输电线路无人机巡检路径规划应用研究

输电线路无人机巡检路径规划应用研究

王凌波 周龙

国网甘肃省电力公司天水供电公司 甘肃省天水市 741000

摘要：电力作为现代社会最基础的能源之一在各个行业中发挥着极为重要的作用。我国的输电线路分布非常广，大多处于自然环境恶劣的区域，户外的输电线路杆塔经常受到风吹雨淋，在温差等因素的影响下，会出现磨损、自爆及锈蚀等问题，这些问题若不能及时发现并解决，必然会给输电线路带来重大损失，同时也存在重大安全隐患。为了保证良好的用电环境，需要对输电线路进行定期巡视，但是输电线路人工巡检作用有限，并且恶劣的巡检环境也不利于人员操作，所以在航空和信息技术快速发展下，无人机巡检逐渐开始替代人工巡检，并成为当前输电线路巡检工作的研究热点。本文就输电线路无人机巡检路径规划应用展开探讨。

关键词：无人机；超高压输电线路；巡检路径

引言

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。

1当前输电线路巡视现状

（1）愈发复杂的巡视环境。目前，我国电力工业发展迅速，覆盖了我国大部分地区。然而应当指出的是，许多输电线路都在山地，地理环境极为复杂，气候条件也很恶劣。在中国西北部，主要是山丘和山脉，大部分传输线都在那里，尽管大多数塔建设在没有人居住的土地，这使得检查专员很难找到问题的点，因此他们面临未知的风险。气候越来越复杂的检查条件往往造成巨大的物质和人力费用，并带来许多安全风险。（2）较多的巡线内容。对输电线路的检查一般较多，覆盖范围更广。这就增加了手工检查的工作量，并要求检查人员具备更多的综合能力。这项工作的主要内容是检查线路对环境的影响。对辅助设备的检查主要包括各种保护设备的操作状态、固定件的腐蚀程度。警报信号的存在和监视设备的运行状态。从无人机环境检查的角度来看，相应的部件包括地面活动、航线和树木、建筑物的安全距离、航线周围的地面沉积以及建筑环境等。

2输电线路的特殊需求

1. 数量多。随着社会的不断发展，用电量在逐年递增，这也对国家的电网建设提出了更高的要求，需要不断地扩大对杆塔巡视和检修的规模。（2）距离远。输电线路是连接发电厂与变电站之间的一个重要电力设施，普遍长度较长。尤其是近年来特交流、直流输电的快速发展，有的单条输电线路长达几千公里。为了降低建设的成本，会增加各个塔杆之间的距离。（3）目标小。在线路的巡检过程中利用无人机进行巡检，主要检查输电杆塔中的各种金具。无人机巡检的金具通常体型偏小，因此目标也较小，巡检工作人员很难发现。

3无人机巡检系统组成

（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;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。

4输电线路无人机巡检路径规划应用

4.1确定巡检项目

一般来说，巡检主要是对线路的主体、通道还有其他附加设备进行检查，也就是说，巡检包含了对线路的精细巡检、对点位的巡检、对线路范围的检查三部分内容。无人机巡检主要依靠红外成像仪和高清相机进行，红外成像仪能对设备发热作出及时的反应，从而辨别设备是否存在故障，而高清相机能清晰记录输电线路及其附属设备的运作，能及时掌握异常情况。巡检作业不仅包含了对线路通道内的总体检查（如施工情况，构筑物情况，可能存在的地质灾害），还包含了对导线、基础、杆塔等零件及标示牌、防雷及监测装置等外在装置的巡检。

4.2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，巡检执行，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。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。

4.3巡线数据处理方法

对于现在的无人机来说，采集到的图像信息需要经过人工分析。工作人员根据无人机拍摄的图片进行分析，找出杆塔所存在的安全隐患。这样的方式会受到很多干扰因素的影响，例如大雾天以及阴天等因素，对无人机拍摄的画面都具有一定的影响。目前，浙江的电力公司在线路巡检时利用无人机搭载SAR雷达进行巡视，可以解决在大雾环境下的导线断线巡视。要加强无人机的巡检效率，就需要尽快应用无人机图像处理的系统程序。这种程序可以对图像进行降噪，避免图像模糊，使无人机拍摄的图片更加清楚。

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．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．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］吴立远．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．