賴葉茗

摘要：我國幅員遼闊，為保證全國各地的可靠供電，需建設(shè)較多的輸電線路。而線路巡檢是保證輸電線路正常運(yùn)行的重要手段，對我國電力的可持續(xù)供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)的安全、快速發(fā)展具有重要意義。最近十幾年，隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，架設(shè)的輸電線路越來越多。在這種背景下，如果采用傳統(tǒng)的人工巡檢模式巡檢數(shù)量如此之多的輸電線路，將會不可避免地存在著作業(yè)強(qiáng)度大、巡檢周期長、部分線路檢修危險等問題。近年來，國家電網(wǎng)公司積極引進(jìn)無人機(jī)智能巡檢技術(shù)，提升輸電線路巡檢工作的自動化程度，改進(jìn)巡檢工作模式，以期實(shí)現(xiàn)輸電線路的精確、高效、經(jīng)濟(jì)巡檢。

關(guān)鍵詞：輸電線路;無人機(jī)智能;巡檢技術(shù)

為了滿足人們的電力需求，傳輸線的數(shù)量不斷增加，分布范圍越來越廣。許多輸電線位于地形復(fù)雜且環(huán)境惡劣的區(qū)域，顯著增加了傳輸線出現(xiàn)問題的可能性。為了確保正常供電，必須及時維修或更換出現(xiàn)問題的傳輸線，因此確保輸電線路檢查工作的效率非常重要。無人機(jī)在輸電線路檢查工作中具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢，檢查人員可以通過無人機(jī)檢查輸電線路的故障，顯著減少了塔架攀登高空作業(yè)，有效地減少了工作量。

1無人機(jī)巡檢技術(shù)

無人機(jī)通俗來講就是無人駕駛飛行器，他主要是結(jié)合了紅外線技術(shù)感測技術(shù)，遙感技術(shù)等等高科技性能的駕駛飛行器，對一些危險性系數(shù)比較高的地區(qū)或者情況相對復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)程的觀測。并用它所攜帶的高科技性能進(jìn)行一些觀測圖片分析和拍攝，然后將這些圖片傳送到駕駛操作員的手中，方便操作員根據(jù)這些遙感圖片對地方的實(shí)際情況有了更加深入和全面的了解，從而做出合適的工作方案和一些策略決策。無人機(jī)技術(shù)在當(dāng)前的發(fā)展中相對來說應(yīng)用的比較廣泛，尤其是在一些軍事方面，因?yàn)樗旧砭陀泻芏嗟膬?yōu)勢作用。比如說可以節(jié)省人力資源和物力資源，同時能夠獲得更加高效準(zhǔn)確的信息，也正因?yàn)檫@些優(yōu)勢的存在，使無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)逐漸地運(yùn)用到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域方面。比如說是在輸電線路的運(yùn)行方面，無人機(jī)在巡檢當(dāng)中如果需要達(dá)到一個平穩(wěn)安全的飛行狀態(tài)，就需要使紅外線遙感技術(shù)，GPS，GIS，數(shù)字地球，RS等等技術(shù)之間的相互融合，才能夠使無人機(jī)在巡檢當(dāng)中發(fā)揮高效的作用，順利的完成指揮目標(biāo)所要求的任務(wù)。將無人機(jī)巡檢技術(shù)應(yīng)用到輸電線路當(dāng)中，他不僅可以及時地判斷所存在地方的故障和問題并且做出一些自動化的處理方案，同時也可以判斷出自身所存在的問題。這樣在后期的人工維修當(dāng)中就節(jié)省了很多的時間，提高了維修的效率。

2輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用

2.1圖像數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)巡檢圖像數(shù)據(jù)主要來源于光學(xué)影像數(shù)據(jù)和激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。其中，激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理已具有較高的智能自動化處理水平，應(yīng)用商業(yè)軟件再加上少量的人工干預(yù)即可。而光學(xué)影像數(shù)據(jù)，包括可見光影像、紅外影像等數(shù)據(jù)的智能化處理尚不成熟，還在處在初步研究階段。目前，可將光影像數(shù)據(jù)智能化處理是輸電線路無人機(jī)巡檢圖像處理領(lǐng)域的熱門研究方向。傳統(tǒng)的電力設(shè)備圖像數(shù)據(jù)處理方法是基于人工設(shè)計特征提取的機(jī)器學(xué)習(xí)圖像目標(biāo)檢測方法。然而，該方法存在檢測對象單一的問題，且存在漏檢、錯檢的風(fēng)險。在輸電線路巡檢中，有將近900多種常規(guī)缺陷，并且電力設(shè)備的型號眾多，設(shè)備之間外形差異較大，基于上述傳統(tǒng)圖像處理方法僅能檢測單一或少數(shù)幾種電力設(shè)備，缺乏基本的通用性和較高的可靠性，因而實(shí)際工程應(yīng)用價值較低。隨著計算機(jī)性能的不斷提升和智能算法的不斷發(fā)展，有學(xué)者提出可建立大型的數(shù)據(jù)集，將深度學(xué)習(xí)算法引入輸電線路無人機(jī)巡檢圖像的數(shù)據(jù)處理中。從現(xiàn)有研究來看，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在該領(lǐng)域中確實(shí)具有更大的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿8]。但是，目前還難以建立起比較完善的數(shù)據(jù)集，制約了深度學(xué)習(xí)技術(shù)在輸電線路無人機(jī)巡檢圖像數(shù)據(jù)智能處理中的發(fā)展。未來可通過不同單位和公司的合作方式，建立完善的電力設(shè)備缺陷數(shù)據(jù)集，將深度學(xué)習(xí)技術(shù)的優(yōu)勢在無人機(jī)巡檢圖像數(shù)據(jù)智能處理中的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

2.2無人機(jī)自主巡航

無人機(jī)自主巡航是輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的核心組成部分。其巡航的區(qū)域主要分為塔間區(qū)域和近塔區(qū)域。目前，輸電線路無人機(jī)巡檢并不具備自主或自動巡檢能力，通常采用的方式是：人工預(yù)先設(shè)定運(yùn)行的軌跡，然后基于GPS按預(yù)定軌跡飛行。該方法存在明顯的不足：（1）無法適應(yīng)檢測目標(biāo)或者周圍環(huán)境隨時間可能發(fā)生的變化，容易發(fā)生安全事故。例如，當(dāng)樹木生長至輸電線路附近時，無人機(jī)有較大可能撞上樹木，造成無人機(jī)墜毀。（2）該方法對無人機(jī)定位的精度有著較高的要求。然而，常用的民用無人機(jī)GPS的定位誤差可高達(dá)10m。雖然利用載波相位差分技術(shù)能克服這一問題，但是該技術(shù)需要建立較多的基站，以覆蓋輸電線路所處的較為廣闊的范圍，因而將該項技術(shù)應(yīng)用于輸電線路無人機(jī)自主巡航的成本太高，并不切合工程實(shí)際。目前，機(jī)器視覺技術(shù)是解決上述問題的潛在解決方式，也成為了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，采用GPS和機(jī)器視覺輔助技術(shù)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)是輸電線路無人機(jī)智能巡檢的未來發(fā)展趨勢。

2.3無人機(jī)續(xù)航

無人機(jī)續(xù)航能力不足是輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)中存在的另一關(guān)鍵問題，已嚴(yán)重制約了輸電線路巡檢的效率。目前，無人機(jī)續(xù)航時間通常為30min左右。為解決無人機(jī)的續(xù)航問題，部分地區(qū)已開始采用了設(shè)置無人機(jī)機(jī)巢的方法。無人機(jī)機(jī)巢主要有巡檢車改裝而成的移動式機(jī)巢和固定于桿塔頂部的固定式機(jī)巢。其中，移動式機(jī)巢可在一定程度上提高無人機(jī)巡檢的續(xù)航時間，但并不適應(yīng)無人機(jī)自主巡航的發(fā)展趨勢，并且人工、維護(hù)等成本較高;而固定式機(jī)巢僅需少量的人工干預(yù)，更加契合無人機(jī)自主巡檢的要求，因而具有較好的應(yīng)用前景。然而，如何將固定式機(jī)巢完備地融合于輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)中，還有諸多技術(shù)難點(diǎn)需要攻克。此外，對無人機(jī)進(jìn)行動態(tài)充能是一種更加理想的解決方案。通常這種方式，可直接提高無人機(jī)的續(xù)航能力，但也存在著一些需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。例如，供能端如何獲取能量問題、供能的穩(wěn)定性如何保證問題、供能存在的其他風(fēng)險如何避免問題等。利用輸電線路電磁場為無人機(jī)動態(tài)充能也是一種潛在方案，但目前還處于探索階段。

2.4無人機(jī)巡檢方法和規(guī)程

當(dāng)前，輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)仍處于試驗(yàn)階段，相關(guān)方法和技術(shù)并不成熟，整個巡檢作業(yè)流程尚未形成統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范。根據(jù)傳統(tǒng)的巡檢方法和現(xiàn)有的巡檢經(jīng)驗(yàn)，可將輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)按照巡檢內(nèi)容主要分為線路本體、附屬設(shè)施、通道及電力保護(hù)區(qū)三大部分。在無人機(jī)巡檢作業(yè)中，涉及人員配備、作業(yè)前準(zhǔn)備、無人機(jī)準(zhǔn)備、巡線工作、圖像視頻傳輸、圖像處理等多個步驟。

3結(jié)語

總體而言，在輸電線路檢查工作中，無人飛行器具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢，有效地代替了人力，能進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的檢查工作，顯著降低了檢查人員的工作強(qiáng)度，有效減少了輸電線故障。準(zhǔn)確、快速的調(diào)查減少了人力、物力的投入，有效地保證了輸電線路檢查工作的安全，極大地促進(jìn)了電力領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。

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