小型多旋翼无人机在线路故障巡视的应用探讨

贵州电网有限责任公司毕节供电局 莫 刚

小型多旋翼无人机在线路故障巡视的应用探讨

贵州电网有限责任公司毕节供电局 莫 刚

我国输电线路分布范围广，距离长，且大多处于山区地带，走廊地形复杂，交叉跨越多。而现有的线路巡视方法一般采用人工巡检为主，运维人员工作量大，强度高，容易发生人身安全事故。小型多旋翼无人机具有良好的机动性和操控性，本文就小型多旋翼无人机在线路故障巡视的应用进行探讨。

无人机；线路故障；巡视

1. 引言

输电线路跨区域分布，点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，输电线路设备长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、覆冰以及人为因素的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象，这些情况若没有及时发现并修复，将对电网运行产生巨大威胁。

传统的巡线方式已经满足不了现代电力系统的广泛需求。针对高压输电线路的运行管理模式和常规作业方式，传统的人工巡线方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。遇到电网紧急故障和异常气候条件等情况，线路维护人员不具备有利的交通优势，利用望远镜或肉眼来巡查设施。传统巡线方式已经不能满足电网高效巡线的要求，新兴起的电力无人机巡线却有着传统巡线无可比拟的优势，完美的解决了传统巡线中所遇到的困难。

2. 固定翼无人在电力巡线的应用

固定翼无人机是无人机发展中历史最悠久、最成熟的一类。

固定翼无人机的普遍特点是：结构复杂性低、飞行速度高、载重量大、操纵简便、自主性强、续航时间长、维护性好、可在各个空域高度飞行。其不足是：起飞／着陆需要专用场地或专用设备(如弹射机构、回收拦阻网)；此外，由于空

气动力学特性，固定翼无人机必须以一定的速度飞行(随机型和载重不同)才能维持其升力。因而，不适合于低空慢速巡检查，视频拍摄效果难以保证。对线路可疑点无法进行连续的视频和图像拍摄。

3. 小型多旋翼无人机在电力巡线的应用

多旋翼无人机的旋翼为非共轴对称布局(如两、四、六、八旋翼多种)。多旋翼无人机技术非常先进[1]，虽然采用电池驱动，巡航距离短，负载轻，但是它的体积小巧轻便，容易携带，危险性非常小。采用高容量的锂聚合物电池，其巡航能力和负载能够满足输电线路故障巡查工作要求，适用大规模场景航拍等各类工程应用[2]。

多旋翼无人机具备高空、远距离、快速、自行作业的能力，可以穿越高山、河流对输电线路进行快速巡线，对架空线的铁塔、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等进行全光谱的快速摄像和故障监测。多旋翼无人机作业可以大大提高输电维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成。因此，无人机巡线方式无疑是一种安全、快速、高效、前途广阔的巡线方式[3]。

4. 小型多旋翼无人机识别线路故障的关键技术

无人机巡视线路的工作流程可分为两部分，线路照片拍摄和照片分析，线路照片拍摄由无人机携带的任务设备完成，照片分析由图像辅助分析系统完成。

小型多旋翼无人机作为搭载平台，搭载供电设备、检测设备、控制设备等硬件设施到达空中完成指定作业。无线通信链路包括无线图传、无人机遥控、相机无线遥控等三种数据，分别实现实时视频传输、飞行操控、遥控拍摄照片。地面站由地面终端（可以为车载终端、便携式终端等）、遥控和飞巡装置等构成，完成无人机控制、目标的巡视、数据采集、实时视频展示等功能，并在野外现场进行数据预处理，判断巡视结果，同时将处理结果及原始图片等信息通过GPRS／3G／4G 网络上传监控中心以作进一步的分析和存储。

小型多旋翼无人机通过可见光、红外等摄像设备对电力线路进行拍照，可称为素材采集，素材收集需对线路进行连续拍照，该过程的关键技术涉及飞行控制技术、机体稳定控制技术、数据链通讯技术、现代导航技术、智能避障技术和快速对焦摄像技术等，目前已经有较多商业化的航拍用小型多旋翼无人机，技术也比较成熟。得益于先进的飞控技术，小型多旋翼无人机的操控变得越来越简单可靠；巡线人员现场观察到疑似故障点后，可操控小型多旋翼无人机对故障点进行多角度拍摄，收集到的照片可用于之后的故障分析。

素材收集完毕后，在台式电脑上对线路图片进行查看分析，判别线路是否存在故障点；一条线路巡检下来获得的照片数量是巨大的，如果用人工查看的方式，效率低下并且受人影响的因素较大，可能会忽视一些细小的故障点，这时需要利用图像辅助分析系统提高图片分析的效率和质量。图像辅助分析系统可对采集到的线路照片进行批量处理，从中分析出线路存在的故障点并生成故障报告，再经人工审核确定。针对不同故障类型，图像分析算法也不一样。

以绝缘子缺陷检测为例，针对航拍图像背景复杂的特点，绝缘子的分割至关重要。结合绝缘子整串的形状特征，利用阈值分割和边缘检测的方式可实现对绝缘子串快速定位[4]。目前多利用其颜色特征和阈值分割算法对其进行分割提取，同时结合形态学特征、遗传算法和BP 神经网络等方法，可实现绝缘子缺陷检测。

5. 小型多旋翼无人机巡线优点

(1)进行高压输电线路故障点的快速查找和架空线路高空巡检作业，高效地排查可疑故障点，发现和确定故障点。

(2)减少登塔高空作业及带电作业次数，通过人员在地面操作航模机，多角度拍摄视频和高清晰照片，实现高空检查，便于快速开展状态检修。

(3)较适用于具体区段、局部设备的快速反应故障巡查。使用方便、成本低、体积小、安全性强、维护费用较低，具有强大的技术、经济优势和广阔的应用前景。

(4)智能定点悬停在线路金具、绝缘子上方进行局部检测，方便快捷。减少人工线路巡视的劳动强度和时间。尤其是进行山区、跨河及恶劣环境下的线路巡视，其优势凸显。

(5)无人机通过携带陀螺稳定的可见光监视器和红外线成像仪等设备，对输电线路进行录像和检测，实现自动巡视，解决复杂地形巡视难、诊断难的问题，替代人工实现危险区域作业，改变人工巡视受自然环境、地形、观测角度局限的局面。

6. 发展前景

随着无入机技术的的不断进步，将多旋翼无人机引入输电线路巡视领域，特别适用于具体区段、局部设备的快速反应故障巡查，其价格低廉、飞机和操作完全掌握在运行单位手中，这些优势使多旋翼无人机对于高压输电线路乃至特超高压线路的故障排查和巡查，具有强大的技术、经济优势和广阔的应用前景，正逐步受到国家电网公司各个部门的重视，这种方式将成为输电线路运行维护工作的未来发展方向之一。

[1]杨成顺,杨忠,葛乐等.基于多旋翼无人机的输电线路智能巡检系统[J].济南大学学报(自然科学版),2013,27(4):358-362.

[2]代君,管宇峰,任淑红等.多旋翼无人机研究现状与发展趋势探讨[J].赤峰学院学报(自然科学版),2016,32(16):22-24.DOI:10.3969/ j.issn.1673-260X.2016.16.008.

[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,2013,46(3):35-38.DOI:10.3969/j.issn.1004-9649.2013.03.008.