无人机的电力线路安全巡检系统设计探析

无人机的电力线路安全巡检系统设计探析

桑培帅、姚天杨、刘传宝、王维佳、孔伟伟

安徽继远软件有限公司，安徽省合肥市，230088

摘要：为保证电力系统安全、稳定运行，必要进行常态化的巡检。无人机巡检是与传统人工巡检形成有效互补的一种方式，持续关注无人机巡检系统设计安全问题，是保证无人机巡检有效进行的关键。本文从无人机电力线路安全巡检系统设计出发，明确总体构想与具体设计思路后，结合现代信息科技，提出系统设计建议，以期为相关工作人员提供一定参考。

关键词：无人机；电力线路安全巡检系统；设计

引言：

线路及支持电力传输、转化的其他设施设备等，是整个电力系统可靠运行的基础保障。电力系统运行安全要重视把控基础设计与安装工程的实施，同时也要重视后期巡检工作的开展，要保证各类系统设施设备都能够在可靠的环境中安全运行。无人机电力线路安全巡检系统设计，要从“运行安全”的角度，着力分析无人机巡检应实现的目标，再以目标为导向，明确设计思路，落实系统设计工作。

一、无人机的电力线路安全巡检系统设计思路

设计思路可以从总体、具体两个层面分析。

（一）总体构想

无人机电力线路安全巡检系统设计，是为了与人工巡检形成互补，共同为电力线路运行安全服务。这就要求该系统设计中，注重以巡检数据的可靠获取、有效传输为核心，设计相应的系统模块。总体构想可从以下几方面出发：

1.从GIS数据中提取设备、塔杆、线路的GPS信息、杆塔塔型和电压等级等相关信息，利用非参数三维建模方法构建线路杆塔三维抽象模型，可实现电力线路三维杆塔及其附属部件的灵活三维重建，可降低建模的工作量及难度。在建模的基础上对环境模型进行插值处理，满足了无人机定位导航对环境的精度需求。

2.面向电力无人机巡检场景，研究基于遗传算法、随机树算法的无人机巡检路径在线规划与优化技术，满足不同空间维度下的精细化数据采集要求，达到巡检范围的全覆盖。

3.基于 PMS3.0 （设备资产精益管理系统）统一架构，利用中台共享服务资源，建设全专业无人机作业能力共享平台，实现适航区管理、作业安全监控、数据交互处理等全业务线上流转，确保作业高效开展、装备精益管理、数据安全可控，全面保障无人机自主巡检工作规范开展。

（二）具体设想

在上述构想的基础上，具体设计无人机电力线路巡检系统时，还应从数据采集、流程设计、故障探测、人机互动等层面加以考量，做好相应的准备工作，确保系统设计顺利进行，同时保证无人机巡检系统的应用性。

数据采集方面，主要针对电力线路中各类导线、电杆、电缆隧道等的运行数据、状态数据等的采集为准。如杆件有否变形数据，电缆隧道是否有积水、杂物或者结冰等情况数据，导线等地热状况数据、破损数据，防火封堵、防洪设施等的状态数据。

流程设计方面，以巡检路径设置为核心，重点关注人力无法到达的线路位置，按基础设备安装，功能开发，信息传递、存储，终端汇总、转换可读数据为整体设想，做好具体流程管理工作[1]。如无人机加装摄像头，联网、联机，采集线路影像信息，传递至终端系统，经DAC转换，生成可读信息，方便工作人员读取、统计、分析。

故障探测方面，以线路缺陷检测为主，分实体检测、环境检测两方面。实体检测中，利用HD摄像头，记录电网状态，传输能够反映电网状态的影像数据至中台服务器[2]。环境检测主要针对线路运行环境、周围环境进行检测，利用激光雷达探测电网及其周边情况，结合无人机飞行轨迹，确定线路故障阈值。

人机互动方面，以无人机与人力互助巡检为核心思想，设置人机对话接口，设计系统登录直接访问无人机所获数据接口，以人为核心指导无人机作业，以系统功能为辅助，完善人机巡检任务体系，在人机互动中，更加全面地获得电力线路巡检信息，识别异常信息，进一步判断故障问题，制定解决方案。

二、无人机的电力线路安全巡检系统设计要点

基于上述设想，在实际的系统设计工作中，还要注意把握以下几项要点内容，以确保系统设计合理，切实能够满足人—机巡检互补需求，甚至实现无人机自动智能化巡检作业目标，推动电力事业高质量发展。

（一）构建无人机电力线路巡检系统

系统设计中，系统架构的设置最为关键。系统架构以中台共享服务为核心，以电力线路运行数据、状态数据、环境数据等的采集、整理、传输、分析以及处理为准，建设全专业无人机作业能力共享平台。基于 PMS3.0进行设计，实现巡检设备、作业运行、管理运行、协同运行等的数字化转型目标。即以国家电网资源业务中台为核心，向下广泛介入智能设备，汇聚物联感知数据，向上根据电网组织架构按需灵活定制微应用群，支撑现场作业、业务管控、分析决策、生态共享等业务开展，以此确保无人机电力线路安全巡检工作可在全程数字化管控的条件下进行。

而具体的系统建构则以上空：无人机及其相关组件、附属设备（如摄像机、GPS导航仪等），地面：信息获取系统、数据分析系统等的建设为准[3]。以功能目标划分设施设备类别，明确其重要程度，合理设计、安装系统设施设备，确保无人机电力线路巡检系统总体架构设计合理，能够有效支撑具体巡检任务的执行。同时还应结合分类、分区管理思想，做好适航区、作业区以及数据交互处理等的管理工作，保证无人机巡检有序进行。

（二）采集无人机电力线路安全信息

在系统架构设置合理的基础上，主要依靠巡检信息的有效获取，保证地面终端呈现的电力线路相关设施设备运行数据可靠，才能实现数据的有效分析，继而做出合理的运行判断，依据判断结果，发出相应指令，制定检修方案。

此时，要注意保证无人机巡检图像信息的采集、处理问题。无人机可通过搭载的摄像机获取线路设备运行状态、运行环境等方面的具体信息，以图像形式呈现。而图像清晰度则对信息获取准确性有着最为直接的影响[4]。为保证信息可靠，还要利用图像增强技术，有效剔除无用信息，保留有用的特征信息。如利用图像像素范围调整技术，对巡检图像做增强处理，得到图像识别区间灰度函数，提高图像信息识别效果，保证能够有效识别人力难以获取的狭窄区域巡检信息。

在保证准确获得线路、塔杆等设备及电压等级巡检信息的基础上，可对比线路塔杆模型参数，识别巡检段电力线路及设施设备的运行情况，了解电力线路相应位置是否存在缺陷问题，若存在，可针对性采取相应措施加以维修、治理。在GIS系统以及GPS定位技术等的支持下，缺陷位置的确定将更加精准，对电力线路等设施的维修支持性强。

（三）规划无人机电力线路巡检路径

系统架构设置合理，数据采集全面且精准度高，是无人机巡检系统应用性强的基础保障。基于此，还要重视无人机巡检线路的规划，确保真正与人工巡检形成有效的互补，保证特定区域电力线路及相关设施设备运行的巡检效果。以最优约束对标最优路径选择，可使用最优全局概率搜索遗传算法，划分巡检路径。

利用遗传算法的随机计算关系，以随机产生的路径群体为基础，通过选择基础变异算子，改变染色体基因，以环境适应度表示巡检路径最优全局概率，逐步完成路径优化任务，最终规划出最优路径。

结束语：

综上所述，当前无人机电力线路安全巡检系统的设计尚未达到完善程度，还要结合最新科技，予以持续性地优化、调整，确保系统完善性增强，真正与人工巡检等形成有效互补，对电力线路等予以有效巡检，保证电力系统运行安全。

参考文献：

[1]蒋钰,何强,宋治等. 基于无人机的电力线路安全巡检系统设计 [J]. 电力安全技术, 2022, 24 (06): 40-42.

[2]谢晓君,杨小龙,倪天江. 试论无人机电力线路安全巡检的关键技术 [J]. 电力设备管理, 2021, (05): 92-94.

[3]孙阔腾. 基于无人机技术的电力线路安全巡检系统 [J]. 集成电路应用, 2020, 37 (03): 88-89.

[4]李小卓. 基于无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断 [J]. 电子制作, 2020, (02): 70-71+39.