面向架空输电线路的挂载无人机电力巡检技术研究综述

面向架空输电线路的挂载无人机电力巡检技术研究综述

李超

国网内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司

内蒙古赤峰市024000

摘要：经济的快速发展，人们生活水平的提高，对于能源的需求与日俱增。架空输电线路运行状况是否稳定直接影响着电网安全高效运行，然而，架空输电线路通道大多处于茂密山林区、繁华城镇区，多跨越高速公路、高速铁路和重要通道，仅凭人工的方式进行巡检工作难度大、效率低且风险高。因此，在架空输电线路运维管理中应用无人机巡检技术，对于及时掌握输电线路运行状况、提高运维效率、降低安全风险等具有重要意义。

关键词：架空输电线路；无人机；电力巡检技术；

前言：科学技术的不断进步，扩大了电网建设的规模，同时也提高了电网结构的复杂化程度，这就需要电力企业工作人员定期对电网进行巡检和维护，才能保证线路安全稳定运行。

一、无人机在电力架空输电线路巡检中的优势

1.免受地形限制。全方位巡查电力输电线路，所获得监测数据具有时效性，这就能够切实提升电力架空输电线路巡检工作质量与效率。

2.免受天气影响。能够满足恶劣天气条件下的巡检需求，即便是人工巡检难度较大的项目，也可通过无人机作业来解决，更具安全性与可靠性。

3.便捷易操作。无人机的使用具有一定便捷性，小型无人机可随身携带，大型无人机则可通过车辆来进行运输。

4.可扩展性。无人机具有可扩展性，能够作为搭载平台来对监控装置进行安装，能够检查线路故障问题，测定沿线树木高度等。将无人机应用于电力输电线路巡检中，能够对巡检作业质量加以保证。

二、面向架空输电线路的挂载无人机电力巡检技术

1. LiDAR技术选线。LiDAR技术是现代对地观测的最新技术之一，通过位置、距离、角度等观测数据直接获取对象表面点三维坐标，对地面的探测能力有着强大的优势，具有空间与时间分辨率高、动态探测范围大、能够部分穿越树林遮挡、直接获取真实地表的高精度三维信息等特点，是快速获取高精度地形信息的全新手段。利用LiDAR技术进行输电线路优化选线的方法大致如下：首先将LiDAR设备获取的高密度高精度的DSM，对线路规划决策的影响要素进行参数化和数字化，基于人工智能的搜索方法搜索代价最小的路径，并辅助于领域专家的知识，对决策要素的参数化和目标函数做进一步优化，形成一套自动化程度较高的路径规划方法，为线路规划设计提供参考方案；再将DSM数据进行滤波，生成DEM，将同时获取的航空数码影像处理为DOM；接着利用DEM叠加DOM构建线路走廊三维场景，设计人员即可在三维场景中针对规划方案进行优化选线作业。至于内业平断面测图，作业人员可直接在三维场景中进行平面地物以及风偏、危险点的采集，对于诸如房高、树高以及塔高等信息则借助激光点云数据进行提取，而断面数据则可直接从DEM数据中进行提取。

2.基于摄影测量工作站的电力选线技术。目前，在电网设计中，国内很多电力设计院使用摄影测量工作站技术进行线路设计，如“海拉瓦”系统。海拉瓦全数字化摄影系统是借助卫星、飞机、全球定位系统（GPS）等高科技手段，通过高精度的扫描仪和计算机信息处理系统，将各种影像资料生成正射影像图、数字地面模型和具有立体图效果的三维景观图，并以标准格式输出图像和数字信息的技术。海拉瓦-洛斯达技术是海拉瓦全数字摄影测量系统与洛斯达公司二次开发的满足线路勘测设计需要的软件相结合，进行电网工程勘测、辅助设计的最新技术的总称。在电网工程中，海拉瓦-洛斯达技术主要应用于输电线路的路径优化、变电所所址及进出线走廊规划、数字化线路等方面。海拉瓦-洛斯达技术率先应用于输电线路工程的电力选线，其传统航测作业模式是：1）航摄，按线路路径要求分带航飞拍照，照片冲洗后提供各航带满足质量要求的底片和照片。2）外控及调绘，制作各航带像片镶嵌图，全线进行GPS外控、调绘，提供所有GPS外控点三维坐标和像片调绘资料。3）航测内业，利用外控、调绘资料，进行空中三角测量，解算像对坐标，建立立体数字地面模型，生成全线数字化带状地形图。4）终勘定位，根据设计排位情况进行现场定位，并测量桩间距离、高差、危险断面和重要叉跨越，对原平断面图进行修正。

3.应用案例。本系统于500 kV 架空输电线路进行巡视，共计飞行4 个架次。确定巡检线路后，选择约10 m×10 m 的坚实地面作为起降场地，起降点100 m 半径范围内不能有灌木树木等植被，以保证起飞安全; 周边半径1 km 内空旷无山体丘陵遮挡，以保证一定强度的GPS 信号。依据台账信息，通过自带地面站对线路进行航迹规划。由于巡检线路路段地处平原，地势平坦，采用等高飞行方式; 为保障线路及系统安全，采用在线路斜上方飞行方式。在考虑无人机悬停精度和GPS 坐标误差的情况下，水平距输电线路中心的水平距离不得低于30 m; 为保障GL-70 对较细输电线的点云密度，LiDAR 距输电的距离应在100 m 内; 鉴于巡检路段杆塔高度约50 m，在最大安全准则下，无人机载LiDAR 系统离巡检路段的平均高度基准线150 m，以满足对输电线的激光扫描测量。为了能够采集最高的地面反射点云密度，激光脉冲频率设置为最大的脉冲频率550 kHz，同时设置无人机平台飞行速度为36 km/h，以兼顾点云密度及巡检效率。该设置模式下GL-70 对地的理论点云密度约为58 pts /m2。相机曝光时间间隔7．9 s，以便有足够的重叠影像来进行后期处理。高质量影像数据与高密度的激光点云数据，可以对杆塔、导线和地物进行精确的建模。调整好无人机平台状态后，开启LiDAR 数据采集系统，待完成参数设置后，按照规定的航迹进行飞行，并进行数据采集。

数据采集完成后，在现场进行GPS 数据处理和激光点云数据预处理，以确认所获数据的可靠性。经过点云自动分类及杆塔电力线的手动提取之后，处理后的数据显示，水平精度在10cm以内，高程精度在5cm以内，接收到的地面反射点云密度高于30 pts /m2。数据处理结果表明该系统获取了精确的架空输电线路走廊三维信息，量测出树障、风偏及交叉跨越信息，数据精度在10cm 以内。

三、无人机线路巡检展望

无人机线路巡检与人工线路巡检、直升机线路巡检相比有很多的优点，但是我国高压输电线布设的特殊性，造成了巡检地形复杂、变化多样，高山、树林、建筑等障碍物较多，给无人机线路巡检带来了很多的挑战，因此无人机线路巡检路径规划对于节约能源、提高巡检效率有直接的影响。同时，由于无人机自身条件限制（如飞行高度、可控范围、电量、飞行距离等）无法完成线路巡检的所有

巡检任务，因此制定合理、完善的巡检任务对于无人机巡检有着重要作用。随着控制技术、导航技术、通信技术的进步，为无人机全自主线路巡检提供了可能，各种无人机的出现也让无人机的发展变得更加专业化和智能化，加上检测仪器的小型化、微型化，使得无人机上可携带更多的检测仪器。这些对于提高线路巡检效率、精确度具有重要作用。无人机线路巡检在我国的起步较晚，要完全自主地进行线路巡检还有待技术上的突破。

结束语：综上所述，无人机巡检安全技术能够适用于结构复杂的输电线路，效率较高且检测结果较为精确，因而在架空输电线路安全巡检工作中得到了广泛的应用。然而，无人机在飞行过程中依然存在一些安全问题，需要工作人员针对巡检区域的地形环境状况以及架空输电线路的结构，选择合适的无人机飞控系统、控制方式以及避障技术，才能在保障无人机安全飞行的基础上，准确地检测出输电线路的实时运行状况，确保线路能够安全稳定的运行。

参考文献：

[1] 贾咏.架空输电线路相关技术问题分析[J].黑龙江科技信息,2021(26):59.

[2]黄仁及.架空输电线路无人机巡检技术的应用[J].名城绘,2021(03):506.