貴州電網(wǎng)有限責任公司輸電運行檢修分公司 謝皓凌 謝春

1 現(xiàn)狀概述

電力線路和設備是電力網(wǎng)絡的重要組成部分，由于長期運行和自然暴露，不僅受到正常的機械負載和電氣負載的影響，還經(jīng)常受到各種外部因素的影響，如雷擊和強風等。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是快速發(fā)現(xiàn)并消除造成線路和設備中元器件老化、疲勞、氧化以及腐蝕的因素。

無人機技術可以在監(jiān)控電力設備運行中發(fā)揮重要作用，從而減少人們電氣作業(yè)的工作量[1]。借助無人機可以清楚地觀察到關鍵部件是否損壞，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，無人機還可以應用在電網(wǎng)災后故障巡檢。當災害導致道路受阻，工作人員無法巡查時，無人機可以發(fā)揮替代作用，對輸電線路進行巡查，準確定位鐵塔和線路故障，視角更廣，能夠避免“盲區(qū)”。無人機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，固定翼無人機在輸電線路巡檢中得到廣泛應用。與傳統(tǒng)電力巡檢無人機相比，固定翼無人機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、山體滑坡等自然災害，將無法進行巡查。而固定翼無人機不僅可以應用于上述困難環(huán)境，還能夠精準判斷線路故障點及安全隱患[3]。據(jù)有關數(shù)據(jù)得出固定翼無人機在輸電線路通道巡檢中的應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)域寬闊的地形，人工是難以完成線路的巡檢工作，而無人機可以利用空中優(yōu)勢對線路進行大規(guī)模、精細化的巡查，填補人工巡檢的不足。

三是固定翼無人機具有巡航時間長、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、災后電網(wǎng)的巡視等[4]。

2 固定翼無人機巡線系統(tǒng)

2.1 固定翼無人機巡視系統(tǒng)組成

本文研究的固定翼無人機電力巡線系統(tǒng)主要由五部分組成。

一是該方案的無人機系統(tǒng)組成包括無人機動力系統(tǒng)、無人機定位系統(tǒng)、機載任務系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、空中通信設備，其中機載任務系統(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。

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 固定翼無人機巡線路通道的主要性能要求

2.2.1 飛控距離

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

2.2.2 起飛和降落

起降時，無論風速超過設計值（10～15m/s），風向角度超過30°，溫度在-35～+55°C范圍內均能夠起飛。固定翼無人機起飛采用彈射方式，降落采用傘回收方式，可以適應于任何環(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 飛行導航

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

2.2.5 機體飛行控制

固定翼無人機在飛行過程中較為平穩(wěn)，為此會配備一些較為先進安防攝像頭和光學器件，同時配備彩色攝像機、紅外熱像儀、紫外成像儀等自控攝像設備，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 自動驅動系統(tǒng)

一般情況下，固定翼無人機飛行模式選擇自動巡航模式。同時地面基站能夠實時接收到空中飛行無人機相關信息并下達飛控，這樣可以實時掌握無人機飛行情況并控制無人機。

2.2.7 鐵塔成像技術的自動跟蹤和快速對焦

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

2.3 固定翼無人機巡視對象及內容

固定翼無人機對輸電線路通道及線路本體巡視對象如表1所示。

表1 固定翼無人機對輸電線路通道及線路本體巡檢對象

3 應用案例

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行巡檢，進行三維重建，其中所選取的線路總通道寬為800m。

3.1 設備的選擇

無人機是固定翼垂直起降無人機，Ap101 自動駕駛儀選中型電動固定翼飛機專用飛控，攝像相機是36.4 兆像素的可見光相機，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)線路通道保護區(qū)內的樹障隱患、交通安全距離進行分析，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，對輸電線路通道導線弧垂建模、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)自動請求配對關聯(lián)相關區(qū)域。同時利用人眼雙筒望遠鏡的原理，在兩側照片中選擇導線上同名的點進行智能匹配，得到三種以上不同位置的空間信息，通過內置懸鏈線公式自動擬合生成導線擬合如圖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 導線擬合

系統(tǒng)可快速開展點云分類，結合導線安全距離標準缺陷參數(shù)，自動以不同顏色標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 應用成果

經(jīng)過20多天的飛行和內外業(yè)的合作，比計劃提前10d 完成任務，成果達到甲方要求。任務期間飛行里程合計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 結語

相比旋翼無人機，固定翼無人機作業(yè)可以顯著提高電力維護和維修的速度和效率，使許多任務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。固定翼無人機在輸電線路通道巡檢中的應用表明，固定翼無人機巡線具有可靠、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。