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摘要：现阶段，我国电力线路的建设规模不断扩大，覆盖的范围比较广泛，并且各个区域之间的地形存在差异。有些地区的地形比较复杂并且自然环境相对恶劣，在进行电力线路巡检的过程中，有一定的难度。随着无人机技术的出现，为电力线路安全巡检提供了全新的途径，利用无人机技术可以实现自动化的巡检，减轻线路巡检工作人员的负担，并且效率也会得到显著的提升。本文将分析基于无人机技术的电力线路安全巡检系统。

前言

我国社会经济发展比较快速，对城市建设也提出了全新的要求，使得城市对于用电量的需求也越来越高。我国也构建了高效、稳定的电力线路为城市建设提供需求，并结合社会用电量的需求，建立了大量的输电线路，为了保证用电的稳定性需要加强对电力线路的巡检，及时地解决线路问题。人工定期对电力线路进行巡检，周期比较长，而使用无人机技术，不仅能提高巡检的效率，还能促进检修有效性的提升。

一、无人机技术

无人机技术就是利用无线电遥控设备和程序控制装置操控的无人驾驶航空器。无人机、控制站、通信系统以及保障系统共同组成了无人机系统。无人机为了更好地满足工业控制需求，需要具备以下几点，首先，保证无人机在空中飞行的稳定性，并且为了适应不同的工程环境，无人机的外形设计要具有科学性；其次，需要具有一定的荷载能力，确保可以搭载信息采集的相关设备；再次，需要具有完成不同任务的能力^[1]，如电力电路巡检、自主巡检等；最后，无人机还有具有远程无线传图和定位功能。对于控制站来说，是无人机系统的关键部分，主要是负责无人机的航线规划和任务执行以及紧急情况处理。通信系统则是将无人机占和控制站进行联系的桥梁，完成两者之间的信息传输。设备保证系统是保证无人机正常工作的技术支持，能满足无人机实际作业的需求。

无人机在电力线路安全巡检中有着一定的优势，第一点，具有一定的延长性、实时传输等功能，不受地理条件的限制，能够到高风险地区进行探测，并且无人驾驶不会出现人员伤亡，安全性比较高。第二点，无人机进行电力线路检测时，即使遇到自然灾害也可以对受灾区域进行线路巡检。第三点，无人机的巡检速度比较快，每小时可以巡检几十公里。另外，与人工巡检相比，无人机能缩短巡检的时间，并且巡检的结果比较客观，出错率比较低。还可以在巡检过程中对周围的树木进行排查，降低周围物体违章现象出现，确保输电线路的安全性。

二、无人机电力线路安全巡检系统的构成

（一）多传感器数据获取系统

该系统是电力线路巡检数据的主要平台，数据的获取是无人机电力线路的核心，主要由无人机飞行平台、多传感器数据获取系统以及稳定平台和POS定位系统构成。无人机飞行平台分为固定翼飞行和旋翼飞行平台^[2]。在电力线路安全巡检工作进行时，该平台主要是搭载传感器系统和设备，完成飞行数据的传输。电力系统巡检任务的任务类型、飞行距离等要求都是无人机平台进行方案决策的考虑因素。例如，在白天进行巡检工作实施的过程中，相关人员可以使用小型的固定翼无人机开展巡检工作。传感器系统包括光学数码相机、热红外成像仪以及激光扫描仪等设备。光学数码相机能够对绝缘体断裂的线路故障进行检查，热红外则是适用于红外视频信息采集过程中，具有提升图像质量的作用。另外，POS定位系统能帮助无人机规避飞行的风险。

（二）地面监控站

地面监控站系统主要的工作就是，在无人机飞行过程中对其飞行的状态进行监控，并且对飞行过程中的范围和传感器数据获取的方式进行控制，针对于飞行数据进行初步的处理。无人机飞行的平台、地面控制系统以及多传感器的应用，对数据进行实时分析，共同构成子系统。

（三）数据通信链系统

该系统是进行整个系统通信的关键，主要是承担数据传输功能，接收地面线路的信号，完成信号接收工作。尤其是对于比较复杂的地区来说，信号通讯不通畅，需要依靠该系统完成无人机与地面之间的可靠通讯。数据链路首先要保证无人机定位数据的实时上传，从而更好地完成对无人机工作的跟踪。数据链路的传输效率要根据实际需求确定，一般在4Mbps~8Mbps之间即可，这样既能实现数据传输，也能确保地面测控人员及时掌握飞行状况。

（四）地面数据处理系统

地面数据处理系统主要是做后期数据处理、储存以及应用工作，其中数据预处理是将其存储在多传感器中的数据进行处理，系统要呈现几何化，传感器也要使用红外紫外光学以及激光等完成电力线路安全巡检^[3]。地面数据处理系统使用的摄影测量、遥感数据处理方式和技术流程，对于不同的影像、点云、视频等数据进行高准度处理。在此基础上，还可以对电力线、电塔以及其他附属物进行巡检，利用人工智能识别模式以及可视化技术，对输电线路中的安全隐患进行识别和确认，从而能快速地定位输电线的事故点，及时地采取有效的方式进行修补，减少线路发生安全事故的可能，促进线路安全状况的提升。

（五）各子系统的研发要求

各系统的软件和硬件在研究开发的过程中，必须要符合相关行业的标准规范，各子系统之间的数据连接口，采取通用的规范格式，确保系统的开放性和可扩展性，从根本上提升整体系统的运行效果。对于分系统来说，需要重视提升子系统研发的效果，并且对其进行实验和测试，保证系统能够展开合成。在对系统进行模拟实验时，可以采取有人或者无人机载的形式，这样才能尽快地发现子系统中的问题，并及时进行调整。当完成系统集成工作后，要选择具有代表性的地形进行测试，验证系统整体工作的能力。

三、无人机电力线路安全巡检系统的关键技术

（一）飞行姿态控制技术

无人机作为电力巡检系统的方式，具有获取信息、收集信息等任务，对于实际巡检工作有着积极的作用。电力线路巡检工作的环境一般是在户外，无人机在进行巡线时，不可以避免的会受到强风、降雨等自然因素的影响。为了保证无人机和线路的安全，要采取合适的飞行姿态控制技术，从而能在恶劣的环境下正常飞行，确保完成预期的工作要求。飞行姿势控制技术是利用LQG控制器实现无人机俯仰翻转姿势的控制，用PID控制器进行偏航控制。这样就可以保证飞行的安全性。

（二）多传感高精度时间同步

多传感器集成联合应用，需要将同一时刻各传感器获得的测量数据进行关联，尤其是利用CCD影像进行立体测图时，需要结合其曝光的时刻和摄站点的位置以及姿势。关联应用的关键就是形成统一的时间坐标，实现传感器的高精度时间的同步^[4]。另外，GPS的主要功能就是对定位数据进行输出，确保数据的准确性。因此，可以实际授时型GPS与时间同步控制器，这样能将数据进行同步的记录，达到多数据源时间基准统一的目的。

（三）红外和紫外探测技术

红外热成像仪能够测量地表的问题与周围环境温度，发现温度异常将会形成红外光谱图像，从图像上能够准确地判断出线路上的接头、线夹、绝缘体等设备是否存在故障发热点。无人机巡检过程中，需要在复杂环境的背景下对红外图像中的设备热点识别预计温度测试。紫外成像仪则是能接收线路设备在放电过程中形成的紫色光信号，并形成在图像显示屏上，根据图像能确定放电的位置和强度。通过紫外成像技术，能及时探测出线路放电现象导致的故障，需要注意的是，紫外线成像技术会受到太阳光和人造光源的影响。

（四）无线通信技术

无线通信技术是对无人机进行遥控、遥测以及定位和通信的技术。无人机遥控量时需要对无人机的飞行状态和设备状态进行控制，遥测则是要对飞行的各项参数进行测量，跟踪定位则是对无人机实时连续定位测量，确保巡检人员对无人机的位置进行实时掌控，保证无人机工作状态的稳定性。无人机通信技术是对任务荷载器的信息进行传输。无线通信系统中包含机载模块、中继模块以及地面模块。中继模块能固定装设在线路杆塔附近，并能通过购置和改装成熟飞行平台实现，并且该设备的安装方式会对无人机的飞行造成一定的影响，需要根据实际情况安装。

（五）地面数据处理技术

地面数据处理中心采取摄影测量、遥感数据处理方式和技术，以及自主研发的激光、红外成像仪、紫外成像仪等多种传感器获取相应的影像，再对数据进行处理，实现多种数据的高精度几何处理。在此基础上，对于电力线路中的电塔以及附属物的特点，要具有识别和判断异常的能力，实现对线路安全状况的诊断和排查。

结束语

综上所述，将无人机技术应用到电力线路巡检中，能有效地减轻线路巡检人员的工作负担，并且无人机在恶劣环境下仍然可以进行工作，提高巡检的效率和质量，确保供电的稳定性和安全性，从而能创造更高的社会效益。