多旋翼无人机在输电线路巡线中的应用

1、多旋翼无人机在输电线路巡线中的应用摘 要：当下输电线路巡检自动化已成为电力系统维护的必 然趋势和开展方向，无人机巡检方式的普及，将极大减轻送电线 工在线路日常巡视、紧急抢修、状态监测等方面的工作压力，在 消除人工巡检盲点的同时，提高了巡检效率与巡视质量，保障了 巡检过程中的人身平安。本文简述了国内外无人机巡线技术的研 究现状，将常见的巡线用无人机进行分类比拟，得出不同种类无 人机巡线的优缺点，并以WOOkV同塔双回耐张塔巡线拍摄为 例，详细介绍了小型旋翼机巡检过程中的操作流程和基本注意事 项。最后还展望了图像、数据处理技术，以及要求更高的激光雷 达巡线技术。关键词：输电线路；无人机；巡检D0I

2、： 10.16640/j. cnki. 37-1222/t. 2019. 09. 148 0引言随着电力网架构成的进一步丰富、智能电网的迅速开展，继 续依靠传统人力巡检输电线路已无法满足现阶段的巡线要求。基 于当前无人机在民用领域的应用日益广泛，相应软、硬件技术日 趋完善，利用无人机代替人力进行巡线，可以到达人力很难到达 的地方，且巡线效率高，范围广，具有极其广阔的应用前景。国 家电网公司关于输电线路无人机巡检技术的相关研究和应用也在 逐年加强。1无人机分类比拟固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机为常用电力专用 无人机，其各有优缺点，应用于不同的巡线场合。固定翼无人机 飞行速度快，续航时间长

3、，但不能悬停于空中，适用于进行输电 线路通道大范围、长距离巡检。无人直升机飞行灵活，能快速准 确的进行输电线路作业，现已基本运用到对输电线路通道环境监 测，交叉跨越复核检查，重要隐患监控等方面的巡视工作。多旋 翼无人机最大的特点便是能垂直起降，飞行控制灵活，稳定性 高，可应用在电气线路设备的参数收集、故障查找等任务中。在 故障段确定的情况下，多旋翼无人机能在接近线路处进行空中悬 停，完成输电线路杆塔设备、绝缘子等定点目标的精益化巡检工 作。总结以上各类无人机的优缺点与当前电力生产工作实际相结 合，架空输电线路的巡线建议使用固定翼无人机搭配小型旋翼机 或无人直升机进行。而固定翼无人机和无人机直升

4、机的价格相对 较高，基于巡线频率与性价比综合考虑，价格廉价且操控灵活的 小型旋翼机是现阶段最值得推广的机型。2无人机巡检流程我们以lOOOkV同塔双回耐张塔巡线拍摄为例，对无人机巡 检流程进行简要介绍。小型旋翼机巡线一般巡检流程如下：第 一、收集巡检线路资料，确定巡检线路的地点、巡检时间、人员 和车辆安排等内容；第二、确定杆塔类型、杆塔数量、杆塔巡检 对象、拍摄要求、拍摄数量；第三、勘查巡检现场，了解杆塔位 置、线路走向、地形、地貌、风向、风速、光源方向、信号塔、 山丘、河流、树木、矿藏、地下管道等；第四、制定飞行计划， 确定地面站放置点、飞手站立地点、飞机起飞点、飞行方向、飞 行路线，尤其需

5、要注意杆塔方位、风向、风速、光源、树木、通 讯塔、山丘、矿藏、管道、温度、飞手站位与杆塔电线的角度； 第五、根据巡线需求调整相机中设置的照片质量，实施巡检，每 个拍摄对象拍摄5张以上的照片，以防止因为无人机抖动造成的 相片重影，图像发虚等情况，从中选择最优照片，防止因为不合 格照片而需重新飞行，以便提高飞行的效率。下面将对实际应用过程中杆塔巡检拍摄步骤进行简要介绍：步骤一：起飞后缓慢上升至左线下相，机身与线路左线大号 侧绝缘子串水平，拍摄绝缘子串及连接金具；缓慢下降，机身与 线路左跳线硬管母水平，拍摄硬管母整体及连接金具；缓慢上 升，机身与线路左线小号侧绝缘子串水平，拍摄绝缘子串、金具 等。步

6、骤二：缓慢上升至左线中相，重复步骤一。步骤三：缓慢上升至左线上相，重复步骤一。步骤四：缓慢上升至塔顶，略高于地线，拍摄左侧地线及 挂点和金具。步骤五：翻越杆塔至另一侧，缓慢下降，拍摄右侧地线。步骤六：缓慢下降至右线上相，机身与线路右线大号侧绝缘 子串水平，拍摄绝缘子串及连接金具；缓慢下降，机身与线路右 跳线硬管母水平，拍摄右跳线硬管母整体及连接金具；缓慢上 升，机身与线路右线小号侧绝缘子串水平，拍摄绝缘子串及连接 金具。步骤七：缓慢卜.降至左线中相，重复步骤六。步骤八：缓慢下降至左线下相，重复步骤六。步骤九：拍摄大小号侧通道及周围危险点。以上九个步骤为巡检lOOOkV同塔双回耐张塔时的拍摄方

7、式，其他电压等级的线路巡检过程与其类似。同时我们还应该注 意到小型旋翼机巡线时天气状况影响较大，当风力高于3级 时，无人机会出现飘移的情况，可能导致其与输电线路、输电杆 塔设备等无法满足有效的平安距离，甚至发生碰撞。因此加装测 距系统也是目前众多巡线用无人机的标准配置。目前使用最多的 是超声波测距模块，超声波模块的特点是必须符合探测角度足够 大的要求，测量距离的范围适中即可。小型旋翼机机体较小，能 近距离飞抵输电线路附近，我们这里选用的测试距离以6-10米 为宜，检测的精度能够到达毫米级，这也是我们将小型旋翼机作 为线路巡检设备首先的考虑因素之一。3后期数据处理目前，无人机巡检作业已然成为了输

8、电线路智能巡检的主要 方式。无人机在巡检作业时拍摄了大量的数据资料，对于这些数 据，国内相关从业单位主要还是以人工处理为主，或由人工在线 监视、实时判断发现输电线路设备的异常情况。人工处理的模 式，一方面会增加很大的劳动强度，另一方面个人因素对后期数 据的分析质量也会造成不确定的影响。而采用人工在线监视、实 时判断发现输电线路设备的异常情况，又比拟容易遗漏或误报关 键信息，因此采用人工处理无人机巡检数据的方法实际上并不值 得继续推广。可喜的是，随着近些年基于嵌入式系统和图像处理技术的输 电线故障检测技术的迅速开展，我们可以让无人机搭载图像传感 器和嵌入式处理器，将采集的图像进行预处理、输电线识

9、别与定 位、输电线上附件识别，将输电线从复杂背景中进一步别离出 来，再进行导线弧垂监测、绝缘子状态评估、异物挂线、导线断 股、金具形变等故障检测，加之对报警信息及分析后的视频信号 进行存储，以及对存储数据的快算检索，并通过GPRS网络将输 电线状态实时反应至地面控制台。新技术的革新、新产品的研究 与推广，使得无人机巡检能够做到有效快速地进行故障检测和分 析，平安便捷地向控制中心提供输电线路状况，无论是在输电线 路巡检质量，还是在巡检设备承载力上都有了质的飞跃。4总结与展望我们可以清晰的看到，以美国为主的兴旺国家依托于先进的 无人机研发基础，在无人机电力设施巡检领域一直处于领先地 位。纵观国内近

10、几年的无人机开展状况，各类基于无人机类型产 品的科技公司层出不穷，例如大疆、3D Robotics、派诺特、零 度、极飞等，这些公司生产的无人机产品更多倾向于民用航拍, 阈内无人机行业在机身材料革新、位置及姿态传感技术、无人机 地面站技术等方面的开展也是有目共睹的。但是在电力行业，特别是在输电线路巡检方面，由于输电线 路巡检复杂多变的巡检环境以及需要基于输电线路进行无人机任 务规划、无人机禁飞区设置等多方面的特殊功能需求，截至目前 国内还没有专门针对输电线路巡检所开发的系统的无人机量化产 品。且国内无人机行业还处于硬件开发层面，配合无人机巡检的 地面监控系统，以及后续的数据在线处理、智能识别、

11、诊断技术 等类型的软件技术开发方向的研究还是收获甚微。目前电力巡检监控系统与无人机之间依旧是一对一的工作模 式，即一台地面监控系统只能监控一架巡检无人机，监控系统和 巡检无人机间的通信策略研究，将会是影响电力用无人机开展的 重中之重，如何能够通过地面监控系统的智能监控，实现多无人 机智能、自主和协同巡检，以便进一步提升巡检效率，也会成为 巡检用无人机的重点研究方向。随着电子信息技术的开展，引入 具有真正意义上的人工智能计算机视觉分析技术，使巡检系统具 备人眼的识别和人脑的分析能力，利用无人机巡检系统图像的仿 生视觉处理，我们可以清晰的识别输电线路的杆塔、导线、附属 设备、弧垂变化等情况，对无人

12、机巡检数据中重要的缺陷和隐患 进行及时、有效的处理，以便提高无人机巡检水平，减少人为后 期巡检数据处理的工作量。随着尖端技术的开展和普及，在军工 领域运用较多的激光雷达技术，也将会成为未来电力专用无人机 巡检技术可拓展延伸的方向。我相信，利用数字图像处理技术实 现对巡检图像进行预处理功能，实现复杂自然背景下输电线路及 附属设备的自动提取与识别，实现无人机巡检数据处理分析的智 能化将是国内外电力用无人机开展的必然趋势。参考文献：1侯飞.电力专用无人机的巡检技术应用分析D.华北电力 大学(北京)硕士论文，2017 (06).1黄世龙，顾雪平，张建成.用于电力巡线的新型油动固定 翼无人机设计J.电力系统自动化，2014, 38 (04) ： 104-108.2加鹤萍.基于机翼变形的新型电力巡线固定翼无人机的研 制J.内蒙古电力技术,2013, 31 (03) ： 33-37.3无人机巡线工程实施方案R.湖南电科院工程研究报告,2011.4C. Whitworth, A.Duller, and D.Jones, Aerial video in