输电线路无人机巡线应用探讨

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　　摘要：随着科学技术的不断发展，无人机已从单纯的军事应用逐渐普及到民用领域，相对有人驾驶飞机而言，无人机具备成本低廉、飞控人员安全、机动灵活、功能多样化、部署速度快捷、超视距驾驶等优势。本文介绍无人机的种类、飞控技术、机载设备，探讨输电线路无人机巡线的应用。
　　关键词：输电线路 无人机 巡线
　　1 前言
　　清远地处粤北山区，而输电线路走廊多为山区、丘陵等偏远地区，所处地形复杂，自然环境恶劣，输电线路杆塔、绝缘子、导地线等设备长期暴露在自然环境中，必须及时掌握设备运行状态。传统的人工巡视方式存在巡视周期长、作业条件艰苦、人力成本高、突发性事件响应速度慢等缺陷，而无人机具备成本低廉、飞控人员安全、机动灵活、功能多样化、部署速度快捷、超视距驾驶等优势，利用机载可见光和红外热成像设备观测，可以快速精确找出输电线路设备缺陷和外部安全隐患，在各种复杂地形、恶劣气候、灾害天气下，及时、准确、高效的掌握设备的现场运行状况，保障电力设施的安全稳定运行。
　　2 无人机种类及性能简介
　　无人机按续航时间和航程的长短，可分为四大类型：远程无人机、中程无人机、短程无人机和近程无人机，民用领域无人机多为近程无人机。无人机按飞行平台可分为三大类型：固定翼无人机、单旋翼（直升机）无人机和多旋翼无人机。
　　无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。由遥控人员通过遥控设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。无人机是一个集成航空、电子自动化、地理信息、图像识别等学科的综合性系统，涉及到航空技术、飞控技术、数据传输技术、遥测技术、卫星导航技术等多个尖端技术领域。现代无人机在军事上多用作靶机、侦查监视、诱敌干扰、对地攻击、火力引导、通信中继，而在民用上，可利用无人机作为飞行平台，搭载可见光和红外热成像设备观测，广泛用于监测、气象、环保、应急、规划、电力、水利、农林作业等。
　　用于输电线路巡视的无人机应具备以下功能和性能指标：
　　――巡航时间和距离。一般不低于30分钟，较长时间的可达到90分钟。巡航距离一般不低于5公里，最长距离的可达30公里。
　　――有效荷载。可携带设备重量一般不低于0.5千克，最大有效荷载的可达10千克。
　　――驱动方式。分为电力驱动和油动两种。
　　――升限和高度控制精度。具备超低空稳定飞行能力，一般飞行最高海拔高度在3千米内为宜。高度控制精度不低于10米。
　　――飞控方式。一般可采用人工目测遥控控制，还可以采用GPS定位自主导航控制、地形匹配自动导航控制，且具备悬停能力。
　　――飞行气候条件。一般应具备在5级及以下风力，小雨等气侯条件下可靠飞行能力，且具备短途滑跑、弹射和垂直起降的起飞能力。
　　3 无人机在输电线路巡线的应用
　　传统的电力线路巡视流程是工作人员亲自到现场巡视线路，巡视对象主要是杆塔、导线、绝缘子、接地装置、附属设施和线路走廊通道等，并以纸介质方式记录巡视情况，然后再人工录入到计算机中。因此，巡检受过多人为因素的影响，在危险地段会危及到选线工人的生命安危，并且人工录入数据量大、数据手工录入过程中容易出错；同时由于我国经济快速发展，对能源的需求越来越大，超高压大容量输电线路大幅扩建。线路走廊需要穿越各种复杂的地理环境，如经过大面积达水库、湖泊和崇山峻岭等，这些都给输电线路的的日常检测，提高检测精度和效率带来了很多困难。无人机巡视输电线路是一种新的巡检方法，是指在无人航空设备上装备陀螺稳定的可见光检测仪与红外热成像仪等载荷，对输电线路进行检查和录像，具有高科技、高效率、不受地域影响等优点。
　　输电线路无人机巡线应用系统包括以下四大部分：
　　3.1无人机系统
　　无人机系统主要由无人机和地面站两部分组成。无人机集成和搭载检测设备、飞控无线传输系统、图像无线传输系统、GPS导航系统、机载传感器系统。地面站由飞控地面站、检测系统后台两部分组成。飞控地面站包括飞控软件和飞控无线通信系统，负责控制飞机的飞行姿态和飞行轨迹；检测系统后台主要由检测软件、数据库和数字图像传输系统组成，负责可见光和红外热像视频的展示、图像处理、云台控制等。
　　3.2巡线任务
　　巡线无人机至少可以执行三项任务：故障巡线(快速、精确查找到电网及其设备的故障点)、常规巡线（代替人工常规巡线，提高巡线效率，降低巡线成本，降低巡线人员劳动强度）、年度巡线（替代有人机执行年度计划的航空巡线）。
　　3.3作业项目
　　无人机巡视输电线路的作业项目主要有:可见光远距离摄影、红外热成像；使用的主要设备有：可见光CCD设备、红外热成像仪。可检测线路的主要缺陷包括:线路走廊通道障碍，金具的松脱、缺失和磨损，绝缘子劣化、自爆和积污，导线和地线磨损、断股，导线和金具内部的损伤、导线连接点过热等。
　　3.4无人机巡检过程
　　无人机巡检过程：无人机搭载摄像头、红外成像仪或者导线损伤探测仪等任务设备；具有自主导航定位功能的地面控制站，控制飞机自主起飞，沿线路高低起伏飞行；数字图像传输系统实时传送巡检中的视频录像；地面检查人员根据实时视频判断线路情况，并根据GPS定位判断位置并记录，完成一次飞行后，飞机根据预设的飞控程序人工或自动返回降落。 
　　4 结语
　　输电线路传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，对途径水库、湖泊、江河和崇山峻岭的线路设备巡检存在较大困难，尤其时在遭受冰冻雨雪、山洪爆发等自然灾害时，无法及时、准确地掌握现场资料。利用无人机巡线，可大幅降低人工巡线的劳动强度，提高电力企业对突发事件的应急处置能力。另外，无人机成本相对较低，且具有无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等优势，随着科学技术的不断高速发展，无人机巡线的优越性也将越来越突出，不仅在高压输电线路巡检方面，而且在航空拍摄、地质勘测、交通管理、森林巡查、应急救援、救护等民用领域应用前景极为广阔。

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