无人机电力线路安全巡检系统及关键技术

秦志勇　刘华　项兴尧

摘 要：无人机是当下科技发展的焦点，无人机在应用于电力线路巡检领域是未来无人机发展的重要方向。本文通过对无人机飞行技术进行深入研究，研制出一台在复杂条件下巡检电力线路的无人机，并进行实际工程应用，实验数据表明：该无人机系统设计是合理、可行的。

关键词：无人机；电力线路；安全巡检系统；关键技术

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0139-02

随着信息技术的发展，无人机的应用范围也越来越广泛，其在电力线路巡检领域也取得了长足的发展。电力巡检线路地形复杂、各种电磁干扰较多，这给无人机的安全飞行带来了较大的挑战。本文针对此问题，首先对无人机飞行技术进行深入研究，再通过对无人机的系统设计，设计出一台在复杂条件下巡检电力线路的无人机，并通过某省电力公司工程应用，成功演练无人机在电力线路巡逻可有效避障、确保飞行安全、提高线路检查效率，充分体现其设计的合理性与可行性。

1 大型无人机自动安全飞行技术

1.1 实时差分定位

在复杂的地形中，为实现超低空、超视距安全稳定飞行的目标，无人机飞控系统在大多数情况下需要采用制导精度较高的定位导航系统。差分定位就是实现高精度导航定位的技术之一，能够有效提高定位精度。一般来说，差分系统主要包含三个组成部分：基准站接收机、差分流动接收机、差分数据链路，如图1所示。

1.2 无人机中继通信

受到地形条件、多径效应、频率、电磁干扰等多方面因素的影响，无人机通讯链路受到限制。针对此问题，人们研究制成了对电力线路进行巡检的无人机数据链路中继系统，使无人机能够长时间、超视距飞行的功能，实时传送通道信号，使得无人机进行电力巡检作业时，能够接收超低空的通信信号。

无人机通讯链路采用无线通讯组网的形式；无人机地空中继链路通信大体上分为2种，一种为中继模式，另一种为无中继模式。在中继模式下，目标无人机与地面接收站通过中继机完成数据信息的通信，而在无中继的模式下，目标机与地面接收站之间直接进行数据信息的交换，确保无人机与地面之间的通讯质量。

无人机的中继链路系統主要可分为：目标机模块、地面站模块、中继机模块等三部分。通过地面站通讯控制软件，可实现界面是可视化、监控各节点的运行状态、手动调整点配置参数，历史数据存储与分析、障碍物的实时报警等。

1.3 自主雷达避障

为了在复杂条件下能够超视距、超低空的飞行，无人机需要自主避障且预警。针对上述要求，本文研制了一套多功能、带伺服机构的米波雷达避障系统，提高系统的避开障碍的能力。本文设计该系统检测高压线路导线、铁塔、树木等障碍物，预警功能可以让目标机具有足够多时间进行预警，避障时能够对0.2公里范围内障碍物，实现无人机自动识别、自主避障，遇到障碍物时可实施自主悬停或返航等规避障碍物的相关策略，确保无人机的飞行安全。

1.4 飞行计划和航迹规划

无人机需要巡航监测的电路线路条件复杂，在相关作业区域内电力干扰多，对无人的安全飞行是一个较大的威胁，其主要可分为两种情景：（1）巡检航线与电力线路有交叉之处；（2）巡检航线与电力线之间的距离为非安全距离。

2 人机电力线路安全巡检系统设计

2.1 巡检系统主要组成

电力线路巡检无人机是一个集中化复杂系统，基于遥感技术，其主要可分为四大部分：无人机平台及相关数据信息获取系统、地面测控站、数据通信链路系统、数字地面处理系统。无人机的核心组成如图2所示。

2.2 巡检系统关键技术

在无人机电力电路巡检系统中，无人机平台、地面数据测控站、数据通讯链路等相关技术已经具备，电力线路巡检系统中采用遥感技术，尤其多传感技术及其后期数据处理方面的技术在国内鲜见报道，尚处于摸索研究阶段，以下为无人机巡检电力线路系统中较为重要的几种技术，分别为：（1）无人机飞行姿态相关控制技术；（2）多传感器高精度时间同步技术；（3）电力线路缺陷、隐患探测技术；（4）机载激光扫描仪各项系统参数校验技术；（5）无人机无线通讯技术；（6）相关检测数据处理技术；（7）多条带点云数据高精度配准与拼接技术；（8）海量点云全自动DSM、DEM生成技术；（9）基于GPGPU模型与百核级集群技术的正射影像采集技术。

3 试验案例

在2012年，某省电力有限公司分供电公司采用无人机对500KV支线、220KV支线等多条支线进行安全巡检，租用其周边民用机场为无人机的起飞、降落及其保障的基地，在整个巡检过程中，巡检时间共计78小时，飞行68架次，巡检电力线路长797公里，查找出电力线路安全问题95处。

此次在复杂环境下的演练，充分体现出了无人机可在山区、高温的复杂气象条件下巡检电力线路，同时也证明了该无人机系统设计的可行性与合理性。

4 结语

无人机巡检系统在电力线路巡检领域的成功应用可减少人力的工作，可快速完成巡检作业任务，是未来无人机发展的一个重要方向。本文针对在复杂条件下实现无人机对电力线路进行超低空、超视距、安全稳定巡检的要求，研制出一台在复杂条件下巡检电力线路的无人机系统，实现自动巡检，并进行实际工程应用，实验数据表明：该无人机对电力线路巡检可有效避障、确保安全飞行、线路检查效率高，充分证明该无人机的设计的合理性与可行性。

参考文献

[1]彭向阳，钱金菊，麦晓明，等.大型无人直升机电力线路全自动巡检技术及应用[J].南方电网技术，2016，2（10）：24-31.

[2]彭向阳，刘正军，麦晓明，等.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J].遥感信息，2015，1（30）：51-57.

[3]吴冰莹，戴礼豪，林朝辉，等.大型无人机在复杂环境下电力巡检研究[J].科技创新导报，2014，2（10）：28-34.endprint