張昊洋，張國春，秦志勇

（國網(wǎng)北京市電力公司平谷供電公司，北京 平谷 101200）

在當(dāng)今國民經(jīng)濟快速發(fā)展與電能用量屢創(chuàng)新高的形勢下，電力供應(yīng)的安全穩(wěn)定有了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。傳統(tǒng)的輸電線路人工巡檢的模式暴露出效率較低，人員安全保障困難等問題。因此，電力巡檢向自動化和智能化發(fā)展是必然趨勢。無人機巡檢不僅效率高，還能保證人員安全性，可實現(xiàn)自動化、智能化作業(yè)，大幅提升電網(wǎng)運行的可靠性，保障電網(wǎng)的運行安全。

1 無人機電力線路自主巡檢的實現(xiàn)

1.1 輸電線路桿塔及部件空間位置獲取

無人機自主巡檢，須要使用激光雷達(dá)設(shè)備獲取輸電線路桿塔、導(dǎo)線及相關(guān)部件高精度空間位置數(shù)據(jù)。根據(jù)輸電線路桿塔已有固定坐標(biāo)，進行無人機激光雷達(dá)掃描作業(yè)航線規(guī)劃。掃描作業(yè)航線須充分考慮到無人機單架次續(xù)航，信號接收距離等影響因素。利用帶北斗RTK厘米級定位精度的多旋翼無人機系統(tǒng)搭載三維激光雷達(dá)設(shè)備按照預(yù)定航線進行輸電線路本體及通道的掃描，獲取輸電線路空間位置坐標(biāo)，并用專業(yè)軟件數(shù)據(jù)解算，形成通道三維點云數(shù)據(jù)模型，如圖1所示。

圖1 無人機激光雷達(dá)系統(tǒng)

輸電線路無人機激光掃描覆蓋寬度不小于100 m，同時激光點云平均密度不低于400點/m2。塔線結(jié)構(gòu)完整，桿塔、絕緣子、導(dǎo)地線及掛點、塔基輪廓應(yīng)完整、清晰，滿足應(yīng)用需求。

1.2 自主巡檢航線規(guī)劃

基于桿塔本體高精度三維點云模型設(shè)置無人機自主巡檢航點。根據(jù)需要拍攝桿塔或?qū)Ь€的位置合理的規(guī)劃航點位置，每個航點都為高精度POS數(shù)據(jù)，包括經(jīng)度、緯度、高程、云臺拍攝角度等信息。無人機自主巡檢航點必須按照巡檢既定順序嚴(yán)格執(zhí)行，錯誤的執(zhí)行順序可能導(dǎo)致觸線事故發(fā)生。

航點位置坐標(biāo)為WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)下的經(jīng)度、緯度、海拔高度。飛行平臺航向角優(yōu)先以RTK所記錄的航向角為參考標(biāo)準(zhǔn)。云臺俯仰角為云臺與水平面的夾角。規(guī)劃完成的自主精細(xì)化巡檢航點，須人工復(fù)核進行微調(diào)，調(diào)整后的航點上傳到無人機就可根據(jù)生成的航線自主執(zhí)行精細(xì)化巡檢任務(wù)，如圖2所示。

圖2 自主巡檢單塔航線規(guī)劃

1.3 試驗飛行與航線調(diào)整

無人機自主巡檢試驗飛行，須在現(xiàn)場實際桿塔實驗已規(guī)劃航線的合理性。根據(jù)三維點云模型所規(guī)劃的航線為計算機內(nèi)業(yè)操作，現(xiàn)場實際情況無法充分考慮全面。試驗飛行時人員須實時觀察無人機所處位置及環(huán)境情況，確保無人機不出現(xiàn)意外情況。試驗飛行時所拍攝的巡檢照片須要滿足巡檢要求，桿塔、絕緣子、導(dǎo)地線及掛點、塔基輪廓應(yīng)完整、清晰，對不滿足要求的航點根據(jù)現(xiàn)場飛行實際情況進行數(shù)據(jù)調(diào)整，如圖3所示。

圖3 點云數(shù)據(jù)采集及處理流程圖

2 無人機電力線路自主巡檢的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 激光雷達(dá)探測技術(shù)

激光雷達(dá)（LiDAR）探測技術(shù)是一種通過設(shè)備自主發(fā)射激光實現(xiàn)反射波測距和定位的技術(shù)，它利用被測物體表面的光反射特性來獲取被測物體空間位置、徑向速度等定位信息，從而實現(xiàn)對被測物體的識別，是一種主動式遙感技術(shù)。激光雷達(dá)探測技術(shù)融合了激光測距、姿態(tài)測量、差分定位等多個先進技術(shù)，能實現(xiàn)對大范圍被測物體的精確三維數(shù)據(jù)的快速獲取，具備高精度、高自動化程度的特點，其數(shù)據(jù)能快速生成DSM數(shù)字表面模型、DEM數(shù)字高程模型以及DOM數(shù)字正射影像。

激光雷達(dá)探測技術(shù)在電力線路自主巡檢工作中的主要作用是獲取電力線路及周邊環(huán)境精確空間位置信息，為后續(xù)無人機自主巡檢航線規(guī)劃工作提供精確的位置信息，同時也可以對電力線路附近建筑、樹木以及交叉跨越物體的精確距離進行獲取，進行線路隱患分析。

2.2 無人機飛行姿態(tài)控制技術(shù)

無人機電力線路自主巡檢主要采用的是微型無人機，其重量輕，抗風(fēng)性能較弱。在進行野外電力線路自主巡檢時，易受天氣及地理環(huán)境的影響。因此能夠穩(wěn)定控制無人機飛行姿態(tài)，確保在自主巡檢時能夠按照預(yù)先設(shè)定的航線執(zhí)行任務(wù)是至關(guān)重要的。現(xiàn)階段無人機飛控技術(shù)還處于不斷發(fā)展的階段，也是無人機自主巡檢技術(shù)的重點研究方向。

2.3 無線通信技術(shù)

無人機電力線路自主巡檢中無線通信技術(shù)是至關(guān)重要的，無人機飛行的數(shù)據(jù)傳輸和無人機拍攝的圖像傳輸都須要依靠無線通信技術(shù)。為了實時獲取無人機飛行狀態(tài)、向無人機發(fā)送任務(wù)信號并獲取回傳圖像和視頻，地面操控人員和自主巡檢無人機須要進行實時雙向通信。由于輸電線路所處地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，自然及人為干擾因素較多，無線通信技術(shù)須要具有較高的帶寬和穩(wěn)定性，并且具有較強的抗干擾能力，確保地面遙控器及工作站與無人機的通信質(zhì)量。

2.4 無人機航跡規(guī)劃技術(shù)

無人機自主飛行最關(guān)鍵的就是航跡規(guī)劃，它是確保無人機能夠安全完成任務(wù)的根本。基本的航跡規(guī)劃主要是3個部分：第一充分結(jié)合實際現(xiàn)場環(huán)境影響，進行飛行航跡的初步規(guī)劃；第二利用優(yōu)化搜索算法計算出最佳航跡；第三進行航跡平滑處理。在進行航跡規(guī)劃時須要考慮無人機自身性能約束，還要考慮任務(wù)需求及環(huán)境約束。目前已知環(huán)境下的靜態(tài)航跡規(guī)劃技術(shù)研究已經(jīng)相對成熟，研究技術(shù)被廣泛應(yīng)用，但對無人機自身狀態(tài)等約束不能更好處理，所以航跡規(guī)劃技術(shù)還須要不斷地完善。

2.5 圖像數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)

目前無人機自主巡檢主要是在固定點位拍攝輸電線路桿塔及設(shè)備的照片并進行回傳，地面服務(wù)器通過對照片圖像分析處理進行線路的檢查，來獲取輸電線路健康狀況并識別缺陷或故障點。因此圖像數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確度就極其重要，它可以有效減少人工識別圖像數(shù)據(jù)的勞動強度。影響圖像數(shù)據(jù)分析識別準(zhǔn)確度的主要原因有圖像的拍攝角度，圖像的清晰度，識別算法的精準(zhǔn)度以及AI識別的學(xué)習(xí)程度，每一個部分的處理精準(zhǔn)度都會影響整個圖像數(shù)據(jù)分析處理的準(zhǔn)確性，都不可小覷?，F(xiàn)階段圖像數(shù)據(jù)自動識別對比較明顯的缺陷識別準(zhǔn)確率高，但對于微小部件的識別精度相對較低，因此圖像數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)還有更大的發(fā)展空間。

3 存在的問題

無人機電力自主巡檢目前還處于穩(wěn)步發(fā)展階段，在實際應(yīng)用過程中，還面臨著多種復(fù)雜問題有待解決。輸電線路巡檢中，無人機的續(xù)航時間較短，巡檢一基桿塔就須要對電池進行更換。在光線較為充足的情況下，無人機的避障識別系統(tǒng)受干擾較強，經(jīng)常性發(fā)生無人機原地懸停，造成巡檢任務(wù)無法進行的情況。隨著飛行控制、圖像識別、電池儲能、移動通信等核心技術(shù)的進一步完善與突破，現(xiàn)階段的問題也會迎刃而解，無人機自主巡檢也將會邁向更高層次。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，電力巡檢智能化發(fā)展是必然趨勢，未來將解決一系列無人機自主巡檢技術(shù)難點。通過人工智能、大數(shù)據(jù)、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)無人機全天候、全自主智能化巡檢，并實現(xiàn)缺陷及故障的精準(zhǔn)化識別。通過精益化管理，智能化運檢，改變傳統(tǒng)輸電運檢模式，提高巡檢效率，開創(chuàng)輸電運檢新局面。