為了促進(jìn)無(wú)人機(jī)系統(tǒng) （Unmanned Aircraft System， UAS）應(yīng)用的快速發(fā)展，使無(wú)人機(jī)應(yīng)用帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益最大化，在當(dāng)前無(wú)人機(jī)多樣化任務(wù)需求的牽引下，迫切需要突破相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，并克服監(jiān)管、政策、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境等方面所面臨的挑戰(zhàn)。

電力巡檢是電力供應(yīng)公司的一項(xiàng)重要任務(wù)，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。電力線(xiàn)路覆蓋區(qū)域廣且穿越地域的地形復(fù)雜，在惡劣天氣下易受到侵害，容易出現(xiàn)斷股、腐蝕、絕緣子破損、桿塔傾斜等故障，若不及時(shí)維修會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故。傳統(tǒng)的巡檢方法是人工定期巡檢，這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、風(fēng)險(xiǎn)高。因此，需要新的高度專(zhuān)業(yè)化的機(jī)器來(lái)提高電力巡檢工作的整體質(zhì)量和安全性。

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的日趨成熟，無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展為電力線(xiàn)路的巡線(xiàn)提供了新的移動(dòng)平臺(tái)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)人機(jī)電力巡檢的認(rèn)同度逐漸提升，使用無(wú)人機(jī)搭載巡檢設(shè)備進(jìn)行電力巡檢運(yùn)營(yíng)費(fèi)用大大降低、不受地理?xiàng)l件限制、操作安全、減輕人力投入、巡檢效率快，并且能夠?qū)撛谖ｋU(xiǎn)進(jìn)行排查，應(yīng)用日益擴(kuò)大。國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)將一定數(shù)量的四旋翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、固定翼直升機(jī)投入使用，在視覺(jué)探測(cè)與紅外探測(cè)技術(shù)方面取得了顯著成果。

但是，國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)人機(jī)電力巡檢的研究仍然比較少，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，技術(shù)上沒(méi)有進(jìn)一步的提高。國(guó)內(nèi)對(duì)于無(wú)人機(jī)的研究還處于硬件開(kāi)發(fā)階段，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)關(guān)注于視覺(jué)跟蹤、故障探測(cè)、圖像處理、飛行姿態(tài)控制等技術(shù)的研究。

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線(xiàn)電遙控設(shè)備和自備程序控制裝置操縱的不載人飛行器，按照荷載和飛行航時(shí)一般可分為小型無(wú)人機(jī)、中型無(wú)人機(jī)和大型無(wú)人機(jī)，見(jiàn)表1。電力巡檢中使用的無(wú)人機(jī)主要分為固定翼無(wú)人機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)三類(lèi)機(jī)型，融合了航空、電子、電力、控制、通信、圖像識(shí)別等多種高新技術(shù)。其中，使用多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行線(xiàn)路巡檢時(shí)，通常采用小型旋翼機(jī)。

固定翼無(wú)人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

固定翼無(wú)人機(jī)是最早出現(xiàn)的無(wú)人機(jī)機(jī)型，一般靠螺旋槳或者渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力動(dòng)力，主要的升力來(lái)自機(jī)翼與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，固定翼飛機(jī)必須要有一定的無(wú)空氣的相對(duì)速度才會(huì)有升力來(lái)飛行。固定翼無(wú)人機(jī)基本采用手拋式起飛、機(jī)腹著陸的方式起降。隨著無(wú)人機(jī)尺寸的增大，掛載設(shè)備后重量提升，就有了另外一種常見(jiàn)的固定翼無(wú)人機(jī)起飛方法：彈射起飛。

近幾年，固定翼無(wú)人機(jī)通過(guò)機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，具備了新的垂直起降能力。其原理是將多旋翼機(jī)特有的旋翼系統(tǒng)疊加到固定翼機(jī)身上，構(gòu)成獨(dú)立的起飛系統(tǒng)，提供升空動(dòng)力。但是，當(dāng)從垂飛模式改為巡航模式及固定翼模式后，旋翼系統(tǒng)便失去了作用，增加了額外重量，因此，在電力巡檢中的應(yīng)用性不高。

固定翼無(wú)人機(jī)飛行速度很快，可以達(dá)到100～200km/h，巡航半徑大，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，能夠快速、持續(xù)和穩(wěn)定的盤(pán)旋飛行，可以在固定的位置盤(pán)旋。在沒(méi)有電源時(shí)，具備天然的滑翔能力，對(duì)駕駛與技術(shù)失誤的魯棒性更強(qiáng)，對(duì)降落具有良好的控制能力。固定翼無(wú)人機(jī)荷載能力強(qiáng)，能夠在電力巡檢過(guò)程中搭載更多的巡檢設(shè)備。因此適合成為監(jiān)視平臺(tái)，同時(shí)又能保持高速、可操縱、長(zhǎng)時(shí)間的飛行能力。

但是，固定翼無(wú)人機(jī)的起降方式存在一些使用上的限制，如需要空曠的道路作為起飛降落場(chǎng)，還需要配備彈射裝置，而且機(jī)腹式著陸也增加了機(jī)身?yè)p壞的可能性。此外，固定翼無(wú)人機(jī)無(wú)法懸停，無(wú)法對(duì)故障具體位置長(zhǎng)時(shí)間拍攝。

因此，固定翼無(wú)人機(jī)適合作為監(jiān)視平臺(tái)進(jìn)行電力線(xiàn)路跟蹤作業(yè)。良好的電線(xiàn)跟蹤對(duì)視覺(jué)位置控制和導(dǎo)航很重要。在巡檢中，GPS誤差或風(fēng)力等因素造成飛行姿態(tài)不穩(wěn)定，會(huì)影響圖像質(zhì)量。電力巡檢中如果無(wú)人機(jī)與電線(xiàn)過(guò)近，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾信號(hào)，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)檢測(cè)出現(xiàn)偏差，無(wú)法完成巡檢任務(wù)，所以自動(dòng)地與測(cè)量電力線(xiàn)路保持一定的安全距離也是自動(dòng)線(xiàn)路跟蹤技術(shù)的一個(gè)技術(shù)點(diǎn)。

基于哈里斯角檢測(cè)、卡爾曼濾波和馬爾科夫隨機(jī)字段的分割算法，跟蹤導(dǎo)線(xiàn)，能夠在測(cè)量方差一致的情況下從一系列存在測(cè)量噪聲的源數(shù)據(jù)中估計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。利用電力線(xiàn)的特定知識(shí)建立模型，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)和連續(xù)的參數(shù)選擇，從而為改變場(chǎng)景選擇最佳的閾值。

多旋翼無(wú)人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

多旋翼無(wú)人機(jī)是一種多軸或多螺旋槳、能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降、空中懸停、自主導(dǎo)航等功能的無(wú)人駕駛飛行器。多旋翼無(wú)人機(jī)按照旋翼數(shù)目可分為三旋翼、四旋翼、六旋翼和八旋翼等無(wú)人機(jī)；按照機(jī)身布局又可分為共軸式和非共軸式無(wú)人機(jī)。其中，四旋翼、六旋翼無(wú)人機(jī)應(yīng)用最為廣泛。

多旋翼無(wú)人機(jī)的重量普遍較輕，多在1～15kg范圍內(nèi)，能夠懸停和低速飛行，靈活性和實(shí)時(shí)性高，可以完成精細(xì)化巡檢工作，能為故障獲取提供充足的時(shí)間。因?yàn)樾頇C(jī)能夠垂直起降，六旋翼以上機(jī)型在單個(gè)旋翼或?qū)ΨQ(chēng)位置的兩個(gè)旋翼?yè)p壞仍能安全降落，所需的無(wú)人機(jī)跑道要求低，一般不需要安裝專(zhuān)門(mén)的起飛裝置。旋翼機(jī)的抗風(fēng)能力較強(qiáng)，比其他類(lèi)型無(wú)人機(jī)的工作環(huán)境要求低。旋翼機(jī)的性能價(jià)格比很高，性能優(yōu)越，價(jià)格便宜，約為同量級(jí)直升機(jī)的1/5～1/10，故障率也較低。另外，多旋翼無(wú)人機(jī)使用方便，維修簡(jiǎn)單，所需后期費(fèi)用較低。

多旋翼無(wú)人機(jī)由于每個(gè)飛行動(dòng)作都需要?jiǎng)恿S持，導(dǎo)致其續(xù)航時(shí)間短，尤其是在冬天氣溫低、電池性能不穩(wěn)定的情況下，會(huì)增加墜機(jī)危險(xiǎn)，且其負(fù)載能力較弱，無(wú)法搭載過(guò)多的巡檢設(shè)備。

多旋翼無(wú)人機(jī)的獨(dú)特性能使其非常適于對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行多角度拍攝，對(duì)故障處進(jìn)行定點(diǎn)巡查，從而最大限度地獲取故障信息，并將信息保存或傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控平臺(tái)。對(duì)于一個(gè)基于視覺(jué)的電力線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，從雜亂的背景中檢測(cè)電力線(xiàn)是最重要和最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。

圖像處理技術(shù)的主要理論依據(jù)是霍夫變換，其原理是利用圖像空間和霍夫參數(shù)空間的點(diǎn)-線(xiàn)對(duì)偶性，把圖像空間中的檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)換到參數(shù)空間。在霍夫轉(zhuǎn)換之前，利用一種脈沖式的神經(jīng)過(guò)濾器，消除背景噪聲，通過(guò)迭代計(jì)算產(chǎn)生邊緣地圖。將霍夫變換進(jìn)一步改進(jìn)，在霍夫的空間中進(jìn)行了基于知識(shí)的集群，從而改進(jìn)檢測(cè)結(jié)果。

無(wú)人直升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

傳統(tǒng)無(wú)人直升機(jī)通過(guò)控制直升機(jī)的傾斜盤(pán)、油門(mén)、尾舵等，控制飛機(jī)轉(zhuǎn)彎、爬升、俯沖、橫滾等動(dòng)作。常見(jiàn)的無(wú)人直升機(jī)有單旋翼直升機(jī)和共軸雙旋翼直升機(jī)，包括燃油動(dòng)力和電動(dòng)力兩類(lèi)，市場(chǎng)上的無(wú)人直升機(jī)多為燃油動(dòng)力。

無(wú)人直升機(jī)在各類(lèi)型無(wú)人機(jī)中機(jī)動(dòng)性能最好，具備更好的氣動(dòng)效率、負(fù)載能力、續(xù)航時(shí)間等性能指標(biāo)。它能夠定點(diǎn)起飛、降落，對(duì)起降場(chǎng)地的條件要求不高，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電遙控或機(jī)載計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)程控飛行。這種平臺(tái)抗風(fēng)能力較強(qiáng)，最大可抗8級(jí)風(fēng)，飛控距離較遠(yuǎn)，而且載重優(yōu)勢(shì)明顯，能夠搭載較多檢查設(shè)備，可對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行全面巡檢。

與固定翼無(wú)人機(jī)相比，無(wú)人直升機(jī)續(xù)航時(shí)間較短、速度較慢（小于100km/h），不適合長(zhǎng)距離巡線(xiàn)。與多旋翼無(wú)人機(jī)相比，無(wú)人直升機(jī)飛行操作較為困難，攜帶、維護(hù)不便。無(wú)人直升機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，體積、質(zhì)量較大，操控難度也較大，技術(shù)門(mén)檻高，動(dòng)力系統(tǒng)易抖動(dòng)影響圖像傳輸質(zhì)量，且價(jià)格較高，所以種類(lèi)不多，實(shí)際應(yīng)用也比較少。

多機(jī)種聯(lián)合作業(yè)

單架無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)集成度越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)大，各種類(lèi)型無(wú)人機(jī)特點(diǎn)見(jiàn)表2。各種巡檢方式都有其一定的適用范圍，任何一種巡檢模式都難以對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行全面的巡視檢查。

為彌補(bǔ)單架無(wú)人機(jī)的局限性，無(wú)人機(jī)應(yīng)以機(jī)群的方式協(xié)同工作，這樣，既能最大限度地發(fā)揮無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，又能避免單架無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)效果不佳或失敗影響到作業(yè)效果，從而提高系統(tǒng)可靠性。多旋翼無(wú)人機(jī)與固定翼無(wú)人機(jī)相結(jié)合，既能近距離精細(xì)檢查輸電線(xiàn)路，又能大規(guī)模作業(yè)。

多機(jī)種協(xié)同巡檢模式同時(shí)兼顧了高效外觀(guān)巡視和設(shè)備精細(xì)化巡視，可形成功能互補(bǔ)、協(xié)同工作的多維度智能巡檢作業(yè)系統(tǒng)。通過(guò)協(xié)同巡檢可以克服單一巡線(xiàn)模式的片面性，從電壓、地形、環(huán)境、周期等方面合理安排所要采取的巡線(xiàn)協(xié)同模式，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路穩(wěn)定運(yùn)行。多機(jī)種無(wú)人機(jī)協(xié)同巡檢方式能夠擴(kuò)大線(xiàn)路巡查范圍，有效提高作業(yè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和線(xiàn)路運(yùn)維成本，豐富電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)作業(yè)手段，有效提升電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

（責(zé)任編輯：劉玲蕊）