◇神華新朔鐵路集團(tuán)公司供電分公司 秦 龍

本文從我國無人機(jī)電力巡檢的發(fā)展歷程、無人機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、無人機(jī)電力巡檢的優(yōu)勢(shì)、無人機(jī)的分類適用范圍、技術(shù)特性等多方面，與現(xiàn)階段鐵路接觸網(wǎng)巡檢現(xiàn)狀、無人機(jī)運(yùn)用于接觸網(wǎng)巡檢的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，詳盡闡述了無人機(jī)巡檢電氣化鐵路接觸網(wǎng)的可行性與安全性，并預(yù)測(cè)無人機(jī)區(qū)域巡檢電氣化鐵路接觸網(wǎng)將成為現(xiàn)實(shí)成為鐵路供電系統(tǒng)不可或缺的設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)巡檢工作的高效和自動(dòng)化開展。

1 我國電力巡檢的發(fā)展歷程

我國電力巡檢起源于國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司，他們承擔(dān)著全國的電網(wǎng)運(yùn)營任務(wù)。從最早開始，我國電力巡檢主要以人力巡檢為主，隨著無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)步與設(shè)備應(yīng)用的快速拓展，出現(xiàn)了載人直升機(jī)電力巡檢的方式，而后在2004年我國南方電網(wǎng)公司開始初次試用直升機(jī)巡視電力線路，開創(chuàng)了直升機(jī)電力巡檢作業(yè)的先河。2015年國家電網(wǎng)系統(tǒng)全面推行直升機(jī)、無人機(jī)與人力巡檢相協(xié)同的電力巡檢新模式，南方電網(wǎng)公司計(jì)劃于2020年基本實(shí)現(xiàn)以“機(jī)巡為主，人巡為輔”的協(xié)同巡檢新目標(biāo)。

1.1 我國電力巡檢無人機(jī)發(fā)展回顧

（1）成立試點(diǎn)項(xiàng)目。2009年國家電網(wǎng)公司立項(xiàng)成立了無人機(jī)巡檢專項(xiàng)項(xiàng)目，六年時(shí)間內(nèi)各地電力公司不斷試點(diǎn)并獲取實(shí)效。2011年南方電網(wǎng)開始試點(diǎn)，四年時(shí)間完成了各項(xiàng)調(diào)試與驗(yàn)收等工作。

（2）部署、試點(diǎn)推廣。2013年制定“在全網(wǎng)逐步推廣輸電線路機(jī)巡作業(yè)”部署。3月份開始，國家電網(wǎng)公司出臺(tái)輸電線路直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢模式試點(diǎn)工作方案。國家電網(wǎng)公司在十個(gè)省份推廣新興巡檢模式試點(diǎn)工作。

（3）人巡為主，機(jī)巡為輔。2015年，各地試點(diǎn)工作陸續(xù)完成驗(yàn)收，并總結(jié)試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，完善標(biāo)準(zhǔn)體系。2014年，南方電網(wǎng)開始在班組試用多旋翼無人機(jī)，以賽促練，開展第一屆多旋翼無人機(jī)競(jìng)賽。

（4）機(jī)巡為主，人巡為輔。2015年國家電網(wǎng)系統(tǒng)全面推行直升機(jī)、無人機(jī)與人工巡檢相協(xié)同的輸電線路巡檢新模式。為提升巡檢效率和質(zhì)量，南方電網(wǎng)公司計(jì)劃于2020年基本實(shí)現(xiàn)“機(jī)巡為主，人巡為輔”的協(xié)同巡檢新目標(biāo)。

1.2 無人機(jī)電力巡檢的優(yōu)勢(shì)與分類

（1）無人機(jī)巡檢的優(yōu)勢(shì)。無人機(jī)電力巡檢方式可以較好地突破人力巡檢與載人直升機(jī)巡檢的局限。與人力巡檢和載人直升機(jī)巡檢相比，無人機(jī)巡檢有著機(jī)動(dòng)靈活、安全性高、成本低、環(huán)境要求低、便于攜帶和運(yùn)輸?shù)泉?dú)特優(yōu)勢(shì)。隨著該技術(shù)的日益成熟，無人機(jī)將成為輸電網(wǎng)巡線更為有效的工具，無人機(jī)合理搭載配置其它資源、提高電力巡檢總效率的優(yōu)勢(shì)將不斷顯現(xiàn)，人力巡檢和載人直升機(jī)巡檢對(duì)無人機(jī)巡檢的替代作用將變得越來越小。

（2）無人機(jī)電力巡檢的種類與方式。無人機(jī)適用于定點(diǎn)巡檢、精細(xì)巡檢、范圍巡檢與其他巡檢。定點(diǎn)巡檢：混凝土桿、鐵塔、基座、斜拉線、變電設(shè)備巡檢。精細(xì)巡檢：防震錘、拉線、耐張線夾、懸垂線夾、連接器、瓷瓶、彈簧銷、絕緣子等巡檢。范圍巡檢：違章樹木、違章建筑、新架線路、新增建筑物、施工、大型設(shè)備移動(dòng)、偷竊巡檢。其他巡檢：防雷、接地、驚鳥器、警告牌巡檢等。

1.3 無人機(jī)的分類與適用范圍

（1）無人機(jī)的分類。用于巡檢作業(yè)的無人機(jī)，屬于工業(yè)級(jí)無人機(jī)，按照機(jī)身構(gòu)造又可分為：直升無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)。

無人直升機(jī)分為：中型與小型直升無人機(jī)；中型直升無人機(jī)：適用于精細(xì)化多任務(wù)中等距離的巡檢工作任務(wù)；小型直升無人機(jī)：適用于故障巡檢與短距離、多方位、精細(xì)化巡檢。多旋翼無人機(jī)可以分為：四、六、八旋翼無人機(jī)。中、小型旋翼機(jī)，主要任務(wù)是架線塔體的精細(xì)巡檢，小型多旋翼無人機(jī)主要用于3公里之內(nèi)的單塔或多塔巡檢，通常一次可巡檢1～2個(gè)塔，并可替代人員登桿檢查等。固定翼無人機(jī)分為：中型與小型固定翼；中型固定翼，適用于應(yīng)急巡檢與災(zāi)情普查及大范圍通道巡檢。小型固定翼，適用于小范圍應(yīng)急巡檢、通道巡檢和災(zāi)情普查等。

（2）無人機(jī)的適用范圍。在電力巡檢中，直升無人機(jī)適用于精細(xì)化多任務(wù)中等距離的巡檢或適用于故障巡檢與短距離、多方位、精細(xì)化巡檢等任務(wù)。固定翼無人機(jī)適用于應(yīng)急巡檢與災(zāi)情普查及大范圍通道巡檢。多旋翼無人機(jī)則主要適用于精細(xì)巡檢。

1.4 無人機(jī)的生產(chǎn)銷售與服務(wù)

電力巡檢無人機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈分為上游研發(fā)制造，中游銷售整機(jī)和解決方案，下游提供維修保養(yǎng)、培訓(xùn)操作人員等服務(wù)。下游客戶國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司及各分公司等是電力巡檢無人機(jī)軟硬件及相關(guān)服務(wù)的主要需求方。

1.5 無人機(jī)安全巡檢系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)

（1）無人機(jī)巡檢控制系統(tǒng)構(gòu)成。電力線路安全巡檢系統(tǒng)主要由基于遙感技術(shù)的無人機(jī)平臺(tái)與多傳感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、地面測(cè)控站等四個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成。

（2）無人機(jī)各分控系統(tǒng)功能。無人機(jī)平臺(tái)及多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)：主要用于巡檢數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)：用于整個(gè)系統(tǒng)通信連接，包括機(jī)載與地面測(cè)控站的信號(hào)接收/發(fā)射設(shè)備、通信中繼設(shè)備等，負(fù)責(zé)無人機(jī)飛行平臺(tái)與地面測(cè)控站之間的數(shù)據(jù)通信。地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：用于后期數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)與應(yīng)用。包括多傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理與集合處理系統(tǒng)等。地面測(cè)控站子系統(tǒng)：主要用于無人機(jī)飛行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制、飛行領(lǐng)航、傳感器數(shù)據(jù)獲取方式等的控制，此外對(duì)飛行獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理；該子系統(tǒng)包括：多傳感器地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編解碼系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)、無人機(jī)平臺(tái)地面控制系統(tǒng)等。

（3）巡檢系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。巡檢系統(tǒng)中遙感技術(shù)的應(yīng)用，特別是后期數(shù)據(jù)處理、多傳感器集成等方面，仍處于摸索與研究階段，有待于繼續(xù)深入探索研究與開發(fā)。包括飛行姿態(tài)控制技術(shù)；多傳感器高精度時(shí)間同步；線路缺陷、隱患探測(cè)技術(shù)；多源控制信息的激光掃描各系統(tǒng)參數(shù)校驗(yàn)等技術(shù)仍然需要繼續(xù)完善與探索研究。隨著我國無人機(jī)技術(shù)的持續(xù)、快速發(fā)展和低空空域的開放與管理的進(jìn)步，上述問題在短時(shí)期內(nèi)都能得到有效的解決。

2 現(xiàn)階段電氣化鐵路接觸網(wǎng)巡檢現(xiàn)狀

接觸網(wǎng)是電氣化鐵路運(yùn)行中至關(guān)重要的系統(tǒng)構(gòu)成，它的運(yùn)維質(zhì)量與所處狀態(tài)對(duì)鐵路運(yùn)輸能力將產(chǎn)生直接的影響，關(guān)系到該區(qū)段鐵路區(qū)間能否安全可靠運(yùn)行。為確保電力機(jī)車供電安全穩(wěn)定，就應(yīng)加強(qiáng)對(duì)接觸網(wǎng)關(guān)鍵部位、重點(diǎn)設(shè)備的巡視檢查與監(jiān)測(cè)管控，增加巡檢次數(shù)，縮短檢查周期時(shí)間。傳統(tǒng)的供電接觸網(wǎng)巡視，一般是以人巡為主，結(jié)合工區(qū)以及站段調(diào)度室（技術(shù)室）安排進(jìn)行巡視，以檢測(cè)車和傳統(tǒng)工具為主的接觸網(wǎng)巡視檢查模式。技術(shù)、供電部門一直在尋求一種可以擺脫檢測(cè)車和傳統(tǒng)工具巡檢的新方式，即能適用于單個(gè)接觸網(wǎng)工對(duì)局部區(qū)段供電接觸網(wǎng)的巡視任務(wù)。

3 無人機(jī)運(yùn)用于接觸網(wǎng)巡檢的優(yōu)勢(shì)

被視為“空中機(jī)器人”的無人機(jī)，在執(zhí)行電力巡檢中所具備的諸多優(yōu)勢(shì)，同樣適用于電氣化鐵路接觸網(wǎng)巡檢工作，且具備如下優(yōu)勢(shì)。

（1）可低空作業(yè)，獲取高清圖像。配備專業(yè)航空攝影儀的衛(wèi)星遙感無人機(jī)負(fù)載較小，型體輕便，與傳統(tǒng)航空測(cè)量相比，可以低空飛行，甚至貼地飛行，應(yīng)用于接觸網(wǎng)工程時(shí)不僅可以巡視監(jiān)控接觸網(wǎng)施工，也可以通過高清圖像觀測(cè)腕臂定位裝置安裝工藝及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是否達(dá)標(biāo)。依此可準(zhǔn)確的獲取一桿一檔的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，給施工人員和巡檢人員節(jié)省時(shí)間，檢測(cè)、施工，精確到點(diǎn)，提高了工作效率。

（2）測(cè)量精度高，比例尺在1:1000以上。低空飛行無人機(jī)可貼地面飛行，精度可達(dá)0.1 m以上，據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)接觸網(wǎng)工程航攝在距離地面10 m的高度便可獲得高清晰圖形，可準(zhǔn)確測(cè)量出承導(dǎo)線高度，拉出值，側(cè)面限界，跨距，里程等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

（3）體積小、起降飛行靈活方便，利于全方位測(cè)量。無人機(jī)體型輕巧，運(yùn)用于接觸網(wǎng)工程時(shí)，可沿線飛行、繞桿螺旋飛行、空中懸停等，方便的穿梭于上下航線間距小的線路之間進(jìn)行全方位檢測(cè)，獲得更詳細(xì)準(zhǔn)確的一桿一檔數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代航攝無人機(jī)采用特殊材料制造，輕便，無需在特殊跑道上起降，可隨處起降，多采用彈射起飛、直升直降、滑跑起飛等方式。

（4）運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)便。無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)造價(jià)低，費(fèi)用低，操作人員學(xué)習(xí)培訓(xùn)周期相對(duì)較短，無人機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)簡(jiǎn)單，一般場(chǎng)所都能自由起降，無需專用機(jī)場(chǎng)。

（5）具有周期短效率高等特點(diǎn)。對(duì)于接觸網(wǎng)線路這類長(zhǎng)距離巡檢任務(wù)，受天氣因素限制較多，檢測(cè)人員來回跑比較麻煩。全野外數(shù)據(jù)采集時(shí)，成本比較高，作業(yè)也比較量大。若將無人機(jī)遙感系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)用化、工程化開發(fā)改造，則可利用其快捷機(jī)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，在輕陰霧天或在其它風(fēng)雨、雷暴等不良?xì)庀髼l件到來前也能在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)獲取合格的影像信息資料，從而將大量的野外工作轉(zhuǎn)入室內(nèi)，既能提高作業(yè)的安全、效率和精度。同時(shí)，也能適度減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（6）大范圍內(nèi)巡視作業(yè)，接觸網(wǎng)CAD圖紙實(shí)物化。無人機(jī)航攝憑借其優(yōu)異的靈活性和便捷性，可以很好的完成區(qū)域性的全方位航攝任務(wù)，以及大范圍內(nèi)反復(fù)巡視接觸網(wǎng)作業(yè)情況。經(jīng)過對(duì)目標(biāo)區(qū)域航攝后保存下來的圖像數(shù)據(jù)資料，經(jīng)后期處理可以與接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙點(diǎn)、線、面一一對(duì)應(yīng)。目前國內(nèi)廣鐵集團(tuán)廣州供電段已開始采用無人機(jī)航攝新型作業(yè)方式，通過對(duì)既定目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行航攝作業(yè)，對(duì)管轄范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)供電分段示意圖以及接觸網(wǎng)平面圖轉(zhuǎn)換成了影像資料，并與CAD圖紙點(diǎn)與點(diǎn)對(duì)應(yīng)，各個(gè)接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備一覽無余，極大的簡(jiǎn)便了后期檢修與巡視工作，從曾經(jīng)的大面積巡檢到目前的精準(zhǔn)到點(diǎn)，工作效率得到了極大的提升。

4 無人機(jī)在接觸網(wǎng)區(qū)域巡檢中的應(yīng)用與前景展望

無人機(jī)輸電線路巡檢作為一種新型技術(shù)，與人工巡檢相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。用于電力巡檢無人機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)已日漸成熟，成本降低，規(guī)模推廣，其適用性、穩(wěn)定性、安全性也在日趨提高。目前，我國一些專業(yè)無人機(jī)企業(yè)已經(jīng)研制開發(fā)出了多種型號(hào)能夠滿足各種需求的無人機(jī)。隨著無人機(jī)設(shè)備應(yīng)用的拓展與操控技術(shù)成熟，無人機(jī)信息系統(tǒng)與原有的接觸網(wǎng)巡檢信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)有效對(duì)接，采用無人機(jī)巡檢電氣化鐵路接觸網(wǎng)也將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，在不久的將來必將涉足本行業(yè)，成為鐵路供電系統(tǒng)不可或缺的設(shè)備。巡檢效率和質(zhì)量會(huì)顯著提高，并可相對(duì)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升接觸網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)能力。伴隨著多旋翼無人機(jī)的不斷發(fā)展，小型無人機(jī)將逐步涉足鐵路供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)。首先，無人機(jī)的售價(jià)和維護(hù)成本低于直升機(jī)，這使得無人機(jī)進(jìn)行接觸網(wǎng)巡檢成為可能。其次，無人機(jī)具備實(shí)時(shí)性，成本低，響應(yīng)快，靈活度高等特點(diǎn)，可出色完成任務(wù)，并且操作難度不大，工人經(jīng)過短期培訓(xùn)都可以掌握。最后，無人機(jī)對(duì)災(zāi)難預(yù)警、事故預(yù)警可以起到意想不到的作用。因此，無人機(jī)的應(yīng)用是接觸網(wǎng)巡檢智能化發(fā)展的有效解決方案。

5 結(jié)語

將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電力線路巡檢，包含了融合圖像識(shí)別、電子、通信等多個(gè)技術(shù)系統(tǒng)領(lǐng)域，形成了無人機(jī)巡檢系統(tǒng)較為完整的成套技術(shù)體系，可以很大程度減輕電力巡檢人力投入，同時(shí)又能安全快捷與精準(zhǔn)地完成巡檢任務(wù)，是一個(gè)很具實(shí)用價(jià)值、很有前途的研發(fā)方向。無人機(jī)輕便快捷，它與載人機(jī)相比載有先進(jìn)的航測(cè)系統(tǒng)，受陰雨霧等惡劣天氣限制較小。它的這些優(yōu)越性能必將成為電力巡檢更為有效的工具。將無人機(jī)巡檢通過系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃與智能診斷等軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)，以不斷提升技術(shù)水平和巡檢質(zhì)量。更將擴(kuò)展它的應(yīng)用范疇，同時(shí)增近了無人機(jī)區(qū)域巡檢接觸網(wǎng)的可能，奠定了無人機(jī)巡檢接觸網(wǎng)的基礎(chǔ)，增強(qiáng)了巡檢自動(dòng)化綜合能力，無人機(jī)巡檢接觸網(wǎng)必將在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)，為國家創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。