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摘要：無(wú)人機(jī)屬于電力線路安全巡檢新型技術(shù)，這種新興的自動(dòng)化航測(cè)設(shè)備靈敏度高、操作簡(jiǎn)便，同時(shí)能夠克服巡檢作業(yè)區(qū)域較為復(fù)雜帶來(lái)的阻礙。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；電力線路安全巡檢；關(guān)鍵技術(shù)

1無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢的含義與任務(wù)

無(wú)人機(jī)屬于電力線路安全巡檢新型技術(shù)，這種新興的自動(dòng)化航測(cè)設(shè)備靈敏度高、操作簡(jiǎn)便，同時(shí)能夠克服巡檢作業(yè)區(qū)域較為復(fù)雜帶來(lái)的阻礙。通過(guò)敏感的遙感技術(shù)，利用無(wú)人機(jī)對(duì)相關(guān)巡檢設(shè)備進(jìn)行搭載，可對(duì)電力線路的安全巡檢過(guò)程進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)獲取，保證將操作人員的安全危險(xiǎn)系數(shù)降到最低[1]。與此同時(shí)，可幫助技術(shù)操作人員頻繁反復(fù)地對(duì)電力線路的運(yùn)行安全進(jìn)行有效維護(hù)，配合使用無(wú)人機(jī)對(duì)電力線路的安全巡檢操作進(jìn)行組織落實(shí)時(shí)，無(wú)人機(jī)首先要對(duì)巡檢區(qū)域的復(fù)雜地形條件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)采用多批次無(wú)人機(jī)平臺(tái)飛行試驗(yàn)的方式，確保電力線路系統(tǒng)的性能符合優(yōu)良要求。為了讓數(shù)據(jù)獲取得更為全面，技術(shù)操作人員還可反復(fù)多次地開(kāi)展無(wú)人機(jī)平臺(tái)飛行試驗(yàn)操作，與此同時(shí)，利用run機(jī)影像與遙感數(shù)據(jù)處理平臺(tái)對(duì)獲取到的相關(guān)信息進(jìn)行精確分析與結(jié)果預(yù)判[2]。通常情況下，架空電力線路在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中扮演著十分重要的角色，不僅能夠保證大功率的電流穩(wěn)定通過(guò)線路傳送到用電用戶(hù)家中，還可有效降低電能運(yùn)輸過(guò)程中所出現(xiàn)的電能消耗[3]。但為了讓電能覆蓋的區(qū)域更廣，架空電力線路區(qū)域覆蓋范圍、地形地勢(shì)、水文氣候等自然環(huán)境可能較為復(fù)雜通常情況下，采用人工巡線的方式不僅會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力，占用的時(shí)間也較多，同時(shí)基層操作人員還可能在巡檢過(guò)程中受到較大的安全威脅，整個(gè)作業(yè)過(guò)程較為危險(xiǎn)，安全事故發(fā)生概率較高。與此同時(shí)，復(fù)雜的地形氣候條件也可能會(huì)給工作人員帶來(lái)較大的勞動(dòng)強(qiáng)度，總之采用人工方式開(kāi)展電力線路巡檢工作效率較低。伴隨無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力線路巡檢工作中的應(yīng)用，以上問(wèn)題全部得到有效克服，無(wú)人機(jī)技術(shù)還能夠讓整個(gè)電力線路的巡檢過(guò)程更加安全高效，可有效擺脫環(huán)境因素的影響與限制[4]。

2無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

2.1多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)從字面意義上就可以理解到，子系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組合而成，包括無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)系統(tǒng)、多傳感器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺(tái)、POS定姿定位系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的精確組合，讓無(wú)人機(jī)的飛行平臺(tái)功能可以更為豐富，同時(shí)在性能發(fā)揮過(guò)程中也可出色的完成各種飛行與信息采集任務(wù)。如對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行平臺(tái)進(jìn)行種類(lèi)劃分，還可分成固定翼飛行平臺(tái)以及旋翼飛行平臺(tái)兩種。技術(shù)操作人員組織開(kāi)展電力線路安全巡檢工作時(shí)，無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)還需搭載傳感器系統(tǒng)與穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)載設(shè)備。需注意的一點(diǎn)是，不同的電力線路巡檢環(huán)境如電力系統(tǒng)巡檢任務(wù)的任務(wù)類(lèi)型、飛行距離與飛行速度等，會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)平臺(tái)配合應(yīng)用的方案會(huì)有所差異，這需要視實(shí)際情況而定，保證無(wú)人機(jī)飛行系統(tǒng)可獲得更好的電力線路巡檢效果。在組織落實(shí)基于可見(jiàn)光拍攝的快速巡檢任務(wù)時(shí)，技術(shù)操作人員應(yīng)配置小型固定翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)，因?yàn)檫@種無(wú)人機(jī)電力線路巡檢系統(tǒng)體積更小、環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，能高效的完成電力線路巡檢系統(tǒng)的巡視任務(wù)。同時(shí)光學(xué)數(shù)碼相機(jī)、熱紅外成像儀和激光掃描儀等構(gòu)成了其傳感器系統(tǒng)，不僅能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中的絕緣子爆裂或是地線斷股問(wèn)題進(jìn)行精確定位，輸電線路設(shè)備的視頻信息采集層面也可使用無(wú)人機(jī)輸電線路紅外設(shè)備，也就是熱紅外成像儀。同時(shí)，無(wú)人機(jī)上的穩(wěn)定平臺(tái)還能保證熱紅外成像儀發(fā)揮出較好的圖片數(shù)據(jù)采集效果，保證目標(biāo)的成像質(zhì)量，POS定子定位系統(tǒng)可幫助無(wú)人機(jī)最大限度地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，防止出現(xiàn)成像模糊、飛行不穩(wěn)定的情況。

2.2地面測(cè)控站系統(tǒng)。通常情況下，無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)主要由地面測(cè)控站系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行監(jiān)控，而地面測(cè)控站系統(tǒng)由多個(gè)控制系統(tǒng)組成，包括無(wú)人機(jī)、平面地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。各種子系統(tǒng)在對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，地面控站系統(tǒng)可直接通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)信息傳輸方式對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取與分析。

2.3數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)執(zhí)行電力線路的巡檢工作時(shí)，數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)可發(fā)揮出較強(qiáng)的通信功能，保證無(wú)人機(jī)可隨時(shí)隨地地將數(shù)據(jù)傳輸給地面測(cè)控站系統(tǒng)。如果從組成部分上分析，地面測(cè)控站、信號(hào)收發(fā)設(shè)備、無(wú)人機(jī)通信設(shè)備等讓數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)功能更為強(qiáng)大，同時(shí)可在較為惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定的獲取相關(guān)數(shù)據(jù)與圖片信息。從系統(tǒng)的等級(jí)上看，數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)為子系統(tǒng)，基本功能是對(duì)地面測(cè)控站與無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信與交換進(jìn)行過(guò)程穩(wěn)定性保障，防止出現(xiàn)信號(hào)較差或是通信過(guò)程因突發(fā)狀況而中斷。此系統(tǒng)可保證無(wú)人機(jī)在外部環(huán)境較為復(fù)雜的作業(yè)區(qū)內(nèi)獲得更好的通訊能力并保證傳輸給數(shù)據(jù)中心的圖片與視頻更加清晰穩(wěn)定。無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)可直接滿(mǎn)足數(shù)據(jù)鏈路的傳輸需要，并保證發(fā)揮出的功能與數(shù)據(jù)鏈路傳輸需求相匹配。與此同時(shí)，技術(shù)操作人員可根據(jù)電力線路安全的巡檢系統(tǒng)實(shí)際情況來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蔬M(jìn)行控制，通常情況下需將其控制在4Mbps~8Mbps之內(nèi)。

2.4數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理功能得以有效發(fā)揮的原因是，地面系統(tǒng)可實(shí)時(shí)精確地接收無(wú)人機(jī)傳輸?shù)南嚓P(guān)信號(hào)指令或圖片數(shù)據(jù)，在無(wú)人機(jī)發(fā)揮電力線路安全巡檢功能時(shí)，數(shù)據(jù)信息的后期處理與儲(chǔ)存作用也可更高效的發(fā)揮，可快速對(duì)獲取到的信息進(jìn)行精確分類(lèi)與價(jià)值分析。同時(shí)，多傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)與幾何處理系統(tǒng)共同構(gòu)成了地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，而地面處理系統(tǒng)在發(fā)揮功能時(shí)，主要依靠攝影測(cè)量、遙感分析等數(shù)據(jù)處理方法。

3無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢的關(guān)鍵技術(shù)

3.1飛行姿態(tài)控制技術(shù)。外界環(huán)境因素，如氣候因素中的強(qiáng)風(fēng)或降水，都可能對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)與姿態(tài)產(chǎn)生較大的影響，致使無(wú)人機(jī)的飛行控制出現(xiàn)不穩(wěn)情況。無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制技術(shù)屬于無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的一個(gè)重要應(yīng)用，不僅能讓無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)更加穩(wěn)定，還能讓無(wú)人機(jī)按照預(yù)定線路規(guī)劃開(kāi)展飛行過(guò)程。依據(jù)專(zhuān)業(yè)研究人員的研究數(shù)據(jù)結(jié)論，LQG控制器主要控制無(wú)人機(jī)的俯仰翻轉(zhuǎn)姿態(tài)，而PID控制器也是無(wú)人機(jī)飛行控制中的一個(gè)重要系統(tǒng)，可有效預(yù)防無(wú)人機(jī)在飛行或航拍過(guò)程中出現(xiàn)偏航問(wèn)題。因此在無(wú)人機(jī)電力線路的安全巡檢過(guò)程中承擔(dān)著飛行姿態(tài)的控制職責(zé)，子系統(tǒng)的敏感性與抗干擾性必須較強(qiáng)，否則就可能致使無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)無(wú)法更為穩(wěn)定。

3.2地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)。無(wú)人機(jī)電力線路巡檢工作主要由地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)承擔(dān)，地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要是利用巡檢設(shè)備中的紅外成像儀、紫外線成像儀或POS系統(tǒng)聯(lián)合保證數(shù)據(jù)傳感器可以發(fā)揮出較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集與分析功能。地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)還能夠?qū)τ行畔⑦M(jìn)行收集與分析，保證生成的數(shù)據(jù)結(jié)果更加精確，具備更強(qiáng)的參考性。

3.3正射影像采集技術(shù)。通常情況下，無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)中的正射影像采集技術(shù)需與GPU模型聯(lián)合，并以GPU模型為基礎(chǔ)，保證采集技術(shù)的數(shù)據(jù)采集作用可全面發(fā)揮，在對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，其最大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是能讓正射影像采集速度大幅提升，并為航測(cè)影像的快速處理提供技術(shù)方面的支持。

3.4線路隱患、缺陷的探測(cè)技術(shù)。3.4.1視覺(jué)探測(cè)技術(shù)。視覺(jué)探測(cè)技術(shù)也被稱(chēng)作為可見(jiàn)光探測(cè)技術(shù)，一般會(huì)被應(yīng)用在線路隱患和缺陷的探測(cè)操作之后。技術(shù)操作人員可借助無(wú)人機(jī)搭載的高清相機(jī)與攝像機(jī)，對(duì)整個(gè)巡線過(guò)程進(jìn)行圖片與視頻獲取，與此同時(shí)借助信息技術(shù)將相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳輸給地面基站。此時(shí)基站工作人員可直接利用專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)對(duì)線路的整體情況進(jìn)行精確分析，需注意的是，視覺(jué)探測(cè)技術(shù)能甄別出電力線路的安全巡檢過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些顯性故障，如導(dǎo)線斷股、異物懸掛或是桿塔變形等，這對(duì)于后期的線路分析工作有著非常重要的指導(dǎo)作用。所以，視覺(jué)探測(cè)技術(shù)必須發(fā)揮出強(qiáng)大的視頻與圖片清晰攝取的功能。3.4.2紅外線、紫外線探測(cè)技術(shù)。紅外熱成像儀在對(duì)無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的表面溫度進(jìn)行提取時(shí)，具備較強(qiáng)的敏感度，能準(zhǔn)確測(cè)量到無(wú)人機(jī)表面溫度超過(guò)周?chē)h(huán)境溫度的異常溫升點(diǎn)。因此此設(shè)備最大的作用是能依據(jù)紅外光譜圖像對(duì)無(wú)人機(jī)飛行器的線路接頭、線夾和絕緣子設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常發(fā)熱情況，并對(duì)發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行精確定位。紫外熱成像儀在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還具備接受線路設(shè)備放電過(guò)程中出現(xiàn)的紫外光訊號(hào)功能，同時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢工作進(jìn)行落實(shí)時(shí)，技術(shù)操作人員可直接配合圖像對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的導(dǎo)線外傷、絕緣子放電及污染等放電等現(xiàn)象進(jìn)行精確捕捉，尤其是紫外線探測(cè)技術(shù)被應(yīng)用在電力線路巡檢過(guò)程中時(shí)，技術(shù)人員必須時(shí)時(shí)關(guān)注太陽(yáng)光以及人造光源，因其可能會(huì)對(duì)巡檢工作造成了干擾進(jìn)行重視，防止因?yàn)槿魏芜z漏致使無(wú)人機(jī)出現(xiàn)飛行安全問(wèn)題。3.4.3激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)。激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于激光具備較強(qiáng)的單色性和相關(guān)性特征，所以將其應(yīng)用在無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢操作步驟中，能發(fā)揮出良好的方向定位功能。伴隨時(shí)展，激光技術(shù)的使用功能也在不斷擴(kuò)展，因此其在角度檢測(cè)、距離測(cè)量以及長(zhǎng)度測(cè)量過(guò)程中，同樣可發(fā)揮出較大的應(yīng)用價(jià)值。通常情況下，連續(xù)波相位式測(cè)距技術(shù)與脈沖式測(cè)距技術(shù)最為常用，同時(shí)將無(wú)人機(jī)電力線路巡檢技術(shù)與激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行融合，可協(xié)助巡檢人員在掃描線路走廊內(nèi)獲得精確度更高的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，保證高分辨率航空數(shù)碼影像技術(shù)可輔助三維建模工作高精度落實(shí)，獲得更好的建模效果。在電力線路巡檢過(guò)程中應(yīng)用激光雷達(dá)技術(shù)，還能輔助巡檢人員開(kāi)展輸電線路與樹(shù)木、建筑物的距離測(cè)量工作，保證獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果更加精確，同時(shí)精確定位故障缺陷，為接下來(lái)的工作提供指導(dǎo)。無(wú)人機(jī)電力線路巡檢系統(tǒng)還需得到GPS技術(shù)的輔助，尤其是在激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，GPS巡檢系統(tǒng)能保證數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確，保證無(wú)人機(jī)平臺(tái)的任務(wù)載荷得到高水平獲取，電力線路GPS巡檢系統(tǒng)安裝的前后比較如下。巡檢落實(shí)：難于落實(shí)/必須到現(xiàn)場(chǎng)、巡檢時(shí)間可考核；檢測(cè)項(xiàng)目規(guī)范：不規(guī)范/規(guī)范；狀態(tài)量化：量化少，感覺(jué)多/多，儀器測(cè)量；記錄：記錄少/記錄多；交流：不方便/方便；在線幫助：無(wú)提示，存在漏檢/在線提示，狀態(tài)判別（貼身助手）；設(shè)備維護(hù)檔案：無(wú)，狀態(tài)趨勢(shì)無(wú)/有，有狀態(tài)趨勢(shì)曲線。

3.5無(wú)線通訊技術(shù)。無(wú)人機(jī)的遙控測(cè)量功能、信息傳遞功能以及跟蹤定位服務(wù)功能，三種功能的全面發(fā)揮離不開(kāi)無(wú)線通信技術(shù)的輔助。為了讓無(wú)線通訊技術(shù)的作用全面發(fā)揮，在對(duì)無(wú)人機(jī)的遙控測(cè)量工作進(jìn)行組織落實(shí)時(shí)，應(yīng)對(duì)幾方面進(jìn)行重視：首先，測(cè)量無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)，保證無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中路線精確、過(guò)程穩(wěn)定；其次，精確測(cè)量無(wú)人機(jī)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)背后的價(jià)值被更深入的開(kāi)發(fā)。還可借助無(wú)線電通信技術(shù)以及巡檢技術(shù)對(duì)正在運(yùn)行采集信息的無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)進(jìn)行獲取，并通過(guò)地面設(shè)備對(duì)其進(jìn)行控制，無(wú)人機(jī)上裝載的任務(wù)荷載傳感器在信息傳輸過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用，能夠讓地面系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行跟蹤定位，同時(shí)新建技術(shù)人員還可及時(shí)了解到無(wú)人機(jī)當(dāng)前的位置以及任務(wù)的完成效果。如發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的情況可及時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行糾正，無(wú)人機(jī)的巡檢技術(shù)由多個(gè)系統(tǒng)或技術(shù)終端組合而成。同時(shí)也橫跨了圖像識(shí)別、電子通信以及影像采集等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，構(gòu)建出一個(gè)完善科學(xué)的無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)，能夠讓巡檢工作的勞動(dòng)強(qiáng)度得到有效降低，同時(shí)大幅縮減巡檢資金與時(shí)間成本保證有效提升巡檢工作的落實(shí)效率。需注意的是，無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)以及關(guān)鍵技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用與革新，還直接促進(jìn)了航測(cè)技術(shù)與電力技術(shù)的快速發(fā)展。綜上，無(wú)人機(jī)跟蹤定位系統(tǒng)相關(guān)功能的有效開(kāi)發(fā)，能夠讓巡檢技術(shù)操作人員隨時(shí)隨地掌握無(wú)人機(jī)飛行的位置以及飛行過(guò)程中產(chǎn)生的路線，保證無(wú)人機(jī)飛行工作狀態(tài)得到有效監(jiān)控，并維護(hù)其飛行過(guò)程的穩(wěn)定。

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作者:謝曉君 楊小龍 倪天江 單位:內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司航檢分公司 中飛賽維智能科技股份有限公司