输电线路无人机自主巡检方法研究与应用

樊昆 张文豪

摘要：随着经济的快速发展，输电线路规模逐年增大，遍及区域广、途经地形复杂、在高山迎风面附近还存在微地形和微气象，人工线路运维量持续增加，以人工巡检为主的模式已不能满足当前线路精益化管理的要求，亟需优化作业模式。无人机智能巡检技术是当前最有效、最具发展前景的新方法，采用高效智能的无人机巡检模式来降低线路运维压力，可以有效保障电力主网安全，提高设备运行状态管控水平，更好地弥补人工巡检劳动强度大、耗时长、效率低等不足。利用小型化的智能设备，配合无人机智能巡检移动平台，可以对长距离、主干电网和人工巡检无法到达的地区进行智能巡检，使输电线路安全运行在可控、能控和在控水平。

关键词：输电线路;无人机;智能巡检

引言

输电线路穿越复杂、偏远的地区，在长期运行过程中极易遭受自然灾害和人为破坏，进而引发严重的电力事故，影响电网安全与稳定运行。随着无人机巡检技术的逐渐成熟，其在电力系统、地质勘探、环境监测等各个领域得到了广泛应用。目前，无人机仍需要专业人员操作，无人控制、完全自主作业能力尚未实现。无人机自主巡检关键在于自动获取“无人机巡检轨迹航线”数据，而当前学术领域对该方向研究大部分集中在轨迹跟踪控制上，对于飞行控制之前轨迹数据获取方式研究相对较少。现有航线学习策略往往是通过飞手控制无人机模拟一段作业轨迹航线，并在飞行过程中通过不断触发、记录位置点状态来获取目标轨迹线路。这种方法弊端在于人为触发记录位置点状态操作容易被遗忘，使得获取的轨迹航线存在较大偏差，进而可能引发无人机炸机事故。为此，提出了一种输电线路无人机自主巡检方法，利用卡尔曼滤波算滤除原始线路中的轨迹噪点，采用垂距法对轨迹冗余点进行过滤，优化巡检航线;其次，提出基于巡检对象差异特性的动态优化定位方法提升无人机巡检质量，有效解决了航线采集以及定位优化问题，贯穿航线学習到自主巡检的流程之中，兼顾了无人机自主巡检效率以及巡检精确度。

1输电线路的巡检情况分析

现阶段，我国输电线路的巡检包含人工巡检、机械巡检、直升机巡检、无人机巡检几个不同的方式。其中，人工巡检是一种传统意义上的巡检方式，在具体实施应用的过程中由于输电线路的分布范围比较广，且在不同环境中都有分布，输电线路就会比较长，一般层面上的人工巡检方式会在无形中增加巡检工作人员的工作量，加大巡检人员的工作难度。同时，基于电力系统的复杂，对巡检人员的技术水平也会提出更高的要求，在安排管理不恰当的情况下会降低巡检工作效率。机械巡检一般是指使用机器人来完成巡检工作，机器巡检作为一种新型巡检方式，主要用来针对高压输电线，在机器人的支持下会提升巡检工作效率。但是机器人的运作速度比较慢，工作效率还有待提高。无人机巡检是应用无线遥控设备和机身程序来开展的巡检工作，无人机能够通过自身图像采集设备来收集信息，之后通过信息传输设备来将信息传输到地面工作站上。无人机巡检能够执行一些危险系数高但是操作简单的操作，能够有效提升输电线路的巡检工作质量。

2输电线路无人机自主巡检方法研究与应用

2.1作业安全管控

无人机巡检技术在任何应用领域中都需要得到安全管控，这一点在架空输电线路巡检中更加重要，稍有不慎是可能损害电路的，甚至会引起一些灾害。针对安全管控问题，现代无人机巡检技术都是严格依照国家提出的安全作业标准来实施的，此举确实大幅提升了技术实施的安全性，但也导致无人机巡检技术的功效未能充分发挥。这一条件下，为了同时兼顾作业安全管控与无人机应用价值的充分发挥，国内相关组织通过研发得出了无人机可视化综合管理系统，该系统具备无人机视频实时回传、无人机实时管理、远程操控等功能，能让无人机在巡检中保持良好的安全性。但该系统提出的时间比较短，只适用于型号特定的无人机上，且此类无人机一般不满足架空输电线路巡检要求。

2.2自主巡检技术

架空输电线路无人机巡检作业操作的时候会由地面操作人员根据自己所看到的以及收集上来的影像资料指导无人机拍摄。自主巡检技术对操作人员的个人操作能力有着较高的要求，且需要根据场地的不同情况来做出相应的调整。在架空输电线路数量较多的情况下，完全依靠操作人员无法顺利完成工作。不仅如此，受技术自身的影响，自主巡检技术在实施应用的时候会出现以下问题;①技术不成熟，无人机每次拍摄角度和位置差别比较大，最终导致拍摄影像的质量高低不一。②地面站的软件没有根据任务需求来采集数据信息。③自主巡检无人机续航存在问题，不具备无人机自动充电、自动收放的功能设备支持。为了能够解决以上问题，需要在现有无人机技术基础上进一步打造出精准定位的模块，如千兆网络、RTK等，并在无人机拍摄领域积极推广现场自适应拍摄技术。

2.3创新运检模式，提高精益管理水平

1）搭建智能巡检平台，强化智能管理效率提升，加大新技术、新设备的投入。结合线路运检隐患实际，以多旋翼无人机为平台，通过挂载不同类型的图像及点位数据采集智能设备以实现对电力线路及附属设备的全方位故障检测，提高数据智能化采集效率。通过软件与硬件融合搭建无人机智能巡检平台，集成数据中央处理、分析前端显示和隐患后端管理，智能开展无人机巡检计划管理和隐患消缺管理，按照精益化的管理要求对图片和点位数据进行归档存储。通过智能巡检系统进行大数据分析，深度融合无人机巡检和人工巡检数据，生成报表和数据，并实现三维可视化展示，为输电运检提供可靠数据支撑。2）固化巡检工作流程，实现规范有序闭环管理。搭建自上而下、实时反馈的无人机智能巡检网络，将无人机巡检和人工巡检进行整合，实行统一部署，对所有线路的运维和检修实行计划式管理。编制标准化的无人机巡检作业指导书，规范巡检全过程工艺流程，使作业人员随时保持清晰的思路，减少人为因素对巡检质量的影响。绘制简明、合理的无人机巡检拍摄路径图册，简化多余无人机移位路径和冗余拍摄动作，更加高效地完成巡检工作。通过巡检计划下达、任务划分、数据上传和归档，系统自主开展隐患分析和计划更新，通过计划预警指导巡视计划调整，通过隐患分析结果制定检修策略，将结果反馈至班组进行处理，实现计划下达至缺陷消除闭环管理。3）强化巡检工作评估，建立科学监督指导体系。通过对无人机智能巡检工作及时开展综合成效评估，每月定期对无人机作业人员、班组、无人机巡检质量、无人机智能巡检系统保障体系进行评估，将评估结果通过文件下发，对评估中需要整改的问题下发督办单，将结果及时向输电运检室和班组反馈。通过督导整改发现问题，及时对智能巡检运用存在的不足进行补充，快速补齐短板，发挥高效智能巡检效用，引领无人机巡检向智能化、科学化的方向发展。

结语

针对当前输电线路无人机巡检系统过度依赖专业人员操作、巡检精度易受环境影响、远距离遥控可靠性较低等不足，设计基于航线自学习技术的无人机自主巡检方法，通过融合卡尔曼滤波、路点信息的筛选流程和垂距法提高融合线路与原始线路间的相似度;在此基础上，设计了针对不同设备的定位优化方法，从而使得无人机在完成高精度自主巡检的同时，实现了各类输电线路设备的精准定位，对于推动输电线路巡检无人机的智能化、无人化稳定作业提供了有效的解决方案。

参考文献

[1]吴立远，毕建刚，常文治，杨圆，弓艳朋.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.

[2]熊勇良，罗志勇，郭宝明.双目视觉定位在无人机电力巡检中的应用[J].集成电路应用，2020，37（04）：88-89.