无人机在输电线路运维检修中的应用研究

闫 宇，祝铭悦

（国网湖北省电力有限公司 超高压公司，湖北 武汉 430064）

随着城市化的发展以及电力应用的普及，我国的电力系统更加庞大和复杂，输电路线的检修工作也越来越重要，但是光靠人工进行检修工作会浪费巨大的人力物力。随着无人机技术的发展、虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术和图像处理技术的完善，无人机在输电路线的运维检修中的应用更加广泛，提高了线路的安全性。

1.1 图像处理技术

图像拍摄在输电线路的检修中会受到很多干扰，应用无人机进行现场的拍摄时，会受到无人机飞行的运动状态、机械振动和动作变化的影响，会使拍摄出来的影像模糊不清，而且输电路线周边的自然环境也会有变化，天气也会对拍摄造成影响，造成拍摄出的影像无法辨认，给工作人员的分析工作造成了难度[1]。而图像处理技术则能够对无人机拍摄出来的影像进行预处理，再针对各种干扰因素进行相关的处理，能够处理光线的明暗，减少图像中的阴影区域，在恶劣的天气中能够去除影像，恢复真实的场景，使无人机拍摄出来的影像更加清晰。

1.2 VR技术

VR技术就是一种对现实的虚拟技术，可以利用先进的拍摄技术进行虚拟空间的设置，给人非常真实的体验。无人机技术和VR技术的结合能够对想要观察的对象进行实时的三维立体观测，从而让被观测的物品更加真实。VR技术的应用也非常简单，只需要在无人机进行巡检的过程中，通过无线设备连接好，然后在工作站里的工作人员就可以佩戴好眼镜对输电路线进行全方位的实时检测，观察线路是否出现问题。VR无人机技术在输电线路运维检修中，能够提高检修的安全性和检修的质量，因为只需要通过操控无人机，就能够对处于高处的电线进行实时的监测。VR技术的先进性高于卫星，能够快速、准确地发现输电线路中的故障，而且能够大大降低人工成本，节省处理故障的时间。

2.1 无人机通信技术的应用

为无人机增加通信功能，可以进行无人机和地面工作站的实时数据交流。在无人机进行巡视时，它所拍摄的输电线路图像和视频会通过传感器传输给地面工作站，工作站的工作人员能够通过对图像和视频的分析，检测出输电线路的具体情况，然后再将处理的措施传输给无人机，让无人机进行简单的维护。如果问题太大，则需要工作人员到现场进行维修，计算机的具体位置则是由工作站发出的各种控制信息进行控制的，所以无人机在进行处理时也受到地点工作站的操控。无人机的通信系统一定要稳定、安全且可靠，在恶劣的天气和有干扰物存在的情况下也能够与工作站进行实时的交流，保证输电线路运维检修工作的稳定，保护电力系统的安全运行。

2.2 无人机雷达技术的应用

无人机雷达技术可以排查输电线路附近的树木情况，防止树木生长起来影响到电线的安全，造成线路跳闸、放电等故障。影响输电线路的树木处理起来比较麻烦，因为树木和电线的距离无法估算，而且树木砍伐以后还要进行大额的赔偿[2]。应用无人机雷达技术对树障进行监测，能够快速准确地计算出树木与线路弧顶的距离，然后决定要不要清除树障。例如，应用LiAir无人机激光雷达扫描系统对输电线路周围的树障进行扫描，很快就能得到数据信息，能够实时进行树障的监测，快速获取信息，及时准确地清除输电线路附近的树障。

2.3 无人机驾驶技术的应用

无人机能够进行自动驾驶，在输电线路的巡视检修中有巨大的作用。应用无人机自动驾驶技术进行巡视，可以实现长时间、远距离、高难度的输电线路检修工作，而且不会出现人工操作的一系列问题，对输电线路检修工作提供了方便。人工进行操作时，会因为长时间工作出现劳累、眼睛疲乏等情况，导致操作不当，或者出现巡视不认真的情况影响巡视工作的准确性。而且人工驾驶超过一定的距离，就无法再进行操控，不能够进行远距离巡视，所以需要无人机进行自动悬停，自主进行飞行选择，降低工作的难度。此外，无人机在进行输电线路运维检修时，要和电线保持一定的距离，而且还要沿着线路进行检修，所以对无人机检测技术有很大的要求，需要无人机能够抵抗电线周围的干扰，有很强的抗风能力，避免由于外力干扰影响无人机工作的能力。

2.4 无人机视觉跟踪技术的应用

基于无人机的视觉跟踪技术又被称为可见光探测技术，在无人机上面安装超高清的摄像头，进行输电线路运维检修时能够拍摄到巡视线路的视频和照片，并能够将这些视频和照片都储存起来，有的无人机还能够实现信息的实时传输，将拍摄到的视频和照片实时传递给工作人员，然后工作人员对信息进行分析，判断输电线路是否一切正常，如果发现其中的故障问题，就能够及时解决。视觉跟踪技术能够拍摄到输电线路上面的一切问题，并通过高清摄像头传递给工作者，对输电线路的维护工作有重大意义。例如，在输电线路上面发现线路某处出现了风筝悬挂在前面，就会由高清摄像头拍摄下来，传递给工作人员，工作人员看到这种情况就会立刻派人到现场进行清理，从而会有效保障输电线路的安全。

2.5 无人机喷火清除漂浮物技术的应用

无人机喷火清除漂浮物技术是应用无人机喷火技术，对输电线路附近的漂浮物进行清除，防止漂浮物悬挂在电线上，对线路安全造成影响。这种技术一般需要2个人进行操作，协作完成，1个人控制系统进行喷火，另1个人则进行无人机其他装置的控制。在实际的工作中，要先打开喷火系统控制器的开关，并且打开喷枪上面的阀门，然后另一个人控制无人机的开关，让无人机起飞，飞到有悬浮物的地方，对准悬浮物，打开喷枪喷出里面的油，再控制点火器将喷出的油点燃，直到悬浮物彻底被清除再停止开火。如果在进行喷火清除时没能命中目标，则要调整无人机的位置，再次点火，直到能够将悬浮物彻底清除。无人机在悬浮物被解决之后，要立即返回，关闭喷枪阀门、各个线路的电源。

3.1 线路规划

对输电线路进行定期的运维检修，可以有效消除线路中的安全隐患，减少事故的发生，保障国家电力安全。但是人工检修的工程量较大，工作效率较低，高空作业的危险系数较高，而且在一些地质条件不好的地方，人工检修的难度较大，甚至无法进行人工检修[3]。所以，无人机技术在输电线路运维检修中的应用显得尤为重要，应用无人机技术进行电路检修，需要进行无人机运行线路的规划。无人机线路规划包括路径规划和高度预设，首先在路径规划中要对所要检修的输电线路区域进行全面的规划，预先设置好无人机的运行轨迹，其次在高度预设中要根据所要检修区域的环境测量出地形的高度以及电线杆的高度，进行飞行高度的设置。如图1所示，在实际的工作中，无人机要在规划好的路线中运行，才能够发挥出它的最大作用，对输电线路进行有效的检修。

图1 无人机巡检轨迹

3.2 数据获取

无人机进行数据获取时，首先要在规划好的路线上运行，根据区域地形的高度和电线杆的高度设置好飞行的高度，然后按照规划好的路线和高度运行。在飞行的过程中，通过无人机上面安装的摄像头进行拍摄，获取实时的点云数据。具体的检修中，无人机飞行的高度除了根据地形的高度和电线杆的高度进行设置外，还要有一个安全距离，要在安全距离内飞行才能够保障无人机的安全，确保通过获取的数据能够有效避免线路上的故障，保证线路检测的准确性。而且无人机在飞行时还要注意飞行的角度，上面激光扫描仪的安装角度也要进行设置，保证无人机在获取数据时能够得到高清的影像数据。

3.3 数据处理

在无人机获取到的点云数据、影像数据和位置形状数据基础上，通过进行连续性的匹配，从而构建起输电线路的局部地图，通过实时的巡视不断更新地图，将地图的动态情况储存下来，方便日后电力设备进行维护和修理。在对点云数据进行提取时，要对数据的高度进行聚类计算，利用公式得出点云数据的高程，再根据高程提取输电线路的点云。基于线路的方程构建出输电线路矢量模型，再与点云数据相结合，诊断出输电线路和树木的安全距离，对超出安全范围的线路进行标记，从而实现对线路的检修与维护工作。数据的处理是通过数据分析进行的，在无人机自主分析无法完成的情况下，需要将数据传输到地面工作站，由工作人员进行人工分析，再进行线路的检修工作。

3.4 地面接收

无人机通过移动摄像头进行数据的获取，再使用一定的技术进行数据处理，将处理好的数据传递到地面的工作站，地面的工作人员通过接收到的数据信息对出现故障的位置以及故障类型有全面的了解，然后派遣工作人员前去检修。首先，根据接收到的数据信息以及以前存储起来的各种影像数据，分析故障造成的原因及需要的维修设备，再派人前去修理[4]。例如，根据接收到的信息显示，输电线路上某处发生了电线短路的故障，工作人员迅速对发生故障线路的位置以及周边的环境进行分析，找到最佳的到达路径，在最快的时间内赶往故障现场，再根据维修人员所处的位置对最短距离进行定点，通过综合计算得出派遣人员的最佳选择以及前往路线的制定。

4.1 提升工作人员的综合素质

在应用无人机进行输电线路的运维检修工作中，检修人员的综合素质对工作的质量影响很大，要根据输电线路的实际情况，提高工作人员的综合素质。首先，要对招聘到员工的整体水平进行把控，保证工作人员的基本技能与素质。其次，在具体的工作中还要对工作人员进行各项技能的培训。目前输电线路运维检修中应用到的技术更多、更先进，所以需要对员工进行无人机技术的培训、输电线路检查设备操作技术的培训、维修技术的培训等，保证员工在工作时能够进行检修一体化工作。最后，还要及时对员工的不合理分配进行调整，保证每一名员工都在适合的岗位上工作。检修工作的理论知识和实践经验一样重要，所以还要注重员工的实际操作能力，定期组织员工到检修现场进行调研，保障每名员工都有实际操作的经验，使员工的综合能力得到提升，保障检修工作的质量。

4.2 建立运维检修一体化系统

输电线路的检修工作十分复杂，传统的检修系统已经没有办法满足现在的电网检修的需求，所以需要进行检修一体化系统的建立。电力部门要借助现代信息技术、无人机技术、智能化设备等进行系统的建立，对输电线路进行实时管理和维护，有利于保护国家电网的安全。通过无人机技术和信息技术等，对输电线路的负荷数据、运行状态、电网模型、设备情况进行全方位的检测，对检测到的各项数据进行分析研究，找到线路的安全隐患以及故障原因，对线路的运行状态进行评估，运用科学的方法对线路的故障进行修理，提高输电线路运维检修的效率。通过检修一体化系统，可以提高电力部门对输电线路的检修以及数据分析的重视程度，为迅猛发展的输电线路安全提供保障。利用高科技手段，可以对隐藏的安全隐患进行排查，还能够进行大数据的检测，利用在线模型的方法调取各项线路数据，降低故障的发生概率。

4.3 完善无人机运维检修制度

输电线路的运维检修工作能够高质量完成，离不开制度的保障。完善电力系统运维检修制度，对检修制度进行细化，有利于保障检修工作的全面展开，促进检修工作的发展[5]。还要进行检修工作的考评，对工作人员的工作内容和完成结果进行考核和评定，对于完成度较高的工作人员进行奖励，对于不合格的员工要适当给予惩罚。检修人员的合理分配制度是保障检修工作顺利进行的关键，每个岗位上的人员都是专业的人才，能够高效、负责地完成本职工作，提高检修工作的质量，保障维修工作快速展开，提高工作的效率。控制好工作人员的水平，改善人员分配体系，能够把最适合的人安排在最适合的岗位上，实现效益的最大化。无人机技术的应用也会改变整体的运维检修系统，所以还要对无人机技术的应用进行制度管理，确保无人机在工作时的操作符合标准，保护无人机的安全操作，延长寿命。

4.4 落实运维检修工作的监督

为了确保输电线路的安全，最主要的是要对线路进行日常维护，并监督线路的运行情况，所以要加强对线路检修的监督，保障线路在日常检修时全面、到位。应用无人机技术在进行检修时要注意无人机的操作，以及数据获取时的清晰度，在数据处理时一定要保证数据的准确性，从而能够有效保障输电路线的安全。对运维检修工作进行监督，还要监督材料的质量、设备的维护情况以及工作人员的工作情况，要在检修的各个环节进行监督，确保检修时使用的设备都是最先进的，能够找出线路中存在的问题，还要确保修理时所使用的材料都与原线路所用材料配套，质量有保证。此外，对于检查维修的机械运行状态也要进行监督，避免由于操作不当而无法检测出问题，不仅造成设备的损伤，还会影响输电路线的安全。

总之，在应用无人机进行输电线路运维检修工作时，要保证工作的效率以及质量，所以需要对应用策略进行优化。首先要进行制度建设，确保工作在规定的范围内进行，其次要进行人员培训，保障工作的完成度，最后还要落实监督工作，建立检修一体化系统，有效促进输电路线检修工作的质量。

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