论文部分内容阅读
摘要：随着经济的不断发展，我国电力事业的进步也非常快速，电网的安全与否会在很大程度上对社会的稳定产生影响，而输电线路的稳定运行能够为电网的安全提供有效保障。无人机是随着电力企业发展而诞生的新型巡检设备，能够有效分担工作人员的工作量，提升工作效率。本文以输电线路巡检的概述为研究基点，论述当前无人机在输电线路巡检中的应用，并展望无人机在输电线路巡检中的未来发展。
关键词：无人机;输电线路;巡检;应用
我国经济发展水平的提升促使我国的电力行业迎来发展契机，随着输电线路分布的愈发广泛，实现我国供电范围的不断扩大。但是因自然条件等因素限制，使得部分地区输电线路无法依靠人工巡检方式完成，并且现阶段人工巡检方式的应用已经无法满足当前输电线路稳定运行具体需求。所以，需要借助无人机巡检技术来完善巡检工作，避免巡检期间受到地理、气温、天气等条件影响，提高故障巡查精准度，实现输电线路整体运行情况的全面掌握。也正因此，进行无人机巡检技术应用的深入分析，具有至关重要的现实意义。
1 VR 无人机技术的概述
随着后期技术的不断发展，未来无人机可能会脱离手柄的控制，直接通过 VR 设备接受操作者的头部动作来实现智能飞行。目前，用于输电线路巡视的无人机主要分为了固定翼，直升机与多旋翼这三种类型的无人机。其中，固定翼的无人机本身的荷载较大，而且飞行速度快，续航时间更长，但无法做到悬停。固定翼的无人机大多是用于对整个输电线路整体情况的巡视，当发现问题与隐患的时候，再做进一步的处理。另外，固定翼的无人机能够很好地被运用，可以巡视整个线路中违章建筑与树木情况，并且可以在灾后的应急评估中发挥作用，实现对救灾抢险信息的快速制作。
2 图像的处理方法
图像处理的过程中在电力运维时会遇到各类因素的困扰，这样也严重影响了工作人员对输电线路的检修工作，从摄影光学方面来看，远轴区域的信息及反馈的图片会产生一些出入，这样就干扰了图像的转换，图像的画质也较差，从而导致排查过程中出现偏差，对电力线路的细节部分无法做出准确的判断，工作的出错率较高。无人机在飞行的过程中会受到很多方面的影响，例如运动的状态、机械振动带来的影响等。这些因素都对无人机的飞行有所干扰。有一些线路布局在环境较为恶劣的地区，受到环境的影响会导致输电的线路和呈现出来的图像变得较为复杂，画面的内容辨识度及其低。面对这些干扰因素，要做到：第一，对无人机所采集的图像进行处理，在图像的亮度方面需要做出调整，对颜色空间及其线性、曲线度进行一系列的调整，减少图像的阴暗区，画面调至饱和状态。第二，遇见阴雨天能见度较低的情况下需要尽量的恢复真实的背景。第三，无人机飞行的过程中承重能力有限，摄像机的在飞行过程中分辨率也是有限的，往往拍摄的场景越大，呈现出来的图像画质越差，分辨率就越低，目前的技术手段还远远不够，无法对较大的场景的图像画质效果及分辨率进行改善，因此要改善画质问题就要将小的图像进行拼接，这样能呈现出整个画面场景，同时也能在小区域拍摄较为清晰的画面。第四，电力巡检线路复杂多变，为了满足工作的需要，可以通过模型的匹配、轮廓特点及其频域的图像来对图像画面问题进行改善。
3 选用无人机的基本原则
在输电线路运维工作中，无人机应当具备良好的抗风能力、可操控性、续航时间长的特点。无人直升机具有自动升降的能力，它能自控整个飞行的过程，减少了人工手动遥控的时间，降低了出错率及风险。在电力检修的工作中选择无人直升机的优势更大一些，但是也应当根据不同的地形及其气候来进行合理的选择。详见表 1。无人直升机能够自主的进行升降，其升降功能为内控自动飞行过程，不需要人工进行操作，减少了操作出现意外的风险。综合上述因素，在电力线路检修作用工作中，无人直升机的优势大于固定翼机。要根据地形的不同、气候的不同，对不同的巡检要求，选择不同的无人机类型。
4 人机在输电线路运维检修应用的技术
4.1 无人机的驾驶技术
无人机的自动驾驶技术是输电线路巡视的基础。无人机巡视可以达到长时间、超视距的远距离巡视，人工长时间的操控可能会眼睛疲劳，身心疲惫造成操作不当，而且不能保证无人机的定点距离巡视，这就要求无人机能自主悬停、自由飞行做到自主判断人机在巡视过程中要做到沿线检测、并要求与线路保持在安全距离，要求无人机检测是具有抗干扰、抗风力的优越性能。无人机飞行还得能快速起飞，做到效率保障。
4.2 电力线路视觉跟踪技术
无人机巡視过程中自身具备导航、有效躲避障碍物等人工智能，这些功能的实现是依靠对线路杆塔的视觉跟踪技术来完成的。视觉跟踪技术已经取得了一定成效，但在具体复杂环境中其运行可靠性还需要进一步提高。无人机巡线过程机身会产生一定程度的振动，振动会破坏摄像机稳定性进而导致巡线图像不够清晰，同时电力线路相对整个背景来说太细，极大地增加了视觉跟踪难度。另外，就现有追踪技术而言，无人机巡视环节若遇到类似电力线路的结构可能出现错误追踪。
4.3 无线通迅网络技术
无线通迅网络用于实现地面基站计算机与无人机之间的双向实时数据交流。主要数据包括，无人机巡视过程定时拍摄的线路视频和部分重要图像，用于线路检测的各智能传感器数据，无人机所在具体位置信息以及由控制站计算机发送的用于控制飞行的各种信息等，无线通信网络必须具备的安全、稳定及可靠等特点，使无人机在远距离巡视并且有信息干扰情况下能实现与控制站的实时联系，保证电力系统的运行稳定。
4.4 无人机激光雷达排查树障技术
一直以来，树线矛盾都是电力部门巡检关注的重点对象，当树与线的安全距离不足时，很容易引发跳闸、放电等事故。而树障处理的两大难点，一是树木到导线距离的估算，二是树障砍伐的赔偿问题。前者可以通过技术手段来实现，后者则需要各方配合。估算树木到导线的距离，传统的作业方式有人工目测并心算弧垂到树顶距离，这需要班组成员从多种角度观察，由人的观察角度和错觉引起的误差难以避免。如果要较准确计算导线弧垂与树木之间的距离，避免乱砍乱伐，破坏植被，则需要携带专业测高杆、经纬仪等笨重仪器，线路巡护人员因此工作负担巨大。激光雷达无人机作业已成为电力巡线新手段。LiAir 无人机激光雷达扫描系统是一款的轻型激光雷达点云数据采集系统，一体化集成集激光雷达扫描仪、GNSS 和 IMU 定位定姿系统及存储控制单元，可实时、动态、海量采集高精度点云数据及丰富的影像信息，通过配套的 LiAcquire 机载激光雷达地面站软件，快速获取电力走廊数据。
4.5 无人机喷火清除线路漂浮物
使用本喷火无人机进行异物清除任务时，一般需要 2人配合协同作业，其中一人控制喷火系统，另一人负责无人机等装置的控制。执行作业任务时，首先打开喷火系统控制器电源及遥控器电源，手动打开位于喷枪上的总阀。开启无人机及其遥控器电源，控制无人机起飞，定点悬停在待清理的异物附近，FPV 相机配合肉眼观察使喷枪对准异物的重力支撑部分或是缠绕输电线路的部分。然后控制喷枪试喷油并点火，若能命中则可以正常作业进行间隙点火，直至漂浮物焚烧清除;如果不能命中，则根据实际情况调整飞机位置，进行二次试点火，直至能正常完成作业;待异物熔化掉落或是燃烧殆尽后控制无人机返航。昀后关闭各系统的电源、喷枪总阀，作业任务完成。
结语
输电线路故障将会导致大面积的停网断电，可能会导致交通拥堵、铁路停电、生产制造厂的停工，严重影响人们的正常生活和经济效益。因此，为了保证电力系统的安全运行，及时发现异常现象和潜在故障具有十分重要的意义。无人机电力巡检已经成为了我国线路检测的重要方式，所以我们应该大力推动中国无人机电力巡检的发展，保护中国电力系统的正常运行。
关键词：无人机;输电线路;巡检;应用
我国经济发展水平的提升促使我国的电力行业迎来发展契机，随着输电线路分布的愈发广泛，实现我国供电范围的不断扩大。但是因自然条件等因素限制，使得部分地区输电线路无法依靠人工巡检方式完成，并且现阶段人工巡检方式的应用已经无法满足当前输电线路稳定运行具体需求。所以，需要借助无人机巡检技术来完善巡检工作，避免巡检期间受到地理、气温、天气等条件影响，提高故障巡查精准度，实现输电线路整体运行情况的全面掌握。也正因此，进行无人机巡检技术应用的深入分析，具有至关重要的现实意义。
1 VR 无人机技术的概述
随着后期技术的不断发展，未来无人机可能会脱离手柄的控制，直接通过 VR 设备接受操作者的头部动作来实现智能飞行。目前，用于输电线路巡视的无人机主要分为了固定翼，直升机与多旋翼这三种类型的无人机。其中，固定翼的无人机本身的荷载较大，而且飞行速度快，续航时间更长，但无法做到悬停。固定翼的无人机大多是用于对整个输电线路整体情况的巡视，当发现问题与隐患的时候，再做进一步的处理。另外，固定翼的无人机能够很好地被运用，可以巡视整个线路中违章建筑与树木情况，并且可以在灾后的应急评估中发挥作用，实现对救灾抢险信息的快速制作。
2 图像的处理方法
图像处理的过程中在电力运维时会遇到各类因素的困扰，这样也严重影响了工作人员对输电线路的检修工作，从摄影光学方面来看，远轴区域的信息及反馈的图片会产生一些出入，这样就干扰了图像的转换，图像的画质也较差，从而导致排查过程中出现偏差，对电力线路的细节部分无法做出准确的判断，工作的出错率较高。无人机在飞行的过程中会受到很多方面的影响，例如运动的状态、机械振动带来的影响等。这些因素都对无人机的飞行有所干扰。有一些线路布局在环境较为恶劣的地区，受到环境的影响会导致输电的线路和呈现出来的图像变得较为复杂，画面的内容辨识度及其低。面对这些干扰因素，要做到：第一，对无人机所采集的图像进行处理，在图像的亮度方面需要做出调整，对颜色空间及其线性、曲线度进行一系列的调整，减少图像的阴暗区，画面调至饱和状态。第二，遇见阴雨天能见度较低的情况下需要尽量的恢复真实的背景。第三，无人机飞行的过程中承重能力有限，摄像机的在飞行过程中分辨率也是有限的，往往拍摄的场景越大，呈现出来的图像画质越差，分辨率就越低，目前的技术手段还远远不够，无法对较大的场景的图像画质效果及分辨率进行改善，因此要改善画质问题就要将小的图像进行拼接，这样能呈现出整个画面场景，同时也能在小区域拍摄较为清晰的画面。第四，电力巡检线路复杂多变，为了满足工作的需要，可以通过模型的匹配、轮廓特点及其频域的图像来对图像画面问题进行改善。
3 选用无人机的基本原则
在输电线路运维工作中，无人机应当具备良好的抗风能力、可操控性、续航时间长的特点。无人直升机具有自动升降的能力，它能自控整个飞行的过程，减少了人工手动遥控的时间，降低了出错率及风险。在电力检修的工作中选择无人直升机的优势更大一些，但是也应当根据不同的地形及其气候来进行合理的选择。详见表 1。无人直升机能够自主的进行升降，其升降功能为内控自动飞行过程，不需要人工进行操作，减少了操作出现意外的风险。综合上述因素，在电力线路检修作用工作中，无人直升机的优势大于固定翼机。要根据地形的不同、气候的不同，对不同的巡检要求，选择不同的无人机类型。
4 人机在输电线路运维检修应用的技术
4.1 无人机的驾驶技术
无人机的自动驾驶技术是输电线路巡视的基础。无人机巡视可以达到长时间、超视距的远距离巡视，人工长时间的操控可能会眼睛疲劳，身心疲惫造成操作不当，而且不能保证无人机的定点距离巡视，这就要求无人机能自主悬停、自由飞行做到自主判断人机在巡视过程中要做到沿线检测、并要求与线路保持在安全距离，要求无人机检测是具有抗干扰、抗风力的优越性能。无人机飞行还得能快速起飞，做到效率保障。
4.2 电力线路视觉跟踪技术
无人机巡視过程中自身具备导航、有效躲避障碍物等人工智能，这些功能的实现是依靠对线路杆塔的视觉跟踪技术来完成的。视觉跟踪技术已经取得了一定成效，但在具体复杂环境中其运行可靠性还需要进一步提高。无人机巡线过程机身会产生一定程度的振动，振动会破坏摄像机稳定性进而导致巡线图像不够清晰，同时电力线路相对整个背景来说太细，极大地增加了视觉跟踪难度。另外，就现有追踪技术而言，无人机巡视环节若遇到类似电力线路的结构可能出现错误追踪。
4.3 无线通迅网络技术
无线通迅网络用于实现地面基站计算机与无人机之间的双向实时数据交流。主要数据包括，无人机巡视过程定时拍摄的线路视频和部分重要图像，用于线路检测的各智能传感器数据，无人机所在具体位置信息以及由控制站计算机发送的用于控制飞行的各种信息等，无线通信网络必须具备的安全、稳定及可靠等特点，使无人机在远距离巡视并且有信息干扰情况下能实现与控制站的实时联系，保证电力系统的运行稳定。
4.4 无人机激光雷达排查树障技术
一直以来，树线矛盾都是电力部门巡检关注的重点对象，当树与线的安全距离不足时，很容易引发跳闸、放电等事故。而树障处理的两大难点，一是树木到导线距离的估算，二是树障砍伐的赔偿问题。前者可以通过技术手段来实现，后者则需要各方配合。估算树木到导线的距离，传统的作业方式有人工目测并心算弧垂到树顶距离，这需要班组成员从多种角度观察，由人的观察角度和错觉引起的误差难以避免。如果要较准确计算导线弧垂与树木之间的距离，避免乱砍乱伐，破坏植被，则需要携带专业测高杆、经纬仪等笨重仪器，线路巡护人员因此工作负担巨大。激光雷达无人机作业已成为电力巡线新手段。LiAir 无人机激光雷达扫描系统是一款的轻型激光雷达点云数据采集系统，一体化集成集激光雷达扫描仪、GNSS 和 IMU 定位定姿系统及存储控制单元，可实时、动态、海量采集高精度点云数据及丰富的影像信息，通过配套的 LiAcquire 机载激光雷达地面站软件，快速获取电力走廊数据。
4.5 无人机喷火清除线路漂浮物
使用本喷火无人机进行异物清除任务时，一般需要 2人配合协同作业，其中一人控制喷火系统，另一人负责无人机等装置的控制。执行作业任务时，首先打开喷火系统控制器电源及遥控器电源，手动打开位于喷枪上的总阀。开启无人机及其遥控器电源，控制无人机起飞，定点悬停在待清理的异物附近，FPV 相机配合肉眼观察使喷枪对准异物的重力支撑部分或是缠绕输电线路的部分。然后控制喷枪试喷油并点火，若能命中则可以正常作业进行间隙点火，直至漂浮物焚烧清除;如果不能命中，则根据实际情况调整飞机位置，进行二次试点火，直至能正常完成作业;待异物熔化掉落或是燃烧殆尽后控制无人机返航。昀后关闭各系统的电源、喷枪总阀，作业任务完成。
结语
输电线路故障将会导致大面积的停网断电，可能会导致交通拥堵、铁路停电、生产制造厂的停工，严重影响人们的正常生活和经济效益。因此，为了保证电力系统的安全运行，及时发现异常现象和潜在故障具有十分重要的意义。无人机电力巡检已经成为了我国线路检测的重要方式，所以我们应该大力推动中国无人机电力巡检的发展，保护中国电力系统的正常运行。