架空电力线路巡线用无人机分类及各类无人机现状

曾志豪

（广东诚电电力工程有限公司）

摘要：当下输电线路巡检自动化已成为电力系统维护的必然趋势和发展方向，无人机巡检方式的普及，将极大减轻送电线工在线路日常巡视、紧急抢修、状态监测等方面的工作压力，在消除人工巡检盲点的同时，提高了巡检效率与巡视质量，保障了巡检过程中的人身安全。从无人机概况分析角度出发，阐述了无人机现状和无人机在架空电力线路巡线中的应用现状，此外，从不同角度进行详细分析讨论了无人机智能化和高速化的发展情况，为无人机在架空电力线路巡线中的应用研究提供参考。

关键词：输电线路巡检；无人机分类；自动化巡视

引言

随输电线路跨越荒郊野外，定期进行线路巡检是保障电网安全的重要基础。架空输电线路传统上由人工巡检，巡线人员借助望远镜和红外热像仪等设备对线路和通道环境进行近距巡视和检测。随着点位规模快速扩张，人均运维长度持续增长。人工巡检方式的巡线距离长、工作量大、效率低，难以发现杆塔上部设备缺陷，无法保证输电线路的巡线质量，难以满足现代电网高效运维需求。无人机携带方便、操作简单、载荷丰富。采用无人机进行输电线路巡查，不但提高了输电线路运维的效率和质量，还可降低劳动强度和成本，保障巡线作业人员人身安全。各电网公司均制定了短期内实现无人机巡线为主，人工巡线为辅的协同巡检工作目标。

1无人机分类

固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机为常用电力专用无人机，其各有优缺点，应用于不同的巡线场合。固定翼无人机飞行速度快，续航时间长，但不能悬停于空中，适用于进行输电线路通道大范围、长距离巡检。无人直升机飞行灵活，能快速准确的进行输电线路作业，现已基本运用到对输电线路通道环境监测，交叉跨越复核检查，重要隐患监控等方面的巡视工作。多旋翼无人机最大的特点便是能垂直起降，飞行控制灵活，稳定性高，可应用在电气线路设备的参数收集、故障查找等任务中。在故障段确定的情况下，多旋翼无人机能在接近线路处进行空中悬停，完成输电线路杆塔设备、绝缘子等定点目标的精益化巡检工作。总结以上各类无人机的优缺点与当前电力生产工作实际相结合，架空输电线路的巡线建议使用固定翼无人机搭配小型旋翼机或无人直升机进行。而固定翼无人机和无人机直升机的价格相对较高，基于巡线频率与性价比综合考虑，价格便宜且操控灵活的小型旋翼机是现阶段最值得推广的机型。

固定翼无人机：即非悬停无人机，依靠螺旋桨或者涡轮发动机产生的推力作为飞机向前飞行的动力，主要的升力来自机翼与空气的相对运动。固定翼无人机优点如下：（1）固定翼无人机的续航能力强，适合用于长途飞行；（2）它们往往比悬停的无人机更大，在部署天线阵列时更灵活，适用于MIMO天线；不过局限之处在于需要跑道辅助起飞降落，因此固定翼无人机对地形的要求更为苛刻，此外，也存在地面测控和保障系统复杂、维护保养要求高等缺点。

旋翼无人机：旋翼无人机是依靠多个旋翼产生的升力来平衡飞行器的重力，让飞行器可以飞起来，通过改变每个旋翼的转速来控制飞行器的平稳和姿态。旋翼的优点是机动、灵活，不需要跑道便可以垂直起降，可以精准悬停，可精细对某个目标进行观察，体积小，操作简单容易上手，应用领域广，缺点是机动性、稳定性和效率都是比较差的，操控距离较近，飞行高度较低，负载较小，续航时间短，所以只能小面积作业，且旋翼无人机上的旋转叶片运动可能导致高频多普勒反射，对通信信号造成一定影响。

2无人机巡线关键技术

2.1无人机巡线特点

随着无人机飞行技术和机器视觉技术的发展，采用无人机巡线技术已经逐渐应用在电力巡线领域。固定翼型无人机在日常巡线过程中较为常用，该机型的巡航速度在90-250km/h，可以采用手动或自动巡航模式，机动性较好，但是固定翼无人机只能按照单向巡航，且无法悬停。四旋翼无人机是直升机的变形，动力源依靠多个螺旋翼提供，由于机型小、占用空间小、可以在空中悬停的特点，广泛地应用在电力巡检中，但是四旋翼无人机也具有质量轻、强风中工作不稳定等缺点。无人驾驶型直升机利用程序自动控制飞行，依靠螺旋桨提供动力，可实现直接起降、悬停拍摄。

在架设高压电线当中，除一般的电线工人所面临的各种困难和风险之外，一些极其复杂的环境之下纯人工操作往往不能完成，但引入无人机不仅能完成并且大大降低了高空作业的难度和风险。于此相关的是高压电线的维护，由于各种意外高压电线上难免出现飘挂的风筝、塑料袋、孔明灯等异物，如果不及时清理可能导致难以想象的后果，这时借助“喷火”无人机比原来使用机械设备和人力清除要省时省力，且更加安全。

无人机巡线系统分析

2.2无人机巡线系统分析

图1为无人机巡线系统组成，无人机飞行控制系统是无人机的大脑，主要控制无人机的飞行姿态和巡航的状态。无人机定位系统主要控制无人机的巡航线路，通过GPS导航系统对巡航线路进行定位，通过数据重构技术进行行程的三维图形识别。图像采集模块主要对航拍图像进行处理，主要包括滤波、去重复和边缘检测等内容，空地通信模块主要起到信息传递和诊断作用。

图1无人机控制系统

3无人机现状分析及应用

近年来，我电力行业发展迅猛，电网建设在全国的每一个地方落地生根。随着无线通信技术、GPS导航定位技术和自动控制技术的发展，无人机的发展速度逐渐加快。利用无人机在电力线路规划、建设、运营维护和应急抢险等工作，发挥了提高效率、保障安全的作用。无人驾驶飞机简称无人机，英文缩写为UAV，是利用无线电遥控设备和自备程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全或间歇自主地操作。随着航空科技的发展，无人机在续航、通信和负载能力等方面有了很大提高。无人机的特性更有利于其在电力行业开展应用。通常情况下，无人机主要由以下几部分组成，分别为动力引擎、信号无线、设备机身以及自动驾驶仪等。动力引擎主要包括动力模式和油动模式。无人机在起落过程中主要分为三种模式，分别为直升模式、抛掷模式、弹射模式等。它在发射和回收过程中能够有效适应不同的承载平台，比如亚轨道飞行器、卫星、地面、航空器以及车辆等，同时能够有效保障测量精度，能够持续性开展跟踪和监测工作。

无人机应用于输电线路巡航系统。基于摄影测量技术获取数码照片，从而有效定位和识别输电线路通道中存在的危险因素，比如高杆植物、违章建筑等，能够有效完善线路巡检过程中弧垂高度的测量。实际巡航过程中，利用无人机能够将传统的可视化水平逐渐发展为可测量水平，有效解决电力线路定量巡检中存在的难题，代替人工电力线路巡检，提升整个巡检效率。在一些地形比较复杂、人工作业难度高的区域，利用无人机开展巡检能够有效降低生产作业和巡检设备的应用成本。其次，有效控制无人机能够获取电力线路航线中不同区域和部位的影像数据，以真实画面直观展示地面是否有金具、导地线等遮挡物，大大降低了人工作业的难度和成本，作业人员只需在杆塔周边地面即可完成缺陷巡视工作。

4结束语

本文基于机器视觉得无人机电力巡检工作，根据各种类型无人机的优缺点，发现采用固定翼无人机和无人驾驶直升机组合以及固定翼无人机和四旋翼无人机组合的两种无人机巡线组合方式较为符合目前我国的电力线路实际情况，这种巡线方式大大降低了人工作业的难度和成本，可以依照实际情况精确巡查，快速前往事故区域查找故障点，为我国电力行业的发展提供了有效保障。

参考文献：

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