无人机电力自主巡检技术应用与分析

无人机电力自主巡检技术应用与分析

谢阿龙

国网监利市供电公司  湖北监利  433300

摘要：伴随着时间的不断推移，人们生活水平不断提高，各个行业也获得了更好的发展，对电力需求日益增长。随着国民用电量的屡创新高以及电网的快速发展，传统的人工巡检暴露出效率偏低、人员安全保障困难等缺点。为解决该问题，将无人机技术应用在电力巡检中，通过对无人机技术的进一步研究，实现无人机电力自主巡检应用，有效提高工作效率，节省资源，促进电网可持续发展。本文主要探讨了无人机电力自主巡检工作的实现，无人机自主巡检的关键技术以及现阶段所面临的问题。

关键词：无人机；电力；自主巡检技术

引言

在当今国民经济快速发展与电能用量屡创新高的形势下，电力供应的安全稳定有了更高标准的要求。传统的输电线路人工巡检的模式暴露出效率较低，人员安全保障困难等问题。因此，电力巡检向自动化和智能化发展是必然趋势。无人机巡检不仅效率高，还能保证人员安全性，可实现自动化、智能化作业，大幅提升电网运行的可靠性，保障电网的运行安全。

1无人机自主巡检系统

1．1系统简介

无人机自主巡检系统通过高精度三维点云为巡检自动规划路线，利用三维空间模型进行航线规划、航线安全校验，实现高精度无人机自动驾驶功能。按层级分为云、边、端三大部分。(1)云:中央管控系统，可集中调度自动巡检系统和无人机，制定并下发无人机巡检任务，对无人机巡检上传的数据进行管理、缺陷识别，实时查看无人机现场图像。(2)边:无人机自主巡检系统是实现无人机无人值守作业的智能装备系统(下文简称固定机场)，具备支持无人机存储、自主化飞行、电能补充等功能模块，是实现无人机无人值守的关键组成部分之一。(3)端:携带巡检任务的ＲTK无人机。无人机能够接收云端下发的任务，按照任务规划进行自主安全飞行，采集巡检任务数据，并可根据业务需求支持搭载红外测温多种类型负载。

1．2通信链路

1.2.1硬件配置

固定机场作为无人机的存储单元及载体，通过接受中心平台远程下发的任务，控制无人机进行自主巡检、返航、回收、充电、数据上传等流程。具有可连接中央管控系统与固定机场各设备的网络通信模块、可处理无人机任务数据的机场服务器模块、可为无人机提供起降场地的机电模块、控制无人机自主执行巡检任务的无人机地面站模块等。无人机系统无法在大风大雨中工作，且单次执行任务的续航时间有限，因此需要固定机场具有可判断无人机飞行环境安全的环境检测模块、能为无人机进行电量补充以实现连续作业的电量管理模块。固定机场长期在户外放置运行，需要自身壳体具有一定的防护等级，以保证整套系统的长时间安全运行。同时机场要适应变电站强电磁干扰，需要对本体进行防电磁干扰设计，保障系统作业完全。自主巡检系统是一个多模块融合的集成系统，各模块需要达到一定功能要求才能保证整套固定机场系统可稳定运行。因此在固定机场的研发工作具体实施中，需要采取先模块、后集成的研发流程。

1.2.2巡检流程

固定机场会接收管控平台下发的任务，并进行任务信息存储。执行任务前，环境检测模块会对机场周围环境进行测量，若周围环境满足飞行条件，机场服务器会将固定机场唤醒，并释放无人机执行任务。完成任务后，无人机会自动返航，固定机场回收无人机。等待无人机任务数据完全传输至机场服务器后，机场服务器会将数据上传至中央管控系统。此时电量管理模块为无人机进行电量补充，等待下一次任务。

2无人机电力线路自主巡检的关键技术

2.1激光雷达探测技术

激光雷达（LiDAR）探测技术是一种通过设备自主发射激光实现反射波测距和定位的技术，它利用被测物体表面的光反射特性来获取被测物体空间位置、径向速度等定位信息，从而实现对被测物体的识别，是一种主动式遥感技术。激光雷达探测技术融合了激光测距、姿态测量、差分定位等多个先进技术，能实现对大范围被测物体的精确三维数据的快速获取，具备高精度、高自动化程度的特点，其数据能快速生成DSM数字表面模型、DEM数字高程模型以及DOM数字正射影像。激光雷达探测技术在电力线路自主巡检工作中的主要作用是获取电力线路及周边环境精确空间位置信息，为后续无人机自主巡检航线规划工作提供精确的位置信息，同时也可以对电力线路附近建筑、树木以及交叉跨越物体的精确距离进行获取，进行线路隐患分析。

2.2无人机飞行姿态控制技术

无人机电力线路自主巡检主要采用的是微型无人机，其重量轻，抗风性能较弱。在进行野外电力线路自主巡检时，易受天气及地理环境的影响。因此能够稳定控制无人机飞行姿态，确保在自主巡检时能够按照预先设定的航线执行任务是至关重要的。现阶段无人机飞控技术还处于不断发展的阶段，也是无人机自主巡检技术的重点研究方向。

2.3无线通信技术

无人机电力线路自主巡检中无线通信技术是至关重要的，无人机飞行的数据传输和无人机拍摄的图像传输都须要依靠无线通信技术。为了实时获取人机飞行状态、向无人机发送任务信号并获取回传图像和视频，地面操控人员和自主巡检无人机须要进行实时双向通信。由于输电线路所处地区环境复杂，自然及人为干扰因素较多，无线通信技术须要具有较高的带宽和稳定性，并且具有较强的抗干扰能力，确保地面遥控器及工作站与无人机的通信质量。

2.4无人机航迹规划技术

无人机自主飞行最关键的就是航迹规划，它是确保无人机能够安全完成任务的根本。基本的航迹规划主要是3个部分：第一充分结合实际现场环境影响，进行飞行航迹的初步规划；第二利用优化搜索算法计算出最佳航迹；第三进行航迹平滑处理。在进行航迹规划时须要考虑无人机自身性能约束，还要考虑任务需求及环境约束。目前已知环境下的静态航迹规划技术研究已经相对成熟，研究技术被广泛应用，但对无人机自身状态等约束不能更好处理，所以航迹规划技术还须要不断地完善。

2.5图像数据分析处理技术

目前无人机自主巡检主要是在固定点位拍摄输电线路杆塔及设备的照片并进行回传，地面服务器通过对照片图像分析处理进行线路的检查，来获取输电线路健康状况并识别缺陷或故障点。因此图像数据分析的准确度就极其重要，它可以有效减少人工识别图像数据的劳动强度。影响图像数据分析识别准确度的主要原因有图像的拍摄角度，图像的清晰度，识别算法的精准度以及AI识别的学习程度，每一个部分的处理精准度都会影响整个图像数据分析处理的准确性，都不可小觑。现阶段图像数据自动识别对比较明显的缺陷识别准确率高，但对于微小部件的识别精度相对较低，因此图像数据分析处理技术还有更大的发展空间。

结束语

应用无人机电力自主巡检技术进行巡检，省时省力高效，可以发现输电线塔上存在非常细微的缺陷，对于排查输电线塔上的隐患可发挥巨大作用。通过人工智能、大数据、5G通信、物联网等新兴技术的广泛应用，实现无人机全天候、全自主智能化巡检，并实现缺陷及故障的精准化识别。通过精益化管理，智能化运检，改变传统输电运检模式，提高巡检效率，开创输电运检新局面。

参考文献

[1]孟延辉，赵冀宁，付炜平，等．无人机在变电站巡检中的应用研究［J］．电工技术，2018(21):97－98.

[2]马青岷.无人机电力巡检及三维模型重建技术研究[D].山东大学,2017.

[3]傅力帅,吴一飞,张毅磊,等.无人机电力巡检系统中的通信方法[J].电子技术与软件工程,2020(15):20-22.

[4]刘智勇,赵晓丹,祁宏昌,李艳飞.新时代无人机电力巡检技术展望[J].南方能源建设,2019,6(04):1-5.