、效率低下等特点，现有文献分析了无人机在山区巡检工作的影响因素，提出了无人机在山区巡检的应用策略以及巡检工作中的注意事项，主要从提高巡检质量和巡检安全性方面开展了研究，对于高山、树木等障碍物阻隔无人机通信信号，研究了借助信号中继无人机通信链路的策略。现有文献未综合分析山区架空输电线路无人巡检的现状、存在的主要问题及改进措施建议，未结合未来架空输电线路的发展趋势分析无人机在巡检工作中的重要性。

2 输电线路无人机智能巡检应用研究

2.1自主巡航技术

自主巡航技术是实现无人机自主巡航的核心技术，常规分为人工示教和建模与定位技术2种，示教航线学习技术主要是在巡检过程中由巡检人员设定精准位置和姿态信息，无人机在存储相关信息后，无人机依照预先设定信息进行自主巡检。但是由于该技术主要由北斗和GPS定位技术进行技术支撑，而民用无人机定位精度误差在2～10m，电力巡检过程中需要面对较为复杂且不断变化的航道环境，同时根据电网巡检工作规范，无人机需要与线路保持10m以上安全距离，因此现阶段主流主要采用RTK（real-timekinematic）实时动态载波相位差分定位技术，即通过借助激光雷达扫描精度高、数据处理快速、数据采集多样等优势，获得激光点云，并以此为基础实现三维地图的构建，并结合人工智能深度学习算法实现自主巡航。随着AI技术、边缘计算、5G的快速发展，结合现有人工示教和高精度定位技术，借助高效率的智能识别无人机在实现自主巡航的同时还能够根据设备结构及实际环境选择适宜的拍摄距离和拍摄角度，实现无人机的“一键巡航”。

2.2无人机自主精准降落

本文采用基于深度卷积神经网络的YOLOV3算法，对网络参数和结构进行适应性的改进，用图像识别的定位技术识别无人机机场停机坪标志，通过对采集的摄像头图像进行实时分析识别，计算出无人机当前的相对位置，并使无人机自动调整飞行姿态和角度，从而精准地降落在标志物上。无人机执行巡检任务后，准备返航，管控系统计算附近的机场位置、机场空闲状态，并返回离无人机最近的机场坐标到无人机机载计算平台，同时通知对应的返航机场就位。无人机以预定的高度和飞行速度飞向返航机场，到达返航机场坐标上空，下降至30ｍ高度悬停待命。接着，控制可见光相机旋转至正下方角度，机载计算平台的图像识别模块对机场降落标志进行识别，如成功获取降落标志焦点，则继续降落直至降落成功，否则，机载计算平台控制无人机飞往机场预设紧急备降点，管控系统发送信息提醒相关责任人进行处理。

2.3无人机检查数据的管理和应用

使用无人驾驶飞机拍摄时，可以在拍摄角度，更高的像素点上获得更大的灵活性，并保存拍摄中获得的数据。采集数据可进行集中存储和专人管理的方法，提高利用率。首先，通过使用GIS系统允许无人机收集有关区域地理信息和区域环境状况的数据，特定设备可以响应所收集的信息和特定障碍物，对以后的维护非常有用。其次，可以使用无人机捕获各种数据，特定设备和特定环境条件，以捕获特定坐标信息并提高控制水平。其次，可以将无人机收集的信息与先前收集的信息进行匹配，高压输电线路的及时性和电网信息可保持最新状态。然后，每次使用无人机获取信息时，按时间顺序对其进行标记，对电网故障情况有更多的了解。最后，作业人员对导地线、电塔等信息进行分析，对电线杆和电塔的各种潜在危险做出准确判断，并相应地确定故障的位置，这将进一步提高塔架管理的效率。

结语

随着不断增长的输电线路带来的巡检压力，电网通过使用无人机巡检的方式大幅提升了巡检工作效率，有效减轻了巡检人员户外作业工作压力，但是也给电力企业带来了全新的挑战，一方面是无人机巡检过程中海量数据处理难题，另一方面是面对基层结构化缺员、员工老龄化现实困境，仍需要培养相当数量的无人机飞手，并且无人机的续航也是困扰无人机巡检效率进一步提升的瓶颈。面对上述困境仍需要电力企业进一步加大技术投入，推动人工智能等先进技术手段在该领域的深化应用，助推无人机智能自主巡检最终实现。本文结合无人机巡检现有技术研究以及电力企业巡检工作实际情况，针对不同地域情况，结合现有可行无人机巡检技术，通过整合巡检监控平台及作业APP，提出了移动式机巢与固定式机巢相结合的无人机智能巡检方案。未来随着无人机续航以及人工智能等相关技术的不断突破，无人机智慧自主巡检必将能够满足电网精细化、智能化、高精度等使用要求。

参考文献

[1]缪希仁，刘志颖，鄢齐晨.无人机输电线路智能巡检技术综述[J].福州大学学报(自然科学版)，2020，48(02):198-209.

[2]张星炜. 无人机在输电线路巡检中的应用[J]. 通信电源技术，2020，37(01):234-235.