配电网架空线中无人机巡视应用分析
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摘 要：配电网多为野外架空形式，野外条件复杂，面临多变的天气状况如降雨、雷电和刮风等，使得配电网线路容易出现断裂、表皮焦化甚至材料表面破损以及化学反应导致锈蚀等。为避免这些问题发生，需要配备工程人员进行巡检，但往往因为人员不足或者情况较为复杂，需要无人机协助工程人员进行巡视配电网架空线路。目前无人机技术发展迅速，其性能越来越稳定，功能多样化，加上与人工智能技术相结合，使其在配电网架空线中的巡视方面更占优势。
关键词：配电网 无人机 巡视 应用
中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）06（c）-0046-02
1 无人机在配电网架空线的巡检中具有重要意义
无人机作为先进的巡视手段，最大的优势是无人机不需要人员驾驶，只需要地面操作员进行远程控制无人机飞行和进行作业即可，避免出现意外事故造成人员伤亡，故可以用来执行危险系数大、工作强度高的巡视任务，满足在野外巡视配电网架空线的要求，能够有效避免不利影响和人员损伤，减少资源浪费，使巡检工作更为精细且工作效率高，大大提高配电网架空线的巡视工作质量，杜绝更多配电网架空线路的安全隐患，提高电力行业与无人机的智能化和信息化水平，为我国创造更多经济效益和社会效益。
2 无人机类型的选择
配电网架空线无人机类型分为直升机和固定翼两种。这两种无人机各自的特点与性能有所不同，主要体现在飞行方式、飛行速度、续航能力、抗干扰能力、经济成本和机器可操控性等方面。接下来会讲述这两者的区别以及针对不同情况分析如何选用无人机。
2.1 中型无人机的特点
中型无人直升机持续工作时间为4h，可抗风能力为6级，最大荷载40～50kg之间，起降方式为垂直起降，悬停方式为定点悬停，对起降场地要求低，操作起来较为复杂，成本较高，巡航速度在40～130km/h之间[1]。
2.2 固定翼无人机的特点
固定翼无人机持续工作时间与中型无人直升机相当，可以抵抗6～8级大风，可载重量达到6～8kg之间。起降方式为地面滑跑起降方式，不能定点悬停，可以在空中盘旋，对场地要求较高，操作简单，成本较低，巡航速度在90～150km/h之间。
2.3 无人直升机与固定翼无人机的优缺点
无人直升机抗干扰能力较固定翼无人机弱，其搭载方式更为灵活，可以搭载更多或者更重的配电网巡视设备与维修设备。无人直升机对场地要求较低，可以适用于更多复杂地形，如山地、河流岸边、堤坝、草地、田野、复杂道路等。但是对地面操作人员提出较高的要求，操作难度大，需要操作人员技术娴熟以及反应速度快，能够做到随机应变，及时应对复杂情况。而固定翼无人机抗干扰能力更好，能够抵抗更为复杂的天气条件，操作难度较低，巡视的工作效率高，而且其在巡视过程所消耗成本较低，易于维护和保养机器。但是固定翼无人机存在的不足之处是需要地形条件良好，而且要在滑跑距离充足的情况才能展开工作，由于不能定点悬停，就不能对某一点处具体故障进行仔细检测与维修。综合考虑，在野外的情况下巡视配电网架空线路，选择无人直升机更有优势。
选用无人机还要注意无人机的规格与参数。一般按照尺寸与体积分类可分为中型无人机、小型无人机和微型无人机。其续航能力、抗风能力、承载能力、作业范围、抗干扰能力以及中继设备数都与无人机的尺寸成正比。比如，中型无人机要比小型无人机和微型无人机续航时间长、抗风等级高、承载能力强、作业范围广、抗干扰能力强以及中继设备数更多。小型无人机和微型无人机的机动性比较强，方便人员携带，作业更为灵活。
3 无人机在配电网架空线中巡视的原则
3.1 常规巡视要合理分配
在日常巡视工作中，针对现场地形条件合理分配无人机与人工作业量。对于山坡、河流、沟谷等复杂地形具有作业危险可能性，需要近距离探查局部故障或者巡视杆塔危险部分，则主要使用无人机进行巡视工作。在人员密集的市区，主要采取人工巡视为主、无人机巡视为辅的策略。
3.2 发生特殊情况时要及时巡视
出现自然灾害或者非人类所能抵抗的天气状况，如山体滑坡、洪水、泥石流、大型冰雹、大型风雨等，若满足无人机可使用条件，先选择无人机进行巡查，如果条件不允许，则需要人工巡视。如交叉跨越、树障、夜间巡视、红外测温等可以人工巡视为主、无人机巡视为辅[2]。
4 无人机巡视功能的实现
无人机巡视配电网架空线需要具备飞行控制技术，满足配电网架空线路里程的要求，设定合适的遥控距离。还要具备北斗导航技术，能够自我定位、实时跟踪与地面控制平台保持通信。同时保持飞行平稳有利于无人机所搭载的高分辨率摄像头及时抓拍与拍摄高清晰度画面。更重要的是，无人机能够快速识别杆塔、线路、绝缘子等架空线路相关设施，及时判断故障，并且能够针对危险故障发出警报通知，全程巡视过程需要录像，以便再次检查线路故障并且留存数据以便日后校对。
5 无人机巡视的应用
5.1 无人机的通信模式
无人机巡视工作要求在配电网架空线路斜向上方并且始终时刻保持合适的距离匀速飞行，可以避免一些电线线路带来的电场、辐射、信号干扰等不良影响，同时为了满足无人机的超视距线路要求，必须全面使用中继转发通信模式。无人机的中继转发通信模式主要包括地面中继转发通信模式和空中中继转发通信模式，这两种模式的工作特点有所区别[3]。地面中继转发通信模式的特点是中继设备置于杆塔上面，与其他模式相比成本比较低，但是需要考虑野外条件较为复杂的不良影响因素，而且在后期通信设备的维修与保养比较困难。空中中继转发通信模式是需要另外一架无人机搭载中继通信设备在空中保持飞行，可用于较为复杂的地形条件，并且通信设备的维护与保养比较容易，但这种模式的成本比较高，应用比较少。根据实际情况，采取两种模式有机结合的方式进行巡视。
5.2 无人机的巡视应用模式
由于野外地形条件以及天气条件的复杂性，往往需要考虑利用不同类型的无人机与中继转发通信模式的科学组合方式。主要存在以下几种，实际操作需要从其中合理选择巡视应用模式。（1）当无人机与地面控制器距离超过监控有效距离时，可用中型无人机与地面中继转发通信模式，无人巡视所获取的数据传输给杆塔上的中继设备，再由中继设备传输给地面控制器，实现对无人机全程控制的安全可靠性要求。（2）当野外条件复杂或者中继设备安装困难时可以采用中型无人机与空中中继转发通信模式，进行巡视的无人机将数据传输给中继无人机，再由中继无人机传输数据给地面控制器。
6 结语
传统的配电网架空线路巡检方式主要是采用人工巡视方式，巡视工作量大、效率低、条件艰苦和环境恶劣，甚至技术人员会有生命危险，尤其是山川、河流、沟谷以及自然灾害影响地区会容易造成意外事故导致人员损伤。现在无人机技术发展迅速，其性能越来越稳定，功能多样化，加上与人工智能技术相结合，使其能在配电网架空线中的巡视方面发挥更大作用，有效减少资源浪费以及避免人员损伤，为我国创造更多经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 王万国，刘越，李建祥，等.基于RCNN的无人机巡检图像电力小部件识别研究[J].地球信息科学学报，201712（2）：430-431.
[2] 李源源，陈艳芳，刘伟东，等.大型固定翼无人机在架空输电线路中的运营可行性研究[J].科技创业月刊，2017，16（2）：84-85.
[3] 朱振洪，张岳，陈彦，等.无人机在输变电线路巡视和应急抢险中的应用[J].电子测试，2017，23（13）：96-97.
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