無人機在山區(qū)架空輸電線路巡檢中應(yīng)用的探討

摘 要：近年來，隨著科技進步和管理要求的提升，架空輸電線路的運檢工作不斷引進先進技術(shù)和智能設(shè)備，無人機在架空輸電線路巡檢中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。無人機巡檢大大減少人工成本和降低人身安全風(fēng)險，具備可視化、檢測等多項應(yīng)用功能，越來越得到架空輸電線路運檢人員的青睞。該文主要分析了恩施山區(qū)架空輸電線路的主要特點，深入探討了無人機在山區(qū)架空輸電線路巡檢中存在的難點，并結(jié)合實際提出了建議和措施，最后展望了無人機在山區(qū)架空輸電線路巡檢中應(yīng)用前景，對大力推廣無人機在山區(qū)架空輸電線路運檢中的應(yīng)用有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：無人機 ?山區(qū) ?架空輸電線路 ?巡檢

中圖分類號：TM75文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2021）10（c）-0000-00

On the Application of UAV in Overhead Transmission Line Inspection in Mountainous Areas

ZENG Fantao

（Enshi Power Supply Company of State Grid Hubei Electric Power Co.， Ltd.，

Enshi， Hubei Province， 445000 China）

Abstract： In recent years， with the progress of science and technology and the improvement of management requirements， advanced technology and intelligent equipment have been introduced into the overhead transmission line maintenance and repair work. UAV has been widely used in overhead transmission line inspection. The application of UAV reduces the cost of manpower and the risk of personal safety. UAV has many functions， such as photo-taking and detection， etc. This paper analyzes the main characteristics of overhead transmission lines in Ensh Mountain area， probes into the difficulties existing in the operation and maintenance of UAVs on overhead transmission lines in mountain area， and puts forward some suggestions and measures according to the actual situation， finally， the application prospect of UAVs in the inspection of overhead transmission lines in mountainous areas is prospected， which has certain reference significance for popularizing the application of UAVs in the operation and maintenance of overhead transmission lines in mountainous areas.

Key Words： UAV; Mountainous area; Overhead transmission lines; Inspection

近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的加快，架空輸電線路的公里數(shù)在逐年增加，運維人員卻逐漸減少并趨于老齡化，而且對架空輸電線路設(shè)備的巡檢精細度要求越來越高。無人機在架空輸電線路巡檢中的應(yīng)用，大力推進了架空輸電線路的巡檢模式面臨著由人工巡檢向人機協(xié)同巡檢轉(zhuǎn)變，最終向智能巡檢發(fā)展。同時無人機作為建設(shè)智慧全景輸電線的信息采集層和運行設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控層，擁有廣闊的發(fā)展前景。

1無人機輸電線路巡檢中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，無人機在架空輸電線路巡檢中的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，利用無人機搭載可見光巡視架空輸電設(shè)備的技術(shù)逐漸成熟，從無人機巡視拍攝定位點及拍攝的角度等都形成相對固定的流程，對拍攝的圖片進行缺陷自動識別，識別率達80%以上，極大地提高了架空輸電線路巡視的效率和質(zhì)量[1-2]。無人機巡線時具備獨特視野，搭載的紅外測溫儀、可見光照相機等先進檢測設(shè)備，無人機清晰地拍攝桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子金具上存在的銷釘級缺陷，減少了人員登塔巡視。同時巡視人員不用到塔位，可操控?zé)o人機進行桿塔巡檢，具有快速便捷，效率高，巡視安全風(fēng)險低，缺陷發(fā)現(xiàn)率高的優(yōu)點。其他應(yīng)用方面，噴火無人機應(yīng)用于架空輸電線路導(dǎo)地線異物消缺[3-4]，采用無人機攜帶檢測設(shè)備對輸電線路線夾進行帶電X光檢測，并克服了電磁干擾對無人機的影響。利用固定翼無人機對架空輸電線路的通道進行巡檢，對違章建筑或樹木，以及跨江河、高山等巡檢難度大的線路進行巡檢[5-6]。

山區(qū)架空輸電線路存在地形復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的人工巡檢危險性高，效率低下等特點，現(xiàn)有文獻分析了無人機在山區(qū)巡檢工作的影響因素，提出了無人機在山區(qū)巡檢的應(yīng)用策略以及巡檢工作中的注意事項，主要從提高巡檢質(zhì)量和巡檢安全性方面開展了研究 ，對于高山、樹木等障礙物阻隔無人機通信信號，研究了借助信號中繼無人機通信鏈路的策略[7-8]。

現(xiàn)有文獻未綜合分析山區(qū)架空輸電線路無人巡檢的現(xiàn)狀、存在的主要問題及改進措施建議，未結(jié)合未來架空輸電線路的發(fā)展趨勢分析無人機在巡檢工作中的重要性。

2恩施山區(qū)架空輸電線路的特點

恩施境內(nèi)大部分為山區(qū)和丘陵地帶，呈現(xiàn)喀斯特地貌，海拔從400～2000 m不等，恩施地區(qū)架空輸電線路所處的地理環(huán)境特殊，從城市、郊區(qū)、高山大嶺無人區(qū)等線路途徑環(huán)境復(fù)雜，其中以山區(qū)為主，巡檢難度大，山區(qū)的架空輸電線路大都處于海拔較高、地勢險要、交通不便的山頂或半山腰，地形險要，給工作人員的檢修、巡視工作帶來極大的困難和不便。

山區(qū)的架空輸電線路巡檢效率低，塔位多處于崇山峻嶺中，大多數(shù)塔位沒有道路，工作人員巡檢線路需維護巡視道，部分塔位處于陡峭的山上，巡檢上下山的難度大花費時間長。巡檢工作受天氣氣候影響大，山區(qū)氣候多變，雨天較多，雨后道路泥濘濕滑，不利于巡檢工作開展。同時還極易出現(xiàn)山體塌方、滑坡現(xiàn)象，巡檢人員與車輛無法及時抵達現(xiàn)場，并存在人身安全風(fēng)險大，因此對巡檢交通工具要求高。由于山區(qū)的公路狀況差，存在坡陡彎急，一般需配置四驅(qū)越野車，同時，在汛期山體滑坡導(dǎo)致道路阻塞現(xiàn)象多，冬天寒冷期間長，隨著積雪的增加，道路結(jié)冰，巡檢人員很難進入現(xiàn)場，還存在交通事故的安全風(fēng)險較大。為提高工作效率，降低人身安全風(fēng)險，提高山區(qū)架空輸電線路的安全運行水平，利用無人機的山區(qū)架空輸電線路開展巡檢的必要性非常迫切。

3無人機在山區(qū)架空輸電線路巡檢中的困難及建議

3.1存在的主要問題

一是無人機在山區(qū)巡檢架空輸電線路存在通信信號不穩(wěn)定或范圍小的問題。山區(qū)輸電線路往往架設(shè)在崇山峻嶺之上，由于山體、樹木遮蔽等原因，無人機的通信信號受到阻擋，通信距離縮短。目前無人機的通信范圍通常在2 km以內(nèi)，在山區(qū)開展巡檢容易丟失信號，影響無人機正常巡檢工作的開展。

二是無人機在山區(qū)巡檢架空輸電線路存在電池的續(xù)航時間短的問題。山區(qū)架空輸電線路桿塔存在高差，無人機巡檢時需頻繁升降，另外山區(qū)空氣稀薄、密度低，無人機螺旋槳的運行推力降低，影響無人機的效率。山區(qū)氣溫相對較低，電池放電的效率就會降低影響電池續(xù)航時間，每塊電池巡檢時間20min左右，巡檢過程中更換電池占用時間較長，影響巡檢效率。

三是無人機在山區(qū)巡檢架空輸電線路受地形氣象影響大。山區(qū)由于地形因素，微地形微氣象區(qū)域較多，比如：地形抬升區(qū)、峽谷風(fēng)道等區(qū)域，同時山區(qū)氣象變化復(fù)雜，直接影響到無人機的正常巡檢工作。在復(fù)雜氣象條件下開展巡檢工作，極有可能出現(xiàn)墜機等不良狀況，造成的損失。

3.2主要措施和建議

從無人機本身設(shè)備出發(fā)研制通信信號強，發(fā)射距離遠，抗干擾能力強的無人機通信裝置，配置續(xù)航能力強的電池設(shè)備、搭載質(zhì)量更輕的任務(wù)設(shè)備，在無人機的槳葉方面著手，研究適用山區(qū)特征的螺旋槳以保證無人機在巡檢中的可靠運行。改建地面控制平臺，比如：用車輛改建為控制平臺，便于移動到作業(yè)現(xiàn)場，將通信設(shè)備、視頻監(jiān)控、移動電源等設(shè)備有效地集成起來，延長巡檢的距離，增加無人機在山區(qū)高壓輸電線路巡檢的便利性。

加強無人機應(yīng)用人才培養(yǎng)，一線人員熟悉無人機操控技巧，建立無人機操控技術(shù)探討交流長效機制，加強無人機在山區(qū)架空輸電線路日常巡檢中的應(yīng)用，總結(jié)提升工作經(jīng)驗，提高無人機巡檢桿塔數(shù)量和質(zhì)量。優(yōu)化作業(yè)流程，合理選擇無人機起降點，結(jié)合無人機續(xù)航時間和作業(yè)任務(wù)，規(guī)劃無人機固定起降點，多人協(xié)作，避免無人機往返飛行耗時耗電。

4無人機在恩施山區(qū)架空輸電線路巡檢中的應(yīng)用前景

4.1全面深入應(yīng)用無人機智慧巡檢

熟練使用無人機開展線路本體和通道巡視，無人機調(diào)用已規(guī)劃的航線，輸電線路自主巡檢，廣泛應(yīng)用于無人機開展線路紅外側(cè)測溫、本體精細巡檢和通道巡視。實現(xiàn)無人機自主巡檢常態(tài)化、規(guī)?；瘧?yīng)用。全面結(jié)合點云模型及無人機學(xué)習(xí)模式，規(guī)劃自主巡檢航線，不斷優(yōu)化拍攝位置與角度，確保拍攝部位準確、清楚，缺陷、隱患能夠清晰識別。建立標準化電鐵線路自主巡檢航線庫，便于后期航線調(diào)用、執(zhí)行以及缺陷、隱患對比分析，實現(xiàn)無人機巡檢自主作業(yè)、數(shù)據(jù)智能分析、業(yè)務(wù)線上管控[9-10]。

利用無人機搭載激光掃描設(shè)備獲取剩余輸電線路點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建點云模型，規(guī)劃自主巡檢航線。建立輸電線路三維智能化巡檢平臺，實現(xiàn)工作計劃編制、巡檢航線規(guī)劃、作業(yè)任務(wù)派發(fā)、飛行狀態(tài)監(jiān)控、采集圖像回傳、實時自動識別缺陷等功能?，F(xiàn)場作業(yè)人員負責(zé)按照定位拍攝規(guī)范開展標準化圖像拍攝并上傳至互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)無人機樣本歸集中心，完成初步標注后同步至管理信息大區(qū)，同時配合研發(fā)單位進行算法現(xiàn)場驗證及應(yīng)用效果提升。利用現(xiàn)有技術(shù)、設(shè)備優(yōu)化、更新各輸電線路三維模型，提升航線精確度。

4.2進一步拓展無人機在線路巡檢中的應(yīng)用

利用無人機測量和可見光巡檢技術(shù)，在山區(qū)輸電線路新建驗收環(huán)節(jié)，為驗收提供極大的便利，降本增效，可有效提高山區(qū)輸電線路驗收的工作效率，為線路是否具備投運條件提供依據(jù)，確保線路零缺陷投運，從源頭提高線路運行可靠性。擴展無人機應(yīng)用范圍，推動無人機帶電檢測規(guī)模化應(yīng)用，深化無人機輔助帶電檢修，提升線路檢測檢修作業(yè)智能化水平。深化應(yīng)用自主巡檢技術(shù)，加快缺陷智能識別技術(shù)應(yīng)用，規(guī)范無人機作業(yè)工作機制，優(yōu)化巡視周期。全面實現(xiàn)無人機自主巡檢的“三化”目標（管理規(guī)范化、作業(yè)智能化、業(yè)務(wù)數(shù)字化），夯實裝備配置及人才隊伍基礎(chǔ)，用無人機全面助力建成智慧全景線路。

5結(jié)語

無人機在架空輸電線路巡檢中的廣泛應(yīng)用，大大降低了人工成本和安全風(fēng)險。結(jié)合山區(qū)架空輸電線路巡檢難度大、受地形影響等的特點，探討了無人機在山區(qū)架空輸電線路巡檢中存在的通信、續(xù)航以及微地形微氣象影響等問題，并提出了相關(guān)的建議和措施，展望了無人機在架空輸電線路巡檢中應(yīng)用的美好前景。

參考文獻

[1] 許家文，陰酉龍，劉小雙，等.輸電線路人機協(xié)同巡檢模式的研究與應(yīng)用[J].電氣時代，2021（5）：24-29.

[2] 邢景堯，趙輝，佟明，等.無人機在輸電線路運行中的應(yīng)用分析[J].電工技術(shù)，2021（9）：79-81，85.

[3] 曹國文.山區(qū)輸電線路巡檢方式探討[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2009，27（2）：43-45.

[4] 萬康.無人機在山區(qū)高壓輸電線路隱患巡檢中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機，2019，50（23）：269-270.

[5] 李彥鋒，高梓瑞，梁江濤，等.噴火無人機在線路導(dǎo)地線異物消缺的應(yīng)用分析[J].云南電力技術(shù)，2021，49（1）：10-13.

[6] 張國鯤，劉家鵬，石立民，等.線夾帶電X光檢測用無人機電磁防護技術(shù)及應(yīng)用[J].自動化與儀表，2021，36（4）：79-82，103.

[7] 黃武浩，徐昱，陳煒，等.多山環(huán)境超視距無人機智能巡檢關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2019（3）：112-115.

[8] 金鑫，劉鐸，褚夫飛，等.無人機技術(shù)在架空輸電線路通道巡檢中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2021（7）：60-62，65.

[9] 高挺超.配電網(wǎng)架空線中無人機巡視應(yīng)用分析[J].科技資訊，2019，17（18）：46-47.

[10] 李宗諭.無人機巡檢集中管控系統(tǒng)設(shè)計[D].濟南：山東大學(xué)，2021.

作者簡介：曾凡濤（1986—），男，碩士，工程師，研究方向為輸電線路運維檢修。