小型多旋翼無人機在架空輸電線路巡檢應(yīng)用探索

曲 達

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東 茂名 525000）

1 無人機功能應(yīng)用現(xiàn)狀及問題

1.1 無人機功能應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，無人機在實際應(yīng)用中還處于探索階段，各個國家電力層也會對無人機進行小范圍應(yīng)用，為巡線操作提供便利條件，但并沒有制定出完整的問題解決方案和應(yīng)用模式。在我國，載人直升機巡檢工作開始于20 世紀(jì)80 年代，由于該種巡檢方式需要投入很多費用，而且靈活性和機動性很差，沒有得到廣泛流行。需要注意的是，我國無人飛行器的研究起步較晚，理論部分并不完善，而且還沒有完全開放。相比之下，無人飛行器在我國國內(nèi)的應(yīng)用頻率較高，如影視制作、廣告航拍、消防監(jiān)測以及科研活動等[1]。

國外很多電力公司很早便開始進行硬件開發(fā)研究，實現(xiàn)對激光雷達和巡線技術(shù)的有效應(yīng)用。例如，根據(jù)自身輸電線路運維特點，執(zhí)行有效的無人機巡線體系建設(shè)操作，全面提升線路運維效率。

1.2 無人機功能應(yīng)用過程中存在的問題

現(xiàn)階段，國內(nèi)外電力公司均意識到無人機飛行的重要性，但依然以手動操作形式為主，沒有達到自主飛行狀態(tài)。在拍攝過程中，工作人員應(yīng)開展手動操作無人機計劃的制定，確保無人機能夠飛行到最高目標(biāo)高程上，調(diào)整好飛行和拍攝角度，這也使得主體操作難度大幅增加。此外，該項操作對于工作人員操作熟練度同樣具備較高要求，安全系數(shù)很難保持在規(guī)定狀態(tài)下。在實際飛行中，人們很難對學(xué)習(xí)功能進行應(yīng)用，即使是相同任務(wù)的執(zhí)行，也需要借助于手動操作。

從如上內(nèi)容中也能夠看出，除了智能化水平不足外，對無人機的影像資料分析、歸類等同樣存在一些問題，需要消耗大量的人力、物力，從而導(dǎo)致無人機推廣應(yīng)用受到很大影響。對于無人機和電池的管理，工作人員也不能針對無人機實際情況進行統(tǒng)計操作，無法做到該層面的全壽命周期管理。

2 小型多旋翼無人機在架空輸電線路巡檢中的應(yīng)用

2.1 高速成像模塊

對于高速成像模塊的應(yīng)用，主要是在無人機飛行過程中，開展輸電線路圖像信息的采集操作，獲取到更多的可見光圖像。通過上述操作，架空輸電線路的實際情況也能真實的呈現(xiàn)出來，確認(rèn)其中是否存在絕緣子雷擊、斷股等問題。為了進一步提升無人機巡檢質(zhì)量，相關(guān)工作人員對可見光傳感器提出了更高要求，這其中涉及到的內(nèi)容有很多方面，如自動對焦功能展示等，進而將4 倍光學(xué)變焦功能表達出來，讓實際像素標(biāo)準(zhǔn)保持在1000 萬以上。

2.2 紅外和紫外傳感器模塊

從實際輸電線路檢查過程中能夠看出，容易出現(xiàn)接頭盒、線夾等發(fā)熱情況。為了避免這些情況出現(xiàn)，工作人員會將紅外成像傳感器模塊設(shè)置于無人機。在實際架空線路巡檢操作執(zhí)行時，紅外成像傳感器模塊會發(fā)揮出很大作用。同時，相關(guān)工作人員還要遵循以往的設(shè)計要求，如自動對焦功能展示、相機像素超過30 萬等。當(dāng)相關(guān)工作人員得到熱圖數(shù)據(jù)之后，還要在第一時間內(nèi)將其導(dǎo)出，并將最高點數(shù)值和位置顯示出來。對于輸電線路和電氣設(shè)備之中存在的電暈放電情況，工作人員可以通過紫外成像傳感器對其進行監(jiān)測。為了方便相關(guān)工作的執(zhí)行，工作人員可以將紫外成像傳感器搭載在小型多旋翼無人機上，并按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行有效設(shè)計，這其中最為常見的要求有：體積小、質(zhì)量低于1.5 kg、具備較高的探測靈敏度等，并及時將巡檢過程中出現(xiàn)的故障內(nèi)容呈現(xiàn)出來。

現(xiàn)階段，整個紫外西橫向傳感器模塊搭載的小型多旋翼無人機探測系統(tǒng)的組成，主要涉及到如下三方面內(nèi)容：第一，日盲紫外探測儀和微型可見光相機；第二，定焦距日盲紫外探測儀；第三，改進型可見光探測儀。通過對產(chǎn)品的開發(fā)周期以及成本對比，使用效果最好的當(dāng)屬改進型可見光探測儀，如果能夠?qū)⑵浯钶d到小型多旋翼無人機中，巡檢質(zhì)量及效率也會得到大大提升[2]。

2.3 激光雷達測量技術(shù)模塊

一般情況下，機載激光雷達測量系統(tǒng)主要涉及到的內(nèi)容有：激光掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及成像系統(tǒng)等。此外，對于機載激光雷達測量工作的開展，還會應(yīng)用到航攝數(shù)據(jù)采集、航攝設(shè)計等。基于無人機平臺激光雷達輸電通道巡檢技術(shù)的應(yīng)用，可以確保光學(xué)影像數(shù)據(jù)等內(nèi)容的同步操作，為后續(xù)預(yù)警工作的執(zhí)行創(chuàng)造更多有利條件，確保主體環(huán)境的安全檢查。更為重要的是，工作人員也可以借助于激光雷達電力巡檢和電力線路設(shè)計結(jié)合操作，讓輸電通道得到高精度還原，這也是三維仿真分析的重要環(huán)節(jié)，可以將輸電線路信息化管理水平提升。例如，基于無人機的激光雷達測量技術(shù)模塊，能夠在輸電線路樹障普查及預(yù)警中展示出作用。樹線矛盾一直都是電力部門巡檢的重點內(nèi)容，倘若樹和線安全距離不足，容易出現(xiàn)放電等事故。為此，相關(guān)部門引進了LiAir 無人機激光雷達掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)由GNSS 和IMU 定位系統(tǒng)以及存儲控制單元等內(nèi)容構(gòu)成，具體作業(yè)流程如圖1 所示[3]。

2.4 智能操縱終端APP

通過對智能操控終端APP 的使用，無人機能夠按照實際規(guī)劃路徑開展自主巡視操作。此外，在實際無人機自主飛行過程中，需要按照實際高程和拍攝角度，實現(xiàn)對輸電線路通道開展持續(xù)拍攝，該類飛行過程不會受到熟練程度的影響，進而將實際飛行操作難度進一步降低，最終使得輸電通道巡視飛行的安全性大大提升。一般整個智能操作終端APP 主要涉及到的模塊有精細化巡視、通道巡視和全景采集等。其中，精細化巡視模塊主要是借助于無人機搭載RTK 組件，讓無人機定位精度達到厘米級別。該模塊能夠提供有效的學(xué)習(xí)模塊，在實際學(xué)習(xí)模式之下，對飛行記錄進行規(guī)范化分析，如果在后續(xù)執(zhí)行相同任務(wù)時，便可以開展有效的自動巡視操作。此外，通過巡視模塊同樣可以開展自動控制操作，確保對走廊環(huán)境信息的全面采集操作。在作業(yè)執(zhí)行之前，相關(guān)工作人員需要將線路飛行任務(wù)明確，輸入起飛點信息，此時軟件也能自動生成航線高度[4]。

圖1 LiAir 無人機激光雷達掃描系統(tǒng)工作流程

3 結(jié)論

隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，相關(guān)業(yè)務(wù)與小型多旋翼無人機的結(jié)合也越來越緊密，能夠在輸電線路巡檢過程中展示出很大作用，這也是巡檢質(zhì)量和效率提升的關(guān)鍵所在。因此，需大力加強無人機在架空輸電線路巡檢中的應(yīng)用。