输电架空线路无人机巡检技术应用

李伟

摘要：无人机巡检技术在目前的企业输电架空线路巡检工作中应用广泛，它能够迎合当前日渐提高的电网结构复杂化程度，确保巡检维护到位。不过，无人机在控制过程中是存在失控、撞机甚至被劫持等多种事故的，再加之企业输电架空线路技术内容繁多，所以必须基于线路结构巡检要求提出并使用无人机巡检技术。

关键词：输电架空线路;无人机;巡检技术;应用

1当前无人机巡检存在的问题

随着无人机技术的成熟，其被广泛应用于电力、交通、安防等领域。作为电力行业的主要应用场景，输电线路无人机巡检在全国各地进行了试点，并取得了较好成绩，但也突显出一些问题，使无人机巡检无法实现广泛应用。

无人机巡检需要运维人员同时具备电力巡检和无人机操控的双重能力，在缺少运维人员的情况下较难实现无人机的广泛应用，同时运维人员综合素质参差不齐，给无人机巡检的质量带来较大不确定性;由于通信技术的限制，当前无人机使用4G、Wi-Fi或蓝牙等通信方式，带来空域定位精度低、带宽小、高延时和操控范围小等问题，导致传输图像不清晰、无人机误碰高压线和坠机等现象。Wi-Fi点对点的形式，通信距离一般不超过500 m，图传能力可达到1 080P，每秒30帧左右;4G网络在网络覆盖的情况下，不受操控距离的限制，图传能力以720P为主;蓝牙传输则在传输距离和图传能力方面均处于最低水平。因此现阶段无人机无法完全满足输电线路巡检的需求。

2无人机在电力行业的应用特点

2.1使用成本低

无人机体积小、重量轻、成本低，经过专业培训即可上岗操作，大大缩减了对人工的依赖。

2.2作业效率高

可突破地形、地势限制，到达人员、车辆无法到达的地方进行数据采集，效率是人工走线检测的数十倍。

2.3安全性高

可以避免人工登塔作业、带电作业等可能造成的伤亡。

2.4远距离、无接触

可高效准确地采集相关数据，避免与当地居民、利益相关人发生接触，为后续选址、规划、拆迁、施工等提供基础数据。

3无人机巢-巢巡检技术的实践应用

3.1巢-巢巡检技术模式的实践应用

巢-巢巡检技术模式属于无人机巡检工作中的新技术模式，它可在有条件背景下完成变电站架空输电线路的远程巡检工作，主要操作就是针对远程架空输电线路发送管控指令，建立远程无人自主巡检模式。该模式中除采用到无人机巡检技术以外，还采用到人工智能AI图像识别技术、5G通信技术以及云计算技术等等先进技术内容，是典型的无人机智慧巡检模式。

智慧巡检技术的实践应用，（1）从架空输电线路的全方位远程監控系统建立开始，建立系统的无人值守机巢，配合中央控制系统进行远程控制。（2）基于云端层面部署监控平台实施后台监管，预留空域管理接口建立监管综合体系。基于上述两点技术采用到续航能力在50min以上的无人机，且确保其单向巡航里程应该在35km以上。整个巡检过程采用到中央控制系统对机巢实施远程管理，而无人机则配合气象站辅助设备远程发送各项指令内容，以便于控制无人机在必要时自主开机、起飞、按照提前规划好的航线完成自主飞行巡检工作，最后精准降落。（3）在机巢控制系统中还加入了自动充电模块、自动数据传输模块以及云端数据自动智能处理模块等，所有巡检数据都会自动上传到后台管控中心，完成整个巡检工作流程。

巢-巢巡检技术体系就建立了无人机机巢与后台管控中心巢之间的相互连带体系，而其中则利用无人机完成自动化、智能化巡检过程，所有的数据内容都通过无线数据传输完成，最后再采用深度学习人工智能图像识别技术有效解决数据自动智能分析相关问题。而多传感器技术在巡检工作过程中则起到了解决远程精准起降等关键技术问题。

3.2巢-巢巡检技术模式的创新要点

（1）建立无人机平台，该平台被称之为无人机后台，它能够全方位长时间远程监控无人机值守机场，即监控“机巢”，而同时它也能同步监控中央控制系统与无人机本体。（2）建立了机巢配备充电桩，该充电桩可与气象站、数据传输模块等等之间形成联动，保证自动充电、气象监控功能实施到位。同时它也建立了安全防护与状态监控系统，可保证机巢与后台控制中心随时通信，建立数据自动传输功能体系。（3）建立了中央控制系统，该系统是发射远程指令的关键系统。系统可控制无人机实现自动开机、起飞、遵循已制定好航线完成自主飞行拍照，巡线完毕后自动精准降落。当然，系统还可帮助无人机充电，控制云端数据智能化分析与处理过程，最终处理过成果会自动上传到后台管控中心平台上。（4）为无人机建立了保姆式的管理平台，合理监控每次无人机的充能充电过程，它为无人机内置了微型PC系统以及5G通信模块，可构建5G远程控制体系，确保无人机在传输数据过程中也能实现自动充能，随时准备投入到架空输电线路巡线工作中。（5）为无人机建立了图像识别模块，该模块主要基于深度人工智能AI系统建立智能识别体系，有效解决无人机可能存在的数据自动智能分析缺陷问题。这主要还是因为模块中运用到了卷积神经网络技术体系，可实现对图像自动识别软件的优化调整，确保无人机在电力巡检过程中有效处理图像，快速识别图像中的某些目标内容，建立目标智能化识别计算体系。整体来讲，图像识别模块是基于“端对端”特征展开的，它所处理的数据都是非线性数据，应用非常灵活。

3.3基于北斗定位的巡检路径规划

利用无人机精细化巡检获取路径点需要在无人机上搭载基于RTK差分技术的高精度定位装置，在该装置的辅助下无人机平台能够在复杂环境下拥有较高的定位精度和航向精度，结合高精度的云台控制机构，使得相机能够获得较好的朝向精度。

采用无人机平台逐塔采集架空线路每一基杆塔信息，记录飞行路线以获取无人机飞行路径，同时填写单基杆塔采集数据信息记录拍照信息。

利用已飞数据进行路径规划需要5个流程，分别是路径点获取、路径点整理、路径点检核、多基规划和定点复拍。

a.路径点获取。利用搭载北斗高精度定位装置的无人机进行路径规划，采集无人机的明显转弯点，作为路径点的补充，采集连接点、降落点、起飞点，为多基规划做准备。

b.路径点整理。整理记录的路径点数据，删除距离过近，或偏离度大的点。根据空间距离以及空间角度，判断路径点是否保留。若水平距离小于0.5m且高度相等或夹角大于25°且小于45°，则将该点删除。保证距离较远和夹角偏离度较小的点。

c.路径点校核。选取部分测点进行校核，进行实地飞行和测量，确保采集的路径点位置正确。计算所有点的相对位置关系，确保路径点相对位置关系正确。添加路径点说明，为细粒度识别提供基础信息。

d.多基规划。设置算法，将多基杆塔的连接点顺次相连。连接点是指在单基塔巡检路径中互相通视的点，利用连接点可将单基杆塔的巡检路线连接起来形成多基杆塔的整体巡检路线，将多基杆塔之间的起飞点和降落点略过。

结论

本文概述了输电线路无人机智能巡检技术的应用现状，指出了这项技术的工作模式和特点，分析了输电线路无人机智能巡检技术的技术需求，引出了其存在的四个尚未解决的关键科学和技术问题，并针对这些关键问题，探讨了潜在的解决方案，也对未来输电线路无人机智能巡检技术发展进行了展望，可为输电线路无人机智能巡检技术的快速发展和相关研究一定的有益参考。

参考文献：

[1]黄郑，王永强，王红星，等.基于云雾边异构协同的无人机智慧巡检系统[J].中国电力，2020，53（4）：161-168.

[2]张捷，严维欣.配电线路采用无人机巡线的应用分析[J].电力与能源，2019，34（4）：365-368.

[3]汤明文，戴礼豪，林朝辉，等.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力，2019，46（3）：35-38.

[4]曾懿辉，何通，郭圣，等.基于差分定位的输电线路多旋翼无人机智能巡检[J].中国电力，2019，52（7）：24-30.

国网新疆电力有限公司塔城供电公司 新疆塔城 834700