无人机电力线路安全巡检技术探究

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摘要：无人机属于电力线路安全巡检新型技术，这种新兴的自动化航测设备灵敏度高、操作简便，同时能够克服巡检作业区域较为复杂带来的阻碍。

关键词：无人机；电力线路安全巡检；关键技术

1无人机电力线路安全巡检的含义与任务

无人机属于电力线路安全巡检新型技术，这种新兴的自动化航测设备灵敏度高、操作简便，同时能够克服巡检作业区域较为复杂带来的阻碍。通过敏感的遥感技术，利用无人机对相关巡检设备进行搭载，可对电力线路的安全巡检过程进行精确的数据获取，保证将操作人员的安全危险系数降到最低[1]。与此同时，可帮助技术操作人员频繁反复地对电力线路的运行安全进行有效维护，配合使用无人机对电力线路的安全巡检操作进行组织落实时，无人机首先要对巡检区域的复杂地形条件进行数据采集，同时采用多批次无人机平台飞行试验的方式，确保电力线路系统的性能符合优良要求。为了让数据获取得更为全面，技术操作人员还可反复多次地开展无人机平台飞行试验操作，与此同时，利用run机影像与遥感数据处理平台对获取到的相关信息进行精确分析与结果预判[2]。通常情况下，架空电力线路在电网系统运作过程中扮演着十分重要的角色，不仅能够保证大功率的电流稳定通过线路传送到用电用户家中，还可有效降低电能运输过程中所出现的电能消耗[3]。但为了让电能覆盖的区域更广，架空电力线路区域覆盖范围、地形地势、水文气候等自然环境可能较为复杂通常情况下，采用人工巡线的方式不仅会耗费大量的人力、物力，占用的时间也较多，同时基层操作人员还可能在巡检过程中受到较大的安全威胁，整个作业过程较为危险，安全事故发生概率较高。与此同时，复杂的地形气候条件也可能会给工作人员带来较大的劳动强度，总之采用人工方式开展电力线路巡检工作效率较低。伴随无人机技术在电力线路巡检工作中的应用，以上问题全部得到有效克服，无人机技术还能够让整个电力线路的巡检过程更加安全高效，可有效摆脱环境因素的影响与限制[4]。

2无人机电力线路安全巡检系统的系统构成

2.1多传感器数据获取系统。多传感器数据获取系统从字面意义上就可以理解到，子系统由多个子系统组合而成，包括无人机飞行平台系统、多传感器数据获取系统、稳定平台、POS定姿定位系统等。这些系统的精确组合，让无人机的飞行平台功能可以更为丰富，同时在性能发挥过程中也可出色的完成各种飞行与信息采集任务。如对无人机的飞行平台进行种类划分，还可分成固定翼飞行平台以及旋翼飞行平台两种。技术操作人员组织开展电力线路安全巡检工作时，无人机飞行平台还需搭载传感器系统与稳定平台机载设备。需注意的一点是，不同的电力线路巡检环境如电力系统巡检任务的任务类型、飞行距离与飞行速度等，会导致无人机平台配合应用的方案会有所差异，这需要视实际情况而定，保证无人机飞行系统可获得更好的电力线路巡检效果。在组织落实基于可见光拍摄的快速巡检任务时，技术操作人员应配置小型固定翼无人机平台，因为这种无人机电力线路巡检系统体积更小、环境适应性更强，能高效的完成电力线路巡检系统的巡视任务。同时光学数码相机、热红外成像仪和激光扫描仪等构成了其传感器系统，不仅能够对电力系统中的绝缘子爆裂或是地线断股问题进行精确定位，输电线路设备的视频信息采集层面也可使用无人机输电线路红外设备，也就是热红外成像仪。同时，无人机上的稳定平台还能保证热红外成像仪发挥出较好的图片数据采集效果，保证目标的成像质量，POS定子定位系统可帮助无人机最大限度地规避风险，防止出现成像模糊、飞行不稳定的情况。

2.2地面测控站系统。通常情况下，无人机的飞行状态主要由地面测控站系统来进行监控，而地面测控站系统由多个控制系统组成，包括无人机、平面地面控制系统、数据编码系统以及实时数据分析系统。各种子系统在对无人机的飞行过程进行控制时，地面控站系统可直接通过传感器数据信息传输方式对相关数据进行获取与分析。

2.3数据通信链路系统。无人机执行电力线路的巡检工作时，数据通信链路系统可发挥出较强的通信功能，保证无人机可随时随地地将数据传输给地面测控站系统。如果从组成部分上分析，地面测控站、信号收发设备、无人机通信设备等让数据通信链路系统功能更为强大，同时可在较为恶劣的环境中稳定的获取相关数据与图片信息。从系统的等级上看，数据通信链路系统为子系统，基本功能是对地面测控站与无人机飞行平台之间的数据通信与交换进行过程稳定性保障，防止出现信号较差或是通信过程因突发状况而中断。此系统可保证无人机在外部环境较为复杂的作业区内获得更好的通讯能力并保证传输给数据中心的图片与视频更加清晰稳定。无人机巡检系统可直接满足数据链路的传输需要，并保证发挥出的功能与数据链路传输需求相匹配。与此同时，技术操作人员可根据电力线路安全的巡检系统实际情况来对数据传输的速率进行控制，通常情况下需将其控制在4Mbps~8Mbps之内。

2.4数据处理系统。数据处理功能得以有效发挥的原因是，地面系统可实时精确地接收无人机传输的相关信号指令或图片数据，在无人机发挥电力线路安全巡检功能时，数据信息的后期处理与储存作用也可更高效的发挥，可快速对获取到的信息进行精确分类与价值分析。同时，多传感器数据预处理系统与几何处理系统共同构成了地面数据处理系统，而地面处理系统在发挥功能时，主要依靠摄影测量、遥感分析等数据处理方法。

3无人机电力线路安全巡检的关键技术

3.1飞行姿态控制技术。外界环境因素，如气候因素中的强风或降水，都可能对无人机的飞行状态与姿态产生较大的影响，致使无人机的飞行控制出现不稳情况。无人机的姿态控制技术属于无人机电力线路安全巡检系统中的一个重要应用，不仅能让无人机的飞行状态更加稳定，还能让无人机按照预定线路规划开展飞行过程。依据专业研究人员的研究数据结论，LQG控制器主要控制无人机的俯仰翻转姿态，而PID控制器也是无人机飞行控制中的一个重要系统，可有效预防无人机在飞行或航拍过程中出现偏航问题。因此在无人机电力线路的安全巡检过程中承担着飞行姿态的控制职责，子系统的敏感性与抗干扰性必须较强，否则就可能致使无人机的飞行状态无法更为稳定。

3.2地面数据处理技术。无人机电力线路巡检工作主要由地面数据处理技术承担，地面数据处理技术主要是利用巡检设备中的红外成像仪、紫外线成像仪或POS系统联合保证数据传感器可以发挥出较强的数据收集与分析功能。地面数据处理技术还能够对有效信息进行收集与分析，保证生成的数据结果更加精确，具备更强的参考性。

3.3正射影像采集技术。通常情况下，无人机电力线路安全巡检系统中的正射影像采集技术需与GPU模型联合，并以GPU模型为基础，保证采集技术的数据采集作用可全面发挥，在对此项技术进行应用时，其最大的技术优势是能让正射影像采集速度大幅提升，并为航测影像的快速处理提供技术方面的支持。

3.4线路隐患、缺陷的探测技术。3.4.1视觉探测技术。视觉探测技术也被称作为可见光探测技术，一般会被应用在线路隐患和缺陷的探测操作之后。技术操作人员可借助无人机搭载的高清相机与摄像机，对整个巡线过程进行图片与视频获取，与此同时借助信息技术将相关信息数据传输给地面基站。此时基站工作人员可直接利用专业系统对线路的整体情况进行精确分析，需注意的是，视觉探测技术能甄别出电力线路的安全巡检过程中可能会出现一些显性故障，如导线断股、异物悬挂或是杆塔变形等，这对于后期的线路分析工作有着非常重要的指导作用。所以，视觉探测技术必须发挥出强大的视频与图片清晰摄取的功能。3.4.2红外线、紫外线探测技术。红外热成像仪在对无人机飞行过程中的表面温度进行提取时，具备较强的敏感度，能准确测量到无人机表面温度超过周围环境温度的异常温升点。因此此设备最大的作用是能依据红外光谱图像对无人机飞行器的线路接头、线夹和绝缘子设备进行温度监控，及时发现设备在实际运作过程中可能出现的异常发热情况，并对发热点进行精确定位。紫外热成像仪在实际应用过程中，还具备接受线路设备放电过程中出现的紫外光讯号功能，同时对无人机电力线路安全巡检工作进行落实时，技术操作人员可直接配合图像对系统出现的导线外伤、绝缘子放电及污染等放电等现象进行精确捕捉，尤其是紫外线探测技术被应用在电力线路巡检过程中时，技术人员必须时时关注太阳光以及人造光源，因其可能会对巡检工作造成了干扰进行重视，防止因为任何遗漏致使无人机出现飞行安全问题。3.4.3激光雷达探测技术。激光雷达探测技术在实际应用过程中，由于激光具备较强的单色性和相关性特征，所以将其应用在无人机电力线路安全巡检操作步骤中，能发挥出良好的方向定位功能。伴随时展，激光技术的使用功能也在不断扩展，因此其在角度检测、距离测量以及长度测量过程中，同样可发挥出较大的应用价值。通常情况下，连续波相位式测距技术与脉冲式测距技术最为常用，同时将无人机电力线路巡检技术与激光雷达技术进行融合，可协助巡检人员在扫描线路走廊内获得精确度更高的激光点云数据，保证高分辨率航空数码影像技术可辅助三维建模工作高精度落实，获得更好的建模效果。在电力线路巡检过程中应用激光雷达技术，还能辅助巡检人员开展输电线路与树木、建筑物的距离测量工作，保证获得的数据结果更加精确，同时精确定位故障缺陷，为接下来的工作提供指导。无人机电力线路巡检系统还需得到GPS技术的辅助，尤其是在激光雷达技术应用过程中，GPS巡检系统能保证数据获取的准确，保证无人机平台的任务载荷得到高水平获取，电力线路GPS巡检系统安装的前后比较如下。巡检落实：难于落实/必须到现场、巡检时间可考核；检测项目规范：不规范/规范；状态量化：量化少，感觉多/多，仪器测量；记录：记录少/记录多；交流：不方便/方便；在线帮助：无提示，存在漏检/在线提示，状态判别（贴身助手）；设备维护档案：无，状态趋势无/有，有状态趋势曲线。

3.5无线通讯技术。无人机的遥控测量功能、信息传递功能以及跟踪定位服务功能，三种功能的全面发挥离不开无线通信技术的辅助。为了让无线通讯技术的作用全面发挥，在对无人机的遥控测量工作进行组织落实时，应对几方面进行重视：首先，测量无人机的飞行状态，保证无人机在飞行过程中路线精确、过程稳定；其次，精确测量无人机设备的相关参数，对无人机系统获得数据背后的价值被更深入的开发。还可借助无线电通信技术以及巡检技术对正在运行采集信息的无人机飞行状态进行获取，并通过地面设备对其进行控制，无人机上装载的任务荷载传感器在信息传输过程中发挥着不可替代的作用，能够让地面系统对无人机进行跟踪定位，同时新建技术人员还可及时了解到无人机当前的位置以及任务的完成效果。如发现不稳定的情况可及时操作系统进行纠正，无人机的巡检技术由多个系统或技术终端组合而成。同时也横跨了图像识别、电子通信以及影像采集等多个技术领域，构建出一个完善科学的无人机巡检系统，能够让巡检工作的劳动强度得到有效降低，同时大幅缩减巡检资金与时间成本保证有效提升巡检工作的落实效率。需注意的是，无人机电力线路安全巡检系统以及关键技术的科学应用与革新，还直接促进了航测技术与电力技术的快速发展。综上，无人机跟踪定位系统相关功能的有效开发，能够让巡检技术操作人员随时随地掌握无人机飞行的位置以及飞行过程中产生的路线，保证无人机飞行工作状态得到有效监控，并维护其飞行过程的稳定。

参考文献

[1]高旭东,张军朝,等.无人机电力线路巡检安全距离测量新方法[J].现代电子技术,2020,5.

[2]蔡文霞.无人机电力线路安全巡检的关键技术[J].通信电源技术,2019,12.

[3]李根,潘镇.对无人机电力线路安全巡检系统及关键技术的探讨[J].建筑工程技术与设计,2019,5.

[4]李虎,马林,等.“5G+无人机”输电线路泛在巡检技术应用研究[J].计算机科学与应用,2020,8.

作者:谢晓君 杨小龙 倪天江 单位:内蒙古电力（集团）有限责任公司航检分公司 中飞赛维智能科技股份有限公司