输电线路无人机红外双光自动诊断系统

陈志明

广州彼岸思精光电系统有限公司，广东 广州 510600

0 引言

输电线路担负着电能量远距离传输的任务，是电力系统中不可缺少的环节。电气设备在运行过程中会发生各种各样的故障，其中发热是最常见的一种故障类型。红外检测能有效发现设备存在的缺陷。输电线路巡检采用无人机搭载红外全方位立体化巡视，可有效消除巡检死角，及时发现过热缺陷。在巡检过程中，需要记录巡检的杆塔号与巡检时间，以此作为红外数据对应具体杆塔号的电气设备的依据。巡检会产生大量数据，需要人工处理，存在工作量大、效率低、自动化程度低的问题。为解决这一问题，设计集成GPS定位的无人机红外双光小吊舱，将GPS信息存入红外图谱，结合杆塔的GPS信号，实现自动识别红外数据按杆塔归类，自动分析故障，从而提高巡检效率、数据处理速度，进一步提升输电线路红外检测的作业模式。

1 系统组成

输电输电线路由不同类型的杆塔、导线及相应辅助设备组成，故障检测的目标是线缆（导线、地线等）以及各种辅助设备（连接装置、防振锤、间隔棒、绝缘子等）。红外技术对热缺陷类故障（如导线接头松动、导线断股、器材老化、绝缘子破损等）有较好的检测效果。对于线路与周边物体距离过近等问题，可使用可见光技术进行检测[1]。

无人机红外双光自动诊断系统是由无人机、机载红外双光检测装置、后端红外数据自动诊断系统三大部分组成。

1.1 多旋翼无人机

多旋翼无人机是一种机动性强、稳定性高、敏捷安全、操作简便的飞行平台。采用无人机搭载红外检测设备的方案替代原有的人工手持，可达到检测准确、高效、安全和灵活的目的[2]。无人机包括飞行平台、地面遥控、无线通信。

1.2 机载红外双光检测装置

机载红外双光检测装置包括陀稳云台、红外热像仪、可见光相机、GPS模块等。在无人机飞行作业过程中，由于飞行姿态变化及振动的干扰，机载摄像机拍摄的视频存在模糊、画面抖动的情况。为了有效拍摄红外图像，采用三轴陀稳云台负载红外热像仪以及可见光相机，有效隔离飞行姿态变化以及振动等干扰源[3]。集成GPS模块，将GPS信息存入红外图像与可见光图的元数据中，为后端红外数据自动诊断系统实现自动化识别数据归属提供依据。

1.3 后端红外数据自动诊断系统

后端红外数据自动诊断系统实现红外图像与可见光自动化按照杆塔号归类存储，实现红外图像的缺陷分析。

2 系统框架

巡检班组携带无人机与机载红外双光检测装置到输电线路杆塔附近，开展巡检作业，不需要记录杆塔号与巡检时间。巡检的红外图像与可见光图像导入后端红外数据自动诊断系统。后端红外数据自动诊断系统依据红外图像与可见光图像的GPS元数据与时间，自动识别归类到对应的输电线路与杆塔目录，并进一步分析诊断，自动形成分析报告。系统框架图如图1所示。

图1 系统框架图

3 巡检数据自动诊断系统设计

系统设计一种依据线路杆塔GPS坐标自动匹配的算法模型，通过读取红外图像和可见光图像的GPS元数据并计算匹配，从而实现红外图像按线路杆塔号进行归档，并集成缺陷判断规则红外分析模块及分析报告模块，提高巡检数据的效率与自动化水平。

3.1 基于GPS自动匹配的巡检数据归类算法

以杆塔位置为圆心，无人机巡检杆塔的可视距离作为半径，通过计算红外图像的GPS位置与杆塔GPS位置距离是否在圆内，判定红外图像是否属于该杆塔的巡检数据，如图2所示。

图2 GPS位置判定示意图

（1）两点之间的距离的计算方法。已知A、B两点的经纬度（Aw、Bw、Aj、Bj），求c的角度。

根据公式弧长=半径×弧度，即可求出两点之间的距离：

（2）红外数据归类算法。通过计算红外图片是否在圆内，从而判断归属的杆塔号。

3.2 红外图像数据结构

红外图像以标准JPEG格式存储。JPEG格式大体上可以分成两个部分：标记码和压缩数据。其中包括APP0-APPn标记段，APP0主要存储的是图片的识别信息(字符串“JFIF”)、一些分辨率的信息以及缩略图的信息[4]。APPn段存在GPS信息、温度参数、温度数据等元数据。

3.3 红外图像温度分析诊断流程

通过图像识别目标的边界，计算边界的坐标集合，依据坐标集提取对应的温度数据，计算温度最大、最小值。根据缺陷规则分析，输出分析报告，如图3所示。

图3 红外数据分析流程图

3.4 系统软件主要功能

软件主要功能是线路管理、自动导入、指定导入、热图分析、报告管理、操作日志六大功能模块，如图4所示。

图4 软件主界面

4 巡检数据分析

通过分析巡检数据，可发现输电线路的一些常见发热缺陷[5-6]。如图5所示，A相受电侧压接管发热，发热点温度110.9℃，正常点温度40.2℃。如图6所示，引流板发热，发热点温度45.3℃，正常点温度20.7℃。如图7所示，中相送电侧引流板发热，发热点温度23.3℃，正常点温度14.9℃。如图8所示，玻璃瓷瓶钢帽温度分布不均匀，存在明显发热。如图9所示，两塔中间右光缆断股。

图5 A相受电侧压接管发热

图6 引流板发热

图7 中相送电侧引流板发热

图8 玻璃瓷瓶钢帽发热

图9 两塔中间右光缆断股

5 结束语

采用输电线路无人机红外双光自动诊断系统有助于全方位巡查杆塔上设备与输电线缺陷，提高巡检效率、数据处理速度，进一步完善输电线路红外检测的作业模式。因此，建议输电线路巡检配套无人机红外双光自动诊断系统，这对输电线路巡检有非常重要的意义。