无人机电力线路安全巡检的关键技术

　　摘要：电力线路是电力系统的重要组成部分，负责电能的转化和输送，是保障电力供应的关键环节。对于电力线路的安全巡检，是保障供电网络安全稳定运行的重要工作。如果在电力线路安全巡视领域合理地引进并应用无人机技术，一定会大大提高工作的便利性和高效性。文章对无人机在电力系统中应用的重要意义进行阐述，对应用途径和相关技术进行探讨。

　　随着国民经济的快速发展和现代化进程的推进，电力网络也在不断扩大规模，加上我国地域广阔，电力传输距离非常远，电力线路的安全巡检工作面临越来越大的挑战。一些处于极端自然环境的电线往往容易出现损坏，因此巡检周期相比于其他地区要短，且巡检难度也要大得多，安全性也更低。这种情况下，无人机技术的应用就为该工作带来了福音，不仅可以为电力线路安全巡检自动化提供途径，还可以大大提高工作效率和质量。因此，对于无人机在电线巡检工作中应用的研究，是一项意义重大的课题。

　　1　无人机技术应用于电力线路巡检工作的意义

　　随着电力网络的急速扩张，已经无法满足发展的需要了，不仅耗费大量人力资源，而且工作效率低下，而新型的无人机技术的应用则可以避免这些弊端。该技术的应用优势体现在以下内容中：首先，通过无人机取代人工进行电线安全巡检工作，可以消除极端自然环境对人造成的威胁，大大提高了工作的安全性；其次，利用无人机可以随时随地进行巡检工作，大大提高了该工作的自动化程度，提高了工作的灵活性；再次，无人机的飞行速度可以达到几十千米每小时，远远高于人工步行速度，且可以轻松飞跃险峻地形，大大提高了巡检工作的效率；最后，无人机搭载智能检测设备可以更准确地对线路各项指标进行检查并找出问题，提高了巡检工作的质量。目前，无人机在该工作中的应用还处于初期阶段，有着很大的进步空间。但是它初步发挥出的巨大优势已经受到了业内的一致认可，相信随着时间的推移，无人机会在应用中不断优化性能，在电力线路安全巡检工作中发挥巨大价值。

　　2　无人机电力线路安全巡检说明

　　2.1　技术要求

　　（1）无人机的设计方案。目前市面上已经有多种多样的无人机，包括娱乐作用的航拍无人机、用于物流的运输无人机以及喷洒农药的农业用无人机。但是，由于电力线路安全巡检工作的特殊性，这些无人机的设计方案都不能拿来制造电力线路巡检用的无人机。在设计无人机的时候，必须突出使用特点，对于电力线路巡检工作，考虑到地形复杂、气候恶劣、巡视路线长等因素，该类型无人机必须有较强的续航能力、动力和抗逆性，这样才能满足工作的需要。

　　（2）配置数据处理系统。数据处理系统的配置是实现自动化、智能化的重要环节。该部分工作要注意与网络数据库进行联系，将无人机收集的信息与大数据进行比对，这样就可以准确快速地发现问题，实现电路检查的智能化，提高工作效率和质量。

　　（3）无人机工作成效的检验。作为一种新兴的技术，无人机巡检工作在使用初期必须经过一定时间的观察和检验，才能批量投入使用。每次工作后，相关人员一定要对巡视结果进行查验，并评估无人机实际工作的效率与质量，并将相关数据信息整理归档，以便于日后进行数据分析。新技术要想稳定地发挥作用，必须经过长期的检验，因此使用者一定不能操之过急而忽视细节。

　　2.2　系统结构

　　（1）主体和附属设备。主体就是无人机，它是设备承载的平台，对于主要的工作还需要相应的设备进行。这些设备通常包括：传感器，用于收集信息；探测设备，用于电路的定位；综合数据处理平台，用于网络连接和数据的分析与反馈。

　　（2）地面信息获取系统。由于无人机的飞行位置与电力线路距离较远，因此，相比于人工设备，无人机的地面信息获取系统应该具有更强的灵敏性，这样才能保障巡检工作不会出现遗漏，以免由于恶劣气候导致信号微弱，无法采集。

　　（3）地面数据分析系统。该系统是数据处理的前提，只有数据采集足够准确，数据分析才能有效。该系统需要对地面的复杂信息进行初步的拆选和分析整合，为后续工作提供便利。

　　2.3　具体任务

　　（1）完成巡检任务。通过远程操控，让无人机按照一定的轨迹进行飞行，确保检测到所有电力线路的信息，然后进行无人机的接收和替换工作。

　　（2）进行信息传输工作。无人机在巡视过程中，将收集到的信息通过网络平台传送给地面工作人员，以便进行后续工作。

　　（3）完成数据分析工作。无人机的主要作用是信息采集和传送，最终的安全巡检工作成效还有赖于数据分析的准确性，该环节也是整个工作的最后部分。因此，加强数据分析工作至关重要。

　　3　无人机电力线路安全巡检的关键技术

　　3.1　无人机飞行姿态控制技术

　　无人机由于需要长时间处于户外工作状态，因此飞行姿态容易受到众多环境因素的干扰，如地形特点、气候条件、风力、雨水、雷电等。加强对无人机飞行姿态的控制非常重要，是保障无人机正常运行，顺利完成巡检工作的首要前提。然而这一技术也正是目前无人机研发领域的重要难题。无人机体积较小、质量较轻，要想顺利应对各种恶劣因素，必须具备足够的灵活性。目前，对于无人机飞行姿态控制的研究已经初有成效，可以基本实现无人机的俯仰、空翻等操作。除此之外，无人机的避障功能和导航功能也在不断改善，为稳定安全飞行提供了保障。总而言之，该技术的发展还处于初级阶段，还需要在应用中不断优化和加强。

　　3.2　电力线路故障探测技术

　　电线故障排查是无人机的主要工作职能，也是所有工作中的核心环节，还是最终评估无人机巡检成效的重要标准。目前主要通过以下关键技术来实现无人机巡检中的故障排查：

　　（1）视觉探测技术。该技术的应用是利用高清摄像头来进行的，无人机承担了摄像头的搭载平台。这部分属于无人机的基础设备，在日常的无人机中也常常可以看到摄像机。但是用于线路安全巡检的摄像头必须具备较高的像素和分辨率，确保拍摄图片和影像的清晰度，这样才能有效检查线路故障。无人机搭载的摄像头还需要与一定的传感技术相结合，这样可以更加准确地对故障线路进行定位。

　　（2）红外线与紫外线探测技术。红外线技术常常用于热成像设备，可以将外部事物的温度差异转化为图像信息。电力线路在发生故障时往往会非正常发热，因此红外线探测仪在无人机上的应用可以帮助其发现这些故障线路。而紫外线设备的应用则可以检测到放电过程中释放的紫外线光谱，从而检测异常线路。需要注意的是，自然界中也有大量紫外线存在，容易对设备进行干扰，工作人员一定要加以分析区别。

　　（3）激光雷达探测技术。该技术的应用目的是故障定位。激光技术可以实现角度测量和距离测量，配置在无人机上可以对电线进行扫描，获取数据，再利用摄像头进行立体模型构建，进而确定故障发生点。此外，也可根据地面物体参考系进行定位。

　　3.3　无线通信技术

　　无线通信技术在日常生活中应用非常普遍，但是由于无人机上空间狭小，对设备的体积和质量都有着很高的要求，因此需要搭建特殊的设备。在配置该部分设备时，要满足以下功能：远程测量、追踪定位和数据传送。其中，远程测量需要完成2 方面的工作：检查无人机自身运行状态和检查数据传送情况，而这2 部分工作的完成都要应用到无线通信技术。

　　3.4　正射影像采集技术

　　正射影像采集技术的使用是为了通过设备获取电力线路的图片和影像资料，这不仅有助于无人机更加准确地分析信息，还可以让地面工作人员高效完成检查核验工作。

　　3.5　地面数据处理技术

　　无人机在整个信息工作中需要分3 步完成任务：信息采集、信息分析和信息传送。其中，难度最大的就是信息分析过程。可以通过POS 系统，红、紫外线成像仪等设备来进行数据的处理、筛选、整合等工作，并将数据反馈给后台人员。

　　4　结语

　　综上所述，无人机技术在电力线路安全巡检工作中的应用意义非常重大，不仅节省了大量人力，还大大提高工作效率和质量，是电力系统自动化进程的重要实现途径。但是该技术的发展还处于起步阶段，需要在应用中不断优化。本文对相关的技术要点和应用要求进行说明，希望能为研究人员提供帮助。

　　基金项目：基于局放测量与图像融合的长航时无人机自主巡检关键技术研究（项目编号：KJQT2020101）。

　　（作者单位：云南电网有限责任公司大理供电局）

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