貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司輸電運行檢修分公司 謝皓凌 謝春

1 現(xiàn)狀概述

電力線路和設(shè)備是電力網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，由于長期運行和自然暴露，不僅受到正常的機(jī)械負(fù)載和電氣負(fù)載的影響，還經(jīng)常受到各種外部因素的影響，如雷擊和強(qiáng)風(fēng)等。因此，為避免線路故障，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，巡檢工作的主要目標(biāo)是快速發(fā)現(xiàn)并消除造成線路和設(shè)備中元器件老化、疲勞、氧化以及腐蝕的因素。

無人機(jī)技術(shù)可以在監(jiān)控電力設(shè)備運行中發(fā)揮重要作用，從而減少人們電氣作業(yè)的工作量[1]。借助無人機(jī)可以清楚地觀察到關(guān)鍵部件是否損壞，確保輸電線路安全，保證居民用電。除了常規(guī)巡檢和專項巡檢外，無人機(jī)還可以應(yīng)用在電網(wǎng)災(zāi)后故障巡檢。當(dāng)災(zāi)害導(dǎo)致道路受阻，工作人員無法巡查時，無人機(jī)可以發(fā)揮替代作用，對輸電線路進(jìn)行巡查，準(zhǔn)確定位鐵塔和線路故障，視角更廣，能夠避免“盲區(qū)”。無人機(jī)巡檢提高了電力檢修的速度和效率，使許多工作能夠在完全帶電的情況下迅速完成，比人工巡檢效率高幾十倍[2]。

近年來，固定翼無人機(jī)在輸電線路巡檢中得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)電力巡檢無人機(jī)相比，固定翼無人機(jī)電力巡檢解決方案具有以下優(yōu)勢。

一是傳統(tǒng)輸電線路通道巡檢需人工現(xiàn)場就地巡視。如果遇到冰雪天氣、洪水、地震、山體滑坡等自然災(zāi)害，將無法進(jìn)行巡查。而固定翼無人機(jī)不僅可以應(yīng)用于上述困難環(huán)境，還能夠精準(zhǔn)判斷線路故障點及安全隱患[3]。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)得出固定翼無人機(jī)在輸電線路通道巡檢中的應(yīng)用比人工巡線效率高出數(shù)十倍。

二是一些險要地勢或者區(qū)域?qū)掗煹牡匦?，人工是難以完成線路的巡檢工作，而無人機(jī)可以利用空中優(yōu)勢對線路進(jìn)行大規(guī)模、精細(xì)化的巡查，填補(bǔ)人工巡檢的不足。

三是固定翼無人機(jī)具有巡航時間長、飛行平穩(wěn)、飛行高度高等特點，可以用于輸電線路的大規(guī)?？焖傺矙z、線路通道走廊巡檢、災(zāi)后電網(wǎng)的巡視等[4]。

2 固定翼無人機(jī)巡線系統(tǒng)

2.1 固定翼無人機(jī)巡視系統(tǒng)組成

本文研究的固定翼無人機(jī)電力巡線系統(tǒng)主要由五部分組成。

一是該方案的無人機(jī)系統(tǒng)組成包括無人機(jī)動力系統(tǒng)、無人機(jī)定位系統(tǒng)、機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、空中通信設(shè)備，其中機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)主要包括圖像信息采集模塊、云平臺及控制模塊、空地通信模塊、機(jī)載供電模塊等。

二是全光譜紅外、可見光至紫外光實時遙感系統(tǒng)。

三是微氣象數(shù)據(jù)采集平臺。記錄輸電線路的氣象數(shù)據(jù)、可見光圖像、紅外圖像、紫外圖像、數(shù)字圖像和輸電線路的方位坐標(biāo)。

四是陀螺穩(wěn)定平臺。

五是信息處理系統(tǒng)。信息處理系統(tǒng)主要由飛行控制系統(tǒng)、任務(wù)創(chuàng)建系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫組成。

2.2 固定翼無人機(jī)巡線路通道的主要性能要求

2.2.1 飛控距離

當(dāng)前，很多高壓輸電線路基建于一些偏遠(yuǎn)山區(qū)或一些地勢險要的地方，為此要求無人機(jī)的操控距離能夠超過10km，這樣有利于對山區(qū)輸電線路進(jìn)行大面積的巡檢工作。此外，在遠(yuǎn)程控制中，中控系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)無人機(jī)的遙控，并發(fā)送拍攝信息、天氣情況和相關(guān)設(shè)備視頻信息[5]。

2.2.2 起飛和降落

起降時，無論風(fēng)速超過設(shè)計值（10～15m/s），風(fēng)向角度超過30°，溫度在-35～+55°C范圍內(nèi)均能夠起飛。固定翼無人機(jī)起飛采用彈射方式，降落采用傘回收方式，可以適應(yīng)于任何環(huán)境，同時便于人工操作。

2.2.3 飛行高度

一般飛行高度超出輸電線路100m左右。

2.2.4 飛行導(dǎo)航

根據(jù)載入的輸電線路及區(qū)域情況，無人機(jī)搭載GPS 自主線路導(dǎo)航控制功能，確保所巡視的每條線路的時間控制在設(shè)計的時間內(nèi)（一般為1h）。

2.2.5 機(jī)體飛行控制

固定翼無人機(jī)在飛行過程中較為平穩(wěn)，為此會配備一些較為先進(jìn)安防攝像頭和光學(xué)器件，同時配備彩色攝像機(jī)、紅外熱像儀、紫外成像儀等自控攝像設(shè)備，這樣可以方便地拍攝地面線塔的高分辨率航拍照片。

2.2.6 自動驅(qū)動系統(tǒng)

一般情況下，固定翼無人機(jī)飛行模式選擇自動巡航模式。同時地面基站能夠?qū)崟r接收到空中飛行無人機(jī)相關(guān)信息并下達(dá)飛控，這樣可以實時掌握無人機(jī)飛行情況并控制無人機(jī)。

2.2.7 鐵塔成像技術(shù)的自動跟蹤和快速對焦

基于鐵塔的自動跟蹤識別設(shè)備和高速拍攝技術(shù)，可以對地面、線路、絕緣體、金具、樹障等進(jìn)行高能見度和紅外成像。

2.3 固定翼無人機(jī)巡視對象及內(nèi)容

固定翼無人機(jī)對輸電線路通道及線路本體巡視對象如表1所示。

表1 固定翼無人機(jī)對輸電線路通道及線路本體巡檢對象

3 應(yīng)用案例

本文選用斜攝法對某電網(wǎng)輸電公司管轄的500kV 交流輸電線路通道進(jìn)行巡檢，進(jìn)行三維重建，其中所選取的線路總通道寬為800m。

3.1 設(shè)備的選擇

無人機(jī)是固定翼垂直起降無人機(jī)，Ap101 自動駕駛儀選中型電動固定翼飛機(jī)專用飛控，攝像相機(jī)是36.4 兆像素的可見光相機(jī)，該系統(tǒng)選擇厘米級定位精度PPK后處理差分系統(tǒng)。

3.2 工作流程圖

其主要工作流程如圖1所示。

圖1 工作流程圖

3.3 內(nèi)業(yè)處理流程

文中選擇采用的樹障安全隱患分析軟件為例，對某地區(qū)線路通道保護(hù)區(qū)內(nèi)的樹障隱患、交通安全距離進(jìn)行分析，并從中依據(jù)不同線路等級的安全距離規(guī)范區(qū)分不同的缺陷類別及等級，并準(zhǔn)確識別缺陷的位置，一鍵自動生成樹障缺陷報告。

一是基于圖像密集點云匹配和立體映射測圖技術(shù)，對輸電線路通道導(dǎo)線弧垂建模、樹障安全距離分析、交叉跨越距離測量，圖像密集點云匹配和立體測圖如圖2所示。

圖2 圖像密集點云匹配和立體測圖

二是支持多旋翼、固定翼及線上機(jī)器人等采集的多樣化數(shù)據(jù)。

三是融合溫度工況模擬功能（不同溫度下電力的浮垂差可能會達(dá)到1m以上）。

四是兼容激光點云與可見光點云，可以實現(xiàn)三維激光點云呈現(xiàn)。

根據(jù)航拍數(shù)據(jù)的空間信息，系統(tǒng)自動請求配對關(guān)聯(lián)相關(guān)區(qū)域。同時利用人眼雙筒望遠(yuǎn)鏡的原理，在兩側(cè)照片中選擇導(dǎo)線上同名的點進(jìn)行智能匹配，得到三種以上不同位置的空間信息，通過內(nèi)置懸鏈線公式自動擬合生成導(dǎo)線擬合如圖3所示，或直接從比較完整的電纜中選取原始點云快速生成電力線。

圖3 導(dǎo)線擬合

系統(tǒng)可快速開展點云分類，結(jié)合導(dǎo)線安全距離標(biāo)準(zhǔn)缺陷參數(shù)，自動以不同顏色標(biāo)識不同的缺陷等級的地物點云，并開展自動計算，生成缺陷列表。

3.4 應(yīng)用成果

經(jīng)過20多天的飛行和內(nèi)外業(yè)的合作，比計劃提前10d 完成任務(wù)，成果達(dá)到甲方要求。任務(wù)期間飛行里程合計678km，完成17條線路通道三維建模工作，為輸電線路安全運行提供有力的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語

相比旋翼無人機(jī)，固定翼無人機(jī)作業(yè)可以顯著提高電力維護(hù)和維修的速度和效率，使許多任務(wù)能夠在不需要停電的環(huán)境下快速完成，可以解決險要地勢的巡檢作業(yè)的需求。固定翼無人機(jī)在輸電線路通道巡檢中的應(yīng)用表明，固定翼無人機(jī)巡線具有可靠、安全、快速、有效、高效等優(yōu)勢，值得同行業(yè)用于輸電線線路通道巡檢工作。