架空输电线路无人机巡视技术研究.pdf

2023,16(3)上海电气技术1架空输电线路无人机巡视技术研究黄兴民刘文波高佩忠引张元胜生聂万庆胜利石油管理局有限公司电力分公司山东东营2 5 7 0 0 0摘要：应用无人机技术开展架空输电线路巡视，可以有效提高架空输电线路的巡视效率。介绍了精细巡视、日常巡视、通道巡视三种无人机巡视模式，给出了无人机精细巡视的流程和内容，并对无人机操控信号的传输、图像的处理与传输进行了分析。通过研究和应用架空输电线路无人机巡视技术，可以提高架空输电线路的运行安全性和稳定性。关键词：输电线路；无人机；巡视；研究中图分类号：TM726Abstract:The application of drone technology in inspection of overhead transmission line caneffectively improve the inspection efficiency of overhead transmission line.Three drone inspectionmodes were introduced such as fine inspection,daily inspection,and channel inspection,the processand content of drone fine inspection were given,and the transmission of drone control signal wasanalyzed as well as the processing and transmission of image.By researching and applying droneinspection technology for overhead transmission line,the operational safety and stability of overheadtransmission line can be improved.Keywords:Transmission Line;Drone;Inspection;Research文献标志码：A文章编号：1 6 7 4-5 4 0 X(2023)03-001-05线路巡视工作的全面覆盖和及时性。随着固定视频1研究背景装置覆盖区域的扩大，精细巡视逐步成为无人机巡无人机已在输电线路巡视过程中得到了广泛应用，能够提升巡视效率，减少巡视作业资金投人，并且可以在巡视过程中完善线路实际数据，如地理坐标、环境等，确保线路状态数据的准确性。无人机巡视能够快速发现故障，对周边建筑、树木、作业设备等实现准确识别，减小外部因素的影响。随着无人机技术的发展，飞控距离、起飞和降落条件、飞行高度等方面受到的限制减少，飞行控制平稳度、自动巡视模式、成像对焦等为无人机巡视提供了技术保障。笔者对架空输电线路无人机巡视技术进行研究。2无人机巡视模式架空输电线路无人机巡视主要分为精细巡视、日常巡视、通道巡视等三种类型，可以确保架空输电收稿日期：2 0 2 3-0 5第一作者简介：黄兴民（1 9 7 7 一），男，本科，高级经济师，主要从事电网规划、工程管理等工作视工作的重点。2.1精细巡视精细巡视指同时搭载可见光和红外两种镜头对杆塔本体、金具、导线等所有设备部件开展精细化巡视，还可选配紫外镜头进行辅助验证。精细巡视主要用于设备投产验收、故障巡视、隐患排查过程中，在重点高峰时期还需要增加红外测温工作。进行精细巡视时，无人机悬停或缓慢通过杆塔，按照飞行前进方向，首先拍摄杆塔标志牌，然后按照先整体后局部、从上到下、从右到左、从前到后、从低电压端到高电压端的顺序，连续全覆盖进行拍摄。精细巡视拍摄要求见表1。应保证所拍摄照片覆盖完整、清晰度良好、亮度均匀。在拍摄过程中，尽量保证拍摄主体处于中央位2拍摄对象杆塔整体全景全景塔头左、右地线线夹所有绝缘子上连接部位所有绝缘子下连接部位所有绝缘子本体部位所有避雷器挂点及仪表盘塔基所有间隔棒红外全景拍摄红外细节拍摄发热部位可见光拍摄所有接续管导线光缆连接盒其它辅助设施置，所占尺寸为相机取景框的6 0%以上，且处于清晰对焦状态，保证销钉级元件清晰可见。拍摄完成应立即回看照片质量，如有对焦不准、曝光不足或过曝等问题，应立即重新拍摄。进行红外拍摄时，保证红外相机镜头平视或向上，消除背景温度干扰。如发现明显发热点，应保证图像明确定位具体发热元件，如压接管、连接螺栓等。2.2日常巡视日常巡视指采用可见光镜头、热成像镜头对架空输电线路的重点区域及部分杆塔连接关键部位开展相对细致的巡视工作。在巡视过程中，涉及特殊巡视工作，如巡视周边存在施工作业的区段、进行水上海电气技术表1 精细巡视拍摄要求产养殖的区域、杆塔基础涉水的区域、线路存在交叉拍摄数量备注面向杆塔号增大的2方向拍摄2各1 2各1 2各1 2各1 2各1 2各1 2各1 22各1 2各1 2各1 2各1 2各1 22023,16(3)跨越的区域、林木繁盛的区域等，需要及时掌握杆塔基础、导线与线下实物距离、建筑施工对带电体距离等。日常巡视内容相比精细巡视有所精简，拍摄要求见表2。表2 日常巡视拍摄要求含线夹、防振锤拍摄对象含线夹、防振锤杆塔整体全景左、右地线线夹含线夹、防振锤所有绝缘子上连接部位所有绝缘子下连接部位所有绝缘子本体部位塔基含线夹、防振锤线路走廊全景含接地极其它辅助设施含所有通过电流的线夹、接续部件根据现场实际情况确定每相导线沿线飞行录像，导线中间接头测温根据现场实际情况确定拍摄数量2各1 2各1 2各1 2各1 2222.3通道巡视通道巡视指采用可见光镜头或激光雷达对架空输电线路通道走向，以及影响架空输电线路运行的周边环境开展巡视。无人机使用可见光镜头或激光雷达，基于地面站航线飞行模式对架空输电线路进行快飞扫描，飞行航线为架空输电线路前进方向右侧1 0 m，高于导线2 0 m左右。飞行高度根据地形随时调整，航线重叠度不低于30%，单次作业半径不宜超过3km。通道巡视主要巡视基础位置、导线情况、杆塔倾斜、周边建筑施工等，通过无人机巡视确定是否存在问题。针对人工巡视难度较大的杆塔，可以综合利用无人机和人工巡视模式。针对城市内人流密集的区域，则需要进行人工巡视。通道巡视是对架空输电线路通道进行的整体巡视，需要根据现场实际情况来确认巡视工作重点。3无人机精细巡视通过无人机精细巡视发现故障点，排除隐患，是一项重要工作，并且可以为架空输电线路检修提供技术资料，为架空输电线路故障情况下的抢修提供精准支撑。以下对无人机精细巡视的流程、内容进行介绍。3.1巡视流程为提高无人机精细巡视的准确性，针对运行中备注含防振锤含线夹、防振锤含线夹、防振锤根据现场实际情况确定2023,16(3)上海电气技术3的架空输电线路典型杆塔，规定了精细巡视流程，确保每个重点部位得到精准检查，如图1 图3所示。6101图1 水泥杆精细巡视流程6中3图2 管塔精细巡视流程3.2巡视内容经过多年来无人机巡视积累的经验，对精细巡视的重点进行总结规范，巡视内容见表3。4无人机通信无人机通信主要涉及操控信号传输、巡视过程图像传输，操控信号的稳定性是保证无人机安全可靠飞行的关键，图像信号传输实现信息实时性。4.1无人机操控信号传输目前，无人机通信链路主要使用无线电资源，应遵守民用无人驾驶航空器无线电管理暂行办法、工业和信息化部关于无人驾驶航空器系统频率使用事宜的通知的相关规定。无人机操作过程中，需图3铁塔精细巡视流程要双向通信链路，上行通信将地面控制指令及时传输至无人机，下行通信将无人机自身的速度、高度、位置、状态等相关数据发送至地面控制单元。无人驾驶航空器使用频段为8 4 0.5 MHz8 4 5MHz、1 4 30 M H z 1 4 4 4 M H z、2 4 0 8 M H z 2 4 4 09MHz。8 4 0.5 M H z 8 4 5 M H z 频段可以用于无人10驾驶航空器的上行遥控链路，其中，8 4 1 MHz8 4 5MHz频段也可采用时分方式用于无人驾驶航空器的上行遥控和下行遥测链路。1 4 30 MHz1 4 4 4MHz频段可以用于无人驾驶航空器下行遥测与信息传输链路，其中，1 4 30 MHz1 4 38 M H z 频段用于警用无人驾驶航空器和直升机视频传输，其它无人驾驶航空器使用1 4 38 MHz1 4 4 4 M H z 频段。2408MHz2 4 4 0 M H z 频段可作为无人驾驶航空器上行遥控、下行遥测与信息传输链路的备份频段。无人机定位巡航可以选择全球定位系统或北斗系统。无人机巡视架空输电线路时，输人两个电力杆塔的坐标，将坐标信息发送至无人机，控制无人机沿事先输人的坐标点飞行，完成对架空输电线路的巡视。巡视过程中，坐标的精度和各种外来干扰会影响无人机的安全和巡视效果，因此巡视前要对安全进行评估，不仅需要高精度的位置和高度信息，而且需要高精度的航向信息，同时需要解决电磁干扰引起的测向精度问题。对此，可以使用双天线测向技术和差分定位技术。另一方面，随航迹规划是无人机巡视的重要技术，能够规划巡视路径，可以根据复杂环境调整轨迹，避免发生碰撞。4线路本体复合架空地线跨越物距离不够等线夹断裂、裂纹、磨损，销钉脱落、严重锈蚀、发热，均压环、屏蔽环烧伤，螺线路金具栓松动、发热，防振锤跑位、脱落、严重锈蚀，阻尼线变形、烧伤，间隔棒松脱、变形、离位、悬挂异物，各种连板、连接环、调整板损伤、裂纹、发热等防雷装置避雷器动作异常，计数器失效、破损、变形，引线松脱，放电间隙变化等固定式防鸟装置破损、变形、螺栓松脱等，活动式防鸟装置动作失灵、褪色、防鸟装置破损等，电子、光波、声响式防鸟装置损坏各种监测装置缺失、损坏等航空警示器材高塔警示灯、跨江线彩球等缺失、损坏、失灵等附属设施防舞防冰装置缺失、损坏等全介质自损坏、断裂、驰度变化等承式光缆杆号、警告、防护、指示、相位等标志建筑物、构筑物有违章建筑，导线与建筑物、构筑物安全距离不够等树木、竹林有新栽树竹，导线安全距离不够等施工作业线路下方或附近有危及线路安全的施工作业火灾线路附近有燃放烟火，有易燃、易爆物堆积等交叉跨越变化出现新建或改建架空输电线路、通信线路、道路、铁路、索道、管道等防洪、排水、通道及电力基础保护设施保护区自然灾害道路、桥梁污染源采动影响区其它蔓类植物攀附杆塔上海电气技术表3精细巡视内容巡视对象巡视内容地基与基面回填土下沉或缺土、水淹、冻胀、堆积杂物等杆塔基础明显破损、酥松、裂纹、露筋等，基础移位、边坡保护不够等杆塔倾斜、严重锈蚀，塔材变形，塔材、螺栓、脚钉缺失，土埋塔脚，混凝土杆杆塔未封杆顶、破损、裂纹、爬梯变形等接地装置断裂、严重锈蚀、螺栓松脱、接地体外露或缺失等，连接部位雷电烧痕等拉线金具被拆卸、拉线棒严重锈蚀或蚀损、拉线松弛或断股、基础回填土下拉线及基础沉或缺土等伞裙破损、严重污移、有放电痕迹，弹簧销缺损，钢帽裂纹、断裂，钢脚严重绝缘子锈蚀，绝缘子严重倾斜、温度异常导线、地线、散股、断股、损伤、断线、放电烧伤、悬挂漂浮物、弧垂过大或过小、严重锈引流线、光纤蚀、有电晕现象，导线接头部位过热，导线缠绕、覆冰、舞动、风偏过大、对交叉缺失、损坏、字迹或颜色不清、严重锈蚀等大面积塌、淤堵、破损等地震、冰灾、山洪、泥石流、山体滑坡等引起通道环境变化巡线道、桥梁损坏等出现新的污染源或污染加重等出现新的采动影响区、采动区出现裂缝或塌陷对线路影响等线路附近有人放风筝，有危及线路安全的飘浮物、采石、开矿、射击打靶，藤2023,16(3)巡视手段可见光镜头可见光镜头、红外镜头，紫外镜头辅助可见光镜头可见光镜头、激光雷达2023,16(3)4.2无人机图像传输目前，无人机图像的传输方式已多样化，可以进行无线图像实时传输，也可以在返航后通过有线下载方式进行图像传输。在无线图像实时传输中，使用无线保真进行图像传输，信号传输范围取决于信号强度和环境条件，设备的发射功率和使用频率，以及无人机飞行范围内的树木、建筑物、大气条件等都会产生影响。常规的4 G、5 G 通信模式可以实现图像的实时传输，是目前主要采取的图像传输方式，传输过程受运营商基站布局影响。随着技术的发展，无线图像传输方式会越来越多。无人机图像也可以通过各种数据接口连接移动电话，进行有线下载存储。这种传输方式需要在无人机返航后进行，无法实现实时传输，但可用于图像存储和后续分析。5无人机巡视图像处理无人机在进行架空输电线路巡视时，主要通过拍摄图像的方式达到巡视目的。在拍摄时，会受到自然光照、稳定性、飞行姿态、自然气候的影响，准确性会降低。另一方面，辐射失真也会对无人机的拍摄效果造成一定影响。针对图像拍摄质量受到的影响，在图像传输过程中，需要对图像进行预处理，使工作人员能够看到相对清晰的图像。当拍摄的图像与实际情况不符时，需要工作人员对图像进行针对性处理，如通过像素过滤方式去除雨雾，或通过背景分离方式对图像进行分离。预处理后的部分图像需要由计算机进行智能识别，因此还需要对图像的亮度和对比度进行调整。近年来，图像自动识别技术不断优化，计算方式也不断增加。无人机巡视采集的图像数量多，需要实现对架空输电线路的实时持续性监测，就需要使用一些鲁棒性较好的特征提取算法，较为经典的特征提取算法有尺度不变特征变换算法、梯度直方图、加速稳健特征算法等。通过融合支持向量机及增强学习中的Adaboost迭代算法、随机森林算法等，来实现对被检测物的识别。在智能识别过程中，重点关注地震、洪水、海潮、火灾等灾害，以及其它外力对上海电气技术架空输电线路的影响，包括线下树木、违章建筑、违章施工、异物等。通过识别快速分抹出有效图像，判断架空输电线路运行风险点，在事故发生前采取有效防范措施。故障发生后，识别放电图像，结合故障定位装置，进行故障点定位，同时对故障原因进行记录，提高故障处理效率。6结束语在架空输电线路巡视工作中，采用无人机技术能够明显提升巡视效率，大大降低巡视成本,并且为事故抢修和检修工作提供直观图像信息。笔者对架空输电线路无人机巡视技术进行研究。在无人机巡视过程中，根据杆塔不同类型采取不同的巡视顺序，根据巡视任务对不同的重点部位进行巡视，明确架空输电线路本体及附属设施出现问题的部位和现象表征，并且通过人工识别和智能识别相结合的方式快速确认故障原因和运行隐患，提高架空输电线路的运行安全性和稳定性。参考文献1 党世轩，王岩，胡聪，等.1 1 0 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