陳景尚

摘 要：在無人機技術應用于電力線路巡檢以后，巡檢人員可以利用這一技術構建高效化的巡檢系統(tǒng)。傳感器集成方法與POS系統(tǒng)的應用，也有助于提升電力線路巡檢工作的自動化水平。文章主要對無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)的系統(tǒng)構成與無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)的關鍵技術進行了探究。

關鍵詞：無人機；電力線路安全巡檢系統(tǒng)；巡檢技術

中圖分類號：TM75 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0158-02

Abstract： After the application of UAV technology in power line inspection， patrol personnel can use this technology to build an efficient inspection system. The application of sensor integration method and POS system is also helpful to improve the automation level of power line inspection. This paper mainly discusses the system structure of UAV power line security inspection system and the key technology of UAV power line security inspection system.

Keywords： UAV； power line safety patrol system； patrol technology

前言

架空電力線路在電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。架空電力線路覆蓋范圍較廣，線路途徑的區(qū)域的地形環(huán)境較為復雜。在自然環(huán)境與架空電力線路自身因素的共同影響下，導地線斷股、腐蝕及絕緣子破損等故障會引發(fā)嚴重的電力事故。為保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，電力部門往往需要耗費大量的人力物力資源開展巡線工作。以人工巡線為主的巡線方式存在著勞動強度大與巡檢效率低下的弊端。無人機技術在電力線路巡檢工作中的應用，可以讓電力線路安全巡檢工作擺脫環(huán)境因素的限制，也可以在提升巡檢效率的基礎上，提升線路巡檢工作的安全性。

1 無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)的系統(tǒng)構成

1.1 多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)是無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的核心要素。它主要由以下幾種系統(tǒng)構成：一是，無人機飛行平臺；二是，多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)；三是，穩(wěn)定平臺與POS定姿定位系統(tǒng)。無人機飛行平臺可以分為固定翼飛行平臺與旋翼飛行平臺。在電力線路安全巡檢工作開展過程中，該平臺可以用于搭載傳感器系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺等機載設備。電力系統(tǒng)巡檢任務的任務類型、飛行距離與飛行速度等具體要求可以被視為無人機平臺應用方案的決定因素[1]。如在基于可見光拍攝的快速巡檢工作實施過程中，相關人員可以將小型固定翼無人機平臺應用于巡檢工作之中。傳感器系統(tǒng)包含有光學數(shù)碼相機、熱紅外成像儀和激光掃描儀等多種設備。光學數(shù)碼相機可以在絕緣子爆裂及導地線斷股等故障的診斷過程中得到應用。熱紅外成像儀適用于輸電線路設備紅外視頻信息采集。穩(wěn)定平臺具有以提升目標成像質(zhì)量的作用。POS定姿定位系統(tǒng)有助于無人機飛行風險規(guī)避能力的強化。

1.2 地面測控站系統(tǒng)

地面測控站系統(tǒng)可以對無人機飛行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。這一系統(tǒng)中包含有無人機平臺地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編解碼系統(tǒng)及實時數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等多種系統(tǒng)。在控制無人機飛行過程中的傳感器數(shù)據(jù)信息獲取方式的基礎上，地面測控站系統(tǒng)也可以對來自無人機的數(shù)據(jù)信息進行基礎分析。

1.3 數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)在通信方面發(fā)揮著較為重要的作用。一般情況下，數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)需要包含地面測控站信號接收/發(fā)射設備、無人機中繼通信設備等多種系統(tǒng)。該子系統(tǒng)可以為地面測控站與無人機飛行平臺之間的數(shù)據(jù)通訊提供保障，也可以為無人機在地形復雜的山區(qū)環(huán)境的通訊能力提供保障。數(shù)據(jù)鏈路的傳輸需求需要與無人機巡檢系統(tǒng)的實際需求相匹配，根據(jù)電力線路安全的巡檢系統(tǒng)的實際情況，數(shù)據(jù)傳輸速率可以控制在4Mbps-8Mbps之間。

1.4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

應用于無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為主，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信息后期的處理、存儲過程中發(fā)揮著較為重要的作用。多傳感器數(shù)據(jù)預處理系統(tǒng)與幾何處理系統(tǒng)是這一系統(tǒng)的主要組成部分。地面處理系統(tǒng)所采用的分析方法以攝影測量與遙感分析為主。

2 無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)的關鍵技術

2.1 飛行姿態(tài)控制技術

強風、降雨等氣候因素可以被看作是無人機飛行姿態(tài)控制技術的主要影響因素。飛行姿態(tài)控制技術在無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的應用，可以為無人機與線路的安全提供保障。根據(jù)一些研究者的研究結(jié)果，LQG控制器可以用于飛機俯仰翻轉(zhuǎn)姿態(tài)的控制，除LQG控制器以外，PID控制器也可以應用于無人機的偏航控制[2]。無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)所使用的飛行姿態(tài)控制技術需要具有魯棒性強的特點。

2.2 地面數(shù)據(jù)處理技術

就電力線路巡檢工作而言，地面數(shù)據(jù)處理技術是利用巡檢設備中的紅外成像儀、紫外線成像儀及POS系統(tǒng)等多種傳感器數(shù)據(jù)進行信息融合，生成高精準度的數(shù)據(jù)成果。

2.3 正射影像采集技術

根據(jù)電力線路巡檢工作的實際情況，正射影像采集技術建立在GPU模型的基礎之上。這一技術的應用，有助于正射影像采集速度的提升，也可以為航測影像的快速處理提供支持。

2.4 線路隱患、缺陷的探測技術

2.4.1 視覺探測技術

視覺探測技術為可見光探測技術，在這一技術應用于線路隱患與缺陷的探測以后，相關人員可以通過無人機搭載高清相機與高清攝像機的方式，完成巡線圖片與巡線視頻的拍攝，并要在將相關信息傳輸至地面基站以后，利用專家系統(tǒng)分析線路的實際情況。視覺探測技術在電力線路顯性故障（如導線斷股、異物懸掛及桿塔變形等故障）的甄別過程中發(fā)揮著重要的作用。圖像的質(zhì)量是圖像識別精度與圖像識別的準確度的主要影響因素。

2.4.2 紅外線、紫外線探測技術

紅外熱成像儀具有提取表面溫度超過周圍環(huán)境溫度的異常溫升點的作用。該設備可以在根據(jù)紅外光譜圖像，對線路接頭、線夾和絕緣子等設備中存在的發(fā)熱點進行有效確認。紫外熱成像儀具有接受線路設備放電過程中產(chǎn)生的紫外光訊號的功能。在電力線路安全巡檢工作開展過程中，相關人員可以借助圖像探測導線外傷、絕緣子放電及污染等放電現(xiàn)象。在紫外線探測技術應用于電力線路巡檢工作以后，太陽光及人造光源對巡檢工作的干擾，是巡檢人員所不可忽視的內(nèi)容。

2.4.3 激光雷達探測技術

激光具有較為良好的單色性與相關性。其在實際應用過程中也可以表現(xiàn)出方向性強的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段激光技術在角度檢測、距離測量與長度測量過程中發(fā)揮著較為重要的作用。通過對激光測距技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，連續(xù)波相位式測距技術與脈沖式測距技術是兩種較為常用的測距方式。激光雷達技術與無人機電力線路巡檢技術之間的融合，可以讓巡檢人員在掃描線路走廊的基礎上，獲取高精度的激光點云數(shù)據(jù)信息，進而借助高分辨率航空數(shù)碼影像開展高精度三維建模[3]。激光雷達技術在電力線路巡檢過程中的應用，也可以讓巡檢人員在計算輸電線路與樹木、建筑物的距離的基礎上，完成故障缺陷的準確定位。GPS技術也在無人機電力線路巡檢系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。就激光雷達技術應用情況而言，以下因素是電力線路巡檢期間需要關注的內(nèi)容：一是，無人機平臺的任務載荷；二是，GPS數(shù)據(jù)的準確性。

2.5 無線通訊技術

無線通訊技術與無人機的遙控測量功能、信息傳遞功能及跟蹤定位服務功能之間具有一定的聯(lián)系。無人機的遙控測量與以下因素有關：一是，無人機飛行狀況的測量；二是，無人機設備參數(shù)的測量。無線通信技術可以讓巡檢人員對巡檢設備與無人機的飛行狀態(tài)進行關注。信息傳遞主要指的是無人機任務載荷傳感器信息的傳輸。無人機跟蹤定位功能的開發(fā)，可以讓巡檢人員對無人機的位置進行實時掌控，以保證無人機工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

無人機巡檢技術涉及到了圖像識別、電子通信與影像采集等多種技術領域。完善化的無人機巡檢系統(tǒng)的構建，可以在降低巡檢工作勞動強度的基礎上，促進巡檢成本的降低，也可以在縮短巡檢時間的同時，提升巡檢工作的工作效率。無人機巡檢技術的應用，對航測技術與電力技術的發(fā)展具有積極的促進作用。無人機跟蹤定位功能的開發(fā)，可以讓巡檢人員對無人機的位置進行實時掌控，以保證無人機工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。在未來一段時期內(nèi)，無人機巡檢技術可以在電力領域表現(xiàn)出良好的應用前景。

參考文獻：

[1]寧柏鋒.無人機電力線路安全巡檢的關鍵技術分析[J].計算機產(chǎn)品與流通，2018（04）：161.

[2]彭向陽，劉正軍，麥曉明，等.無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關鍵技術[J].遙感信息，2015，30（01）：51-57.

[3]麥曉明，劉正軍，彭向陽，等.無人機電力線路安全巡檢航線及任務規(guī)劃軟件系統(tǒng)設計[J].廣東電力，2013，26（12）：81-85.