基于输配电线路的智能巡检技术的研究
与应用
摘要：线路巡检是保证输电线路正常运行的重要手段，对我国电力的可持续供应和经济的安全、快速发展具有重要意义。最近十几年，随着国家经济的高速发展，架设的高压输电线路越来越多。在这种背景下，如果采用传统的人工巡检模式巡检数量如此之多的高压输电线路，将会不可避免地存在着作业强度大、巡检周期长、部分线路检修危险等问题。近年来，国家电网公司积极引进无人机智能巡检技术，提升输电线路巡检工作的自动化程度，改进巡检工作模式，以期实现输电线路的精确、高效、经济巡检。
关键词：输配电线路；智能巡检技术；研究与应用 1输配电线路巡检技术对比
目前，应用范围较广的线路巡检技术主要包括特殊标记法、条形码识别法、信息钮采集法和射频卡采集法。
（1）特殊标记法是在线路干线上通过标注一些特殊的
符号来方便运维人员识别已巡检的设备和未巡检设备，以防发生漏巡、漏检的情况，属于人工操作，存在工作量大、出现问题不能及时解决的缺点。
（2）条形码识别法是通过粘贴在杆塔上的条形码识别出设备的相关信息并存储在Ｕ盘，然后统一存储在计算机
中管理，但条形码经过风吹日晒易褪色或出现残缺的现象，导致无法正常识别。
（3）信息钮采集法是将信息按钮安装在不同的巡检地点，当工作人员进行现场巡检工作时，通过识读器将信息按钮的时间记录下来，然后在上位机上进行数据分析处理，但安装较复杂，成本高。
（4）射频卡采集法采用无线传输数据的方式进行数据采集，形成集成电路卡片，通过识读器读取卡中的相关信息并进行保存，但受电磁场的干扰较大。
2输配电线路智能巡检系统
输配电线路的智能巡检技术是将智能巡检和设备的故障处理相结合，实现现场巡检工作的信息化。通过将移动巡检系统的终端和主站端的数据进行交换，由主站端对输配电线路巡检结果的相关信息、巡检过程信息进行集中管理、查看，实现运维人员对线路的快速巡视，提高运维人员及管理人员对输配电线路的监控效率。智能巡检系统的核心是巡检任务管理模块，包括巡视任务的制定、下发、回传和浏览。该模块的主要功能是设置巡检任务和查询巡检结果，可设定正常巡视任务、特殊巡视任务、区域巡视任务、全天候任务等巡检任务类型；其次对需巡检的线路进行设置，如金楚线；最后将任务下发给本次任务的执行班组。工作人员制定完巡视任务后可通过下发按钮将任务下发给要执行工作的班组成员，运维班组人员在接到巡检的任务后将要执行的任务下载到巡检终端设备PAD上方便查看。巡视人员巡视结束后，可通过巡视任务上传功能将巡视信息上传到主站服务器端，巡视信息主要包括巡视的线路轨迹、巡视的工作范围、拟巡视的时间及巡视过程中发现的缺陷问题等。用户可在制定巡视任务时指定运维人员需密切注意的事项、危险点及本次巡视任务的过程中的重点工作等。
3输电线路无人机智能巡检存在的关键问题
从上述分析可知，要实现输电线路无人机的智能巡检，还需要解决巡检数据智能处理、无人机自主巡航、无人机续航和无人机智能巡检方法与规程等四个核心问题。
3.1图像数据处理
无人机巡检图像数据主要来源于光学影像数据和激光雷达点云数据。其中，激光雷达点云数据的处理已具有较高的智能自动化处理水平，应用商业软件再加上少量的人工干预即可。而光学影像数据，包括可见光影像、红外影像等数据的智能化处理尚不成熟，还在处在初步研究阶段。目前，可将光影像数据智能化处理是输电线路无人机巡检图像处理领域的热门研究方向。传统的电力设备图像数据处理方法是基于人工设计特征提取的机器学习图像目标检测方法。然而，该方法存在检测对象单一的问题，且存在漏检、错检的风险。在输电线路巡检中，有将近900多种常规缺陷，并且电力设备的型号众多，设备之间外形差异较大，基于上述传统图像处理方法仅能检测单一或少数几种电力设备，缺乏基本的通用性和较高的可靠性，因而实际工程应用价值较低。随着计算机性能的不断提升和智能算法的不断发展，有学者提出可建立大型的数据集，将深度学习算法引入输电线路无人机巡检图像的数据处理中。从现有研究来看，深度学习技术在该领域中确实具有更大的优势和发展潜力。但是，目前还难以建立起比较完善的数据集，制约了深度学习技术在输电线路无人机巡检图像数据智能处理中的发展。未来可通过不同单位和公司的合作方式，建立完善的电力设备缺陷数据集，将深度学习技术的优势在无人机巡检图像数据智能处理中的优势发挥出来。
3.2无人机自主巡航
无人机自主巡航是输电线路无人机智能巡检技术的核心组成部分。其巡航的区域主要分为塔间区域和近塔区域。目前，输电线路无人机巡检并不具备自主或自动巡检能力，通常采用的方式是:人工预先设定运行的轨迹，然后基于GPS按预定轨迹飞行。该方法存在明显的不足:(1)无法适应检测目标或者周围环境随时间可能发生的变化，容易发生安全事故。例如，当树木生长至输电线路附近时，无人机有较大可能撞上树木，造成无人机坠毁。(2)该方法对无人机定位的精度有着较高的要求。然而，常用的民用无人机GPS的定位误差可高达10m。虽然利用载波相位差分技术能克服这一问题，但是该技术需要建立较多的基站，以覆盖输电线路所处的较为广阔的范围，因而将该项技术应用于输电线路无人机自主巡航的成本太高，并不切合工程实际。
目前，机器视觉技术是解决上述问题的潜在解决方式，也成为了该领域的研究热点。此外，采用GPS和机器视觉辅助技术的组合导航系统是输电线路无人机智能巡检的未来发展趋势。
3.3无人机续航
无人机续航能力不足是输电线路无人机智能巡检技术中存在的另一关键问题，已严重制约了输电线路巡检的效率。目前，无人机续航时间通常为30min左右。为解决无人机的续航问题，部分地区已开始采用了设置无人机机巢的方法。无人机机巢主要有巡检车改装而成的移动式机巢和固定于杆塔顶部的固定式机巢。其中，移动式机巢可在一定程度上提高无人机巡检的续航时间，但并不适应无人机自主巡航的发展趋势，并且人工、维护等成本较高;而固定式机巢仅需少量的人工干预，更加契合无人机自主巡检的要求，因而具有较好的应用前景。然而，如何将固定式机巢完备地融合于输电线路无人机智能巡检技术中，还有诸多技术难点需要攻克。此外，对无人机进行动态充能是一种更加理想的解决方案。通常这种方式，可直接提高无人机的续航能力，但也存在着一些需要解决的关键技术问题。例如，供能端如何获取能量问题、供能的稳定性如何保证问题、供能存在的其他风险如何避免问题等。利用输电线路电磁场为无人机动态充能也是一种潜在方案，但目前还处于探索阶段。
3.4无人机巡检方法和规程
当前，输电线路无人机巡检作业仍处于试验阶段，相关方法和技术并不成熟，整个巡检作业流程尚未形成统一的行业规范。根据传统的巡检方法和现有的巡检经验，可将输电线路无人机巡检作业按照巡检内容主要分为线路本体、附属设施、通道及电力保护区三大部分。在无人机巡检作业中，涉及人员配备、作业前准备、无人机准备、巡线工作、图像视频传输、图像处理等多个步骤。提出一种标准、规范的输电线路无人机智能巡检方法和规程是应用输电线路无人机智能巡检技术的关键一步，其相关研究可与上述其他三个关键问题的研究同步进行。
4结语
智能巡检系统能改变过去因巡检人员工作量大而造成的漏检、漏项问题，提高了巡检的速度和质量，实现了定性定量管理，同时完成了巡检资料微机化管理，资料易查询便于保存，满足了输电线路巡检检查管理的要求，使得运行巡检质量有较大提高。
参考文献
［1］滕井玉，蒋正威，杜奇伟，等．基于视频集成及智能分析的一键式程序化控制技术研究［J］．电力系统保护与控制，2017，045(017):72－76．
［2］董小青，吴军，王浩，等．输电线路机载紫外巡检和故障诊断技术［J］．电力科学与技术学报，2017，032(001):117－122．
