提升输电线路无人机作业效率及安全的措施

黄海鹏

（深圳供电局有限公司 广东省深圳市 518000）

要想实现电网安全运行，需将输电线路巡检工作放在首要位置上，在电网发展速度不断加快的同时，输电线路经过的区域随之变大，如何采取措施提升和保证输电线路的稳定性和安全运行已经成为了急需解决的问题。过去的主要巡查方式为人工登塔巡查，其运行时间较长、工作量大，其最终的巡查结果差强人意，尤其是在巡查复杂地质情况时有时会给工作人员的生命安全造成巨大威胁[1]。在无人机投入到工作中以后，大大提升了输电线路巡视工作的效率，巡视人员的人身安全也得到了保障。然而，在无人机巡检作业的过程中，若未按照作业指导书或未做足相应的准备工作，必定会影响机巡作业的效率以及安全[2]。

1 输电线路巡检无人机作业基本要求

在输电线路巡检时，运用无人机作业应依据巡检内容将其划分为三个主要部分，分别是通道和电力保护区、附属设施、线路本体等。

1.1 巡检线路本体

在巡检线路本体的过程中，具体内容为：

（1）在巡检绝缘子时仔细检查是否存在绝缘子串倾斜、弹簧销缺损、伞裙破损、钢脚严重锈蚀、断裂以及钢帽裂纹等问题。通过人工智能图像识别发现的销钉缺失缺陷如图1所示。

图1：销钉缺失缺陷

（2）在巡视导线时检查导线是否被异物缠绕，导线对地及交叉跨越距离是否达到设计的标准；线路是否出现断线、断股和散股的情况[3]。

（3）在巡检线路金具时认真检查销钉脱落、线夹断裂、锈蚀、断裂等问题，同时高度关注螺栓松动和均压环烧伤等。

1.2 巡检附属设施

在巡检附属设施的过程中，主要的工作内容为：

（1）在巡检防雷装置时，线路避雷器动作无异常情况发生，计数器能够正常工作且引线接头连接结实。

（2）在巡检防鸟装置时，驱鸟装置应确保完好无损，不可以存在螺栓松脱、破损和变形的情况。

（3）在巡检监测装置时，确保监测装置不出现移位、断线、损坏和缺失的情况。

1.3 巡检通道及电力保护区

在巡检通道及电力保护区的过程中，主要的工作内容为：

（1）附近建筑物、树木与通道的安全距离需要满足设计标准。

（2）电力保护区和通道下方不可以有危及线路安全的施工作业情况存在。

（3）通道和保护区四周不能有烟火和易燃易爆物品存在。

（4）自然灾害引起通道环境变化后，立即采取措施予以快速处理。

2 输电线路无人机巡检作业流程及提升效率的方法

无人机巡检作业这最为新型的巡检方式被广泛应用于输电线路巡检工作中，常见的无人机类型为多旋翼无人机。具体的工作流程为前期准备工作，准备相关资料、无人机、无人机电池、巡检路线、传输图像视频和处理图像等，以便最大化提高工作效率[4]。

2.1 前期准备工作

在巡检作业之前认真检查无人机的整体情况，硬件包括无人机本体是否正常、电池是否正常等，软件方面包括无人机固件与遥控、吊舱固件是否匹配、飞行数据库是否最新、实名登记信息是否有效等，测试遥控信号与无人机是否有效连接，并准备足够的电池。

资料准备：在巡检作业之前认真勘察作业现场，可通过GIS、卫星图、三维系统、线路建造设计图、地形图事先调查所要巡视的线路的以下环境要素：地形条件状况、有无允许起降的场地、飞行空域是否视野广阔、有无遮挡物等，从而避免正式巡视时飞出遥控范围，导致失联、坠毁等事故。全面了解和掌控整个巡查区域，制定有效的巡检方案，必要时将无人机巡检工作向航空管制部门备案。

无人机准备：根据不同的作业任务及线路环境特点采用不同的机型进行作业才可胜任巡检任务。优先选用性能满足要求且更轻便的无人机，单人可携带。必须检查所用的无人机的外观，如是否有外观损伤、电机转动是否正常、桨叶有无损坏、受力部件有无裂痕等。

电池准备：在前期设备的准备与检查中，充分考虑携带的电池是否满足本次巡检的需求。在数量方面，电池数量与作业量要足够匹配；在电池状态方面，注意检查电池的外观是否有损坏、变形等现象；电池接口的金属片是否存在破损、烧蚀等现象；电池电量是否为满电等。

运输准备：由于架空线路的地理因素，驱车前往作业现场，通常会行驶在泥泞破损的道路，所以无人机通常需要装箱保护。但是，无人机的装载与卸载一定程度上也影响了作业效率。因此可利用快装快拆的底座固定于车上，实现免装箱、快速拿放无人机，同时保护无人机各部件不受运输的影响。图传接收、遥控、监视器一体化设计，同样可以提高运输的效率。

2.2 巡检规划

无论是自主飞行还是手控飞行，作业前必须明确无人机起降点位置、需要巡视的杆塔位置，初步确定各杆塔巡视的先后顺序，到现场后再确定各相序的巡视路线。若开展自动化巡视时需提前校对航点，下载作业目标设备的巡视航线。除了无人机的飞行路线外，也要初步规划行车步行路线。经测算，机巡作业过程中，行车、步行转场所占用整体作业时间的2/3 以上[5]。因此，合理的作业地点可使单点可飞行的杆塔实现最大化作业，避免不必要的转场。

2.3 处理图像

在处理无人机拍摄的图像信息时，最先采取人工预览的方式检查故障点的存在情况，发现故障点后做好标记。仔细分析那些可能存在故障的图片，并采取措施处理。仔细核查故障点信息，有些无法正确识别的故障点需要二次实地勘察。现有的巡检图像处理方式大都基于人工判读的方式来完成目标部件缺陷的定义，人工判读方式劳动强度大、工作效率低，存在漏判误判的可能。人工处理机巡数据的工作模式可转变为机器+人工的作业模式，可用计算机将数据自动分类，然后在利用人工智能技术对缺陷进行识别，最后再开展人工复核的工作，将缩短处理可见光数据处理的时长，提升数据处理效率。

3 无人机智能巡检技术要点

3.1 自主巡检技术

在提升巡检效率以及加强质量方面，与无人机自主巡检技术能够在无人前提下，完成自动飞行、自动指向、精准射击等目标，在合理减少人工的同时，有效地节约了成本。对此，通常来说，相关人员会从教学路线学习和建模定位技术这两个方法入手来提高无人机自主巡察技术，具体内容为：

（1）示范路线学习。在巡检时，无人机能够精准地记录清楚操作的航点位置信息以及对应姿态，并将这些内容存储在自带的任务列表中。不仅如此，若下次需执行相似任务时，无人机可自动根据已有信息来自动完成巡检任务。

（2）建模定位技术。该技术以RTK 技术（载波相位差分技术）为基础，即通过“三维点云轨迹”来进行规划，从而完成自主巡检。另外，在点采集时候，一般会利用激光雷达扫描或倾斜摄影技术。其中，具备精度高、全天候、速度快等优势的激光雷达扫描技术，能够帮助无人机获得高精度激光点云，并依据此来构建出三维地图模型，从而提取出关键特征的空间参数。

3.2 影像智能识别技术

使用无人机巡察时，往往都会使用在设施密集、以尺度立体结构为主的线路中，该部分区域普遍存在设施相互遮挡、背景干扰强、缺陷难以区分等巡察难点。这意味着，无人机的人工智能系统需要进行的处理算法会具备深度神经网络架构更复杂、技术路线分支更多等难题。鉴于该部分工序缺陷识别和标注难度较大，所以技术人员在改进相应技术前，必须要为无人机积累大量样本积累训练和验证数据。其主要内容为检测图像。

这是因为，所检测出图像质量在缺陷智能识别方面尤为关键，因此需应在重点推广定位和拍摄技术的同时，对应地使样本在数量与质量上更具丰富性，从而增加样本积累基数，以更好地实现集中标注、提高缺陷发现率、降低误报率。

4 无人机巡检保障作业安全的措施

4.1 提高远距离无人机的通信能力

当前，无线通信技术仍有一定限制性，即无人机巡线作业都要操作人员在现场配合共同操作，且所巡检范围无法超出所设置的最大遥控距离，否则飞行数据、控制链路将受到影响。另外，尽管现阶段市面上流通的分新型无人机可以接入4G、5G 移动通信和无线网络模块，然而因为其所巡检路线通常都没有移动信号，所以这一技术依旧受到较大限制。

4.2 提高无人机的避障能力

在无人机巡检过程中，一般都需要经过障碍物（如建筑物、树等）。而由于无人机在导航和定位时都是依靠卫星来判断的，这导致若卫星发生偏差，则无人机就会在执行任务过程中与预定航线出现偏离情况，从而造成无人机碰撞输电线或其他障碍物的现象。

针对上述问题，目前很多无人机通过视觉定位、红外传感器、雷达等传感器实现较大物体臂障，在作业选择机型时优先使用有避障的无人机，遇到紧急情况时一定程度可避免因失控导致撞塔、撞绝缘子等较大部件。

4.3 提高无人机的操控能力

由于巡检输电线路一般较长，部分线路或路段穿越山区、丛林或无人区。因此，在一些极端情况下可能受微气象影响，此时能否保证无人机平稳飞行、无振动抖动、能否有效捕捉线路故障点非常重要，这就需要无人机操作人员具备较高的飞行控制能力。常用的能力培训方式包括绕8 飞行、原地360 自旋飞行、第一视角飞行等训练。

4.4 合理的航线规划

无论是手控飞行还是自动飞行都应合理规划飞行航线，避免因飞行不合理导致撞线。规划航线时，飞行高度应高于最高塔的高度，飞行方向应面对下一个目标塔位，沿着导地线斜上方前进，并与相应的线路保持绝对远的距离。当线路走廊密集时，无人机下降开展精细化作业，应尽量贴近巡视的设备飞行，同时保持相对合理的安全距离，此操作可避免无人机后退而撞上邻侧线路。无人机失控返航高度设置应高于最高物体或者杆塔的高度，避免失控返航撞塔。

4.5 加强无人机转场运输的保护

从过往的作业经验发现，部分作业人员为了转场快捷方便，作业结束回收后的无人机直接放在车座椅或者尾箱，未作任何保护，可能由于路途的颠簸导致无人机某些部件受损，特别是云台等软连接部件。因此需要加强无人机转场运输的保护，除了利用运输箱外，为了提高效率，可用专用车载运输固定架，即实现无人机转场时的快拆快装，又可以很好地保护无人机及其云台。

4.6 降低无人机坠毁引发次生灾害程度

当前很多无人机机型依旧使用锂电池作为动力，因此坠机就是危险源之一。对此，相关技术人员不仅要通过建立与完善安全可靠的无人机巡检作业流程，还要着重研究降低无人机巡检坠毁引发次生灾害概率的方法。加强电池的外壳保护、无人机内部线路布局合理，确保无人机即使发生坠毁事故也不会造成更大的伤害。

5 结束语

在巡视输电线路的过程中，使用无人机可以取得最佳的效果，将工作人员的工作失误降到最低，显著提升巡视人员的工作质量和工作效率，发现输电线路的潜在隐患，使输电线路的安全满足运行标准。随着应用的广泛化，机巡的作业效率及安全变得尤为重要。上文所述的内容为长期现场巡视作业工作经验所得，形成规范的管理模式，一定程度上可提升机巡的运维水平。