无人机巡检技术在架空输电线路巡检中的实践应用

    王焕 陈杰

    

    

    摘 要：巡检作业是保障输电线路稳定运行的重要基础，而无人机巡检作为信息时代新兴起的巡检技术，其不仅可以显著提高巡检效率和巡检质量，且不受环境因素的影响可多方位、多角度完成巡检作业，因而在实际应用中也得到了巡检人员的广泛认可。接下来，笔者将围绕无人机巡检这一技术，从基本概述、系统组成、作业流程、巡检类型、安全要求等方面对其展开探究。

    关键词：无人机巡检技术;架空输电线路;实践应用

    随着我国电网建设水平不断提高，长距离、高海拔、大跨越等高建设难度的输电线路也越来越多，这些输电线路在提高广大人民群众用电质量的同时也大幅度增加了运维巡检人员的工作难度。为了有效地解决这一问题，缓解线路巡检人员的工作压力，无人机巡检技术逐渐发挥了其应有的作用价值，这也是笔者将要重点阐述的主要内容。

    一、无人机巡检技术

    （一）基本概述

    无人机巡检技术主要是指工作人员通过对无人机进行远程操作，利用无人机中的传感设备来高效、高质地完成对电力工程中架空输电线路的自动巡检工作。与传统的人工巡检方式相比，该技术可以将巡检效率提升八至十倍，且具有成本低廉、安全高效、操作简单、机动灵活、视野良好、无须线路改造等应用优势。虽然目前我国线路巡检工作中人工巡检和无人机巡检各占一半，但显而易见，随着无人机巡检技术的不断优化，想必其所占比例也会随之增加，成为未来电网巡检的重要支柱。

    （二）系统组成

    （1）无人机平台。目前市场上比较常见的无人机设备有三种：第一种是无人直升机，与传统形式的直升机结构相似，区别则为工作人员可对其进行远程操控，与其他两种无人机相比劣势相对明显，如体积偏大、操作难度系数高、造价成本高等。第二种是多旋翼无人机，由多个旋翼构成，工作人员可通过改变旋翼速度来实现对其飞行姿态的控制，常应用于架空线路中的精细巡查作业中。第三种是固定翼无人机，通常将涡轮发动机或者螺旋桨作为源动力，续航时间相对较长，常应用于架空线路中大范围、高航程的巡查作业中。

    （2）数据获取系统。无人机平台的主要作用是为了搭载传感器、POS、稳定平台、避障系统等机械设备。具体如下：第一，传感器，如红外成像、激光扫描、光学相机、之外成像等;第二，POS，可帮助工作人员对无人机设备的具体位置进行测定，同时可对多次巡检作业所获取的数据信息在同一空间坐标时间线上进行历史对比;第三，稳定平台，主要用于将无人机设备处于正常飞行状态时外界的扰动因素进行隔离，提高设备飞行稳定性，从而保障最终的成像质量[1];第四，避障系统，通过雷达传感器对飞行路线中的障碍物位置进行准确的定位探测，以规避飞行过程中潜在的风险因素。

    （3）地面测控站。主要功能如下：第一，辅助工作人员对无人机的飞行状态进行实时监测和操作控制;第二，控制传感器对数据信息的获取方式;第三，为无人机进行领航。

    （4）数据通信链。通常包括机载的信号接收和信号发射设备、地面测控站中的信号接收和信号发射设备、通信中继设备等。主要作用为保障无人机设备与地面测控站之间的数据通信的可靠性。

    （5）数据处理系统。该系统通常是利用遥感数据处理或者摄影测量的方式来完成对无人机设备所采集的影响。视频、数据、点云、坐标等信息进行高效处理，从而对输电线路的运行情况进行准确掌握。

    二、实践应用探究

    （一）作业流程

    目前无人机设备在线路巡检工作中的作业流程趋于统一化，具体包括以下步骤。第一，空域申报，工作人员在开展线路巡检工作的前一周，工作人员应对巡检空域的使用进行申报，申报内容包括飞行空域、飞行计划等，所申报的飞行区域应与其他空域的水平间距应超过20千米，垂直间距则应超过2000米。第二，计划编制，工作人员可根据安质部门、运行单位、省调巡检对架空线路所提出的建议以及输电线路对无人机巡检工作的实际要求来确定巡检内容，包括全线、定点、定线等路线设定。第三，巡检准备，为了可以最大限度上确保巡检作业能够顺利完成，工作人员应在巡检之前做好充分地准备工作，如无人机设备检查。通信传输回路检查、机载巡检设备校验、控制模块检验、动力装置启动等等。第四，巡检執行，无人机技术在巡检过程中需严格按照《技术导则》《技术规程》等相关标准进行规范化操作[2]。第五，巡检报告，在巡检时工作人员还应及时地对线路巡检相关的数据信息进行整理，为该输电电路后续的运行维护提供数据参考。

    （二）巡检类型

    （1）正常巡检。通常是指工作人员根据架空输电线路在运行过程中的实际序曲对其进行周期制的巡检作业，并对其开展红外成像或者可见光等巡检项目，具体巡检内容如表1所示。

    （2）故障巡检。故障巡检通常是当输电线路发生故障问题时，无人机设备可在故障区域进行全方位的故障巡检，及时地将故障区域内的故障情况以及故障范围向工作人员进行反馈，将输电线路局部故障问题所造成的损失和危害降至最低。当工作人员接收到由无人机拍摄的线路图像时，需对其进故障类型进行进一步明确[3]。传统图像处理方式大多以人眼判断为主，不仅效率低，工作量大，且很难准确地处理一些相对复杂的线路故障情况。针对这种情况，工作人员可积极引进先进的技术，如路杆塔检测模型，其可以通过图像获取、聚类分析、特征匹配等方式自动判断出杆塔中潜在的故障问题。

    （3）鸟害巡检。由于输电线路通常被设置在丘陵、高山等地区，且通常以高塔架设为主，符合鸟林筑巢要求，因而常常会受到鸟类的影响导致输电线路频繁出现故障且无法正常运行。为了可以有效地解决鸟害问题，工作人员可根据年鸟类物种的迁徙特性及筑巢习惯，利用无人机设备在筑巢前期对其进行驱赶，对筑巢后期实施监控巡检，帮助工作人员更好地了解线路中不同区间的鸟害情况，并对其实施针对性地驱赶措施，以保障该区域段内输电线路的安全运行。

    （4）外破巡检。为了避免输电线路因车辆吊装、工程建设、市政修路、挖方取土等施工作业而受到破坏，导致输电线路无法进行正常运行，工作人员应定期利用无人机设备对输电线路的沿线区域进行外破巡检，为预防外破隐患提供影响参考，一旦发现异常情况应对施工企业进行及时沟通。

    （5）山火巡检。随着退耕还林理念在国内各地的不断渗透，输电下路沿线的植被也随之增多，从生态环保的角度来看植被数量增多是利国利民的好事，但同时也在一定程度上增加了输电线路的防火压力。尤其对于一些容易发生山火的季节和地区，工作人员应合理地利用无人机设备对对山区、森林等区段内的输电线路进行全方位的房山会巡检，显著降低山火对输电线路造成损害的概率[4]。

    （6）灾后巡检。当输电线路所属区段发生山土滑坡、水灾、泥石流、地震等不可控的自然灾害后，为了保障巡查人员的人身安全，工作人员可利用无人机设备第一时间进入受灾区域来完成相应的巡检工作，并对去内的线路情况进行有效收集，为工作人员后续的灾后线路重建工作提供参考依据。

    （7）树竹巡检。春季和夏季是树竹最适宜的生长期，处于该时间段内的树竹生长速度快，因此极易导致输电线路发生跳闸问题。对此工作人员可借助无人机设备并机载雷达探测或激光测距等巡检设备对特定区域内的树竹隐患问题进行排查，从而掌握输电线路的实际运行环境情况，为后续的树竹扫障工作提供参考。

    （8）红外巡检。通常来说，每年的夏季是我国用电的高峰期，输电线路在运行过程中常常会出现设备异常发热及其相关故障问题。对此工作人员可利用无人机设备机载红外测温来缓解人工红外测温工作的压力，同时还可对地势恶劣地区的输电线路运行情况进行快速诊断，在提高巡检效率的同时其巡检质量也得到了保障。

    （三）安全要求

    安全要求设定的目的在于提高输电线路巡检作业的可靠性，具体要点如下。第一，尽可能地选择在良好天气中进行无人机巡检作业，若必须在恶劣天气开展时，工作人员应结合巡查线路及天气情况制定相应的紧急预案，在相关部门批准后再执行巡检任务。第二，尽可能地选择安全空域进行巡检，尽量避免受炸石、火焰、无线电、爆破、烟雾等因素影响较大的空域。第三，在安全距离内进行无人机巡检，如表2所示。

    三、结语

    我们不可否认的是，无人机巡检已然成为输电线路项目中巡检作业未来的发展趋势。虽然现阶段人工巡检已然占据一席之地，但笔者相信随着无人机巡检技术的不断优化和提升，其一定能够逐渐代替人工巡检为输电线路的安全运行做出更大的贡献，为我国电力领域的长期发展添加助力，这也是每一位从事输电线路巡检作业工作人员的美好希冀。

    参考文献：

    [1]邵瑰玮，刘壮，付晶，谈家英，等.架空输电线路无人机巡检技术研究进展[J].高电压技术，2020，46（01）：14-22.

    [2]陈剑刚，姚璞，杨俊武，等.无人机在架空输电线路巡检中的应用研究[J].湖南电力，2019，39（05）：74-77.

    [3]吳立远，毕建刚，常文治，等.配网架空输电线路无人机综合巡检技术[J].中国电力，2018，51（01）：97-101+138.

    [4]陈利明，刘伟东，李源源，等.无人机系统在架空输电线路巡检业务中的应用[J].测绘通报，2017（s1）：169-172.