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无人机技术在电力巡检信息化管理中的应用

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：孙兵周彤林超

[导读] 在这个瞬息万变的社会，每一个行业都需要做出改变，才能更好地适应社会，随着国内国际电网行业智能化、无人化、信息化的大力发展，无人机日渐成为电网日常工作及电力巡线工作的首选生力军。

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摘要：在这个瞬息万变的社会，每一个行业都需要做出改变，才能更好地适应社会，随着国内国际电网行业智能化、无人化、信息化的大力发展，无人机日渐成为电网日常工作及电力巡线工作的首选生力军。
关键词：无人机技术；电力巡检；信息化管理；应用
        引言
        近年来，科学技术的快速发展，使得诸多行业都加强了对先进技术的应用。利用无人机巡检作业保证了高空复杂环境下的电力安全，国家电网公司已将无人机巡检纳入输电线路精益化考核指标中。
        1无人机
        配电网线路具有设备种类多、设备总量大、设备间距小、运行环境复杂、部分线路经过地区为城镇人口密集区等特点，卫星定位信号存在短暂或部分方向被遮挡的情况，选用巡检无人机要满足以下要求：受飞行环境影响，选用的无人机要具备较强的可靠性、起降方便、坠机风险低、坠机伤害低；配电网巡检要求搭载可见光、红外测温设备；具备较强环境适应性，携带方便，便于小型车辆运输。无人机通常与控制站、通信设备和设备支持系统联合应用，已在许多行业中发挥着不可替代的作用。具体来说，无人机和支持技术可以从4个方面进行理解。UAV的形状设计必须遵守流体力学的相关原理，以便在更复杂的条件下稳定飞行，并且需要信息收集设备和其他设备来执行工作，因此需要一定的承载能力。从电源线检查到电线清洁，应该具有多种功能。为了成功完成电力线路巡检工作，需要实现远程传输照片和定位功能。控制站（GCS）作为无人机技术的核心内容，可以为无人机驾驶员提供操作信息和条件，并通常执行诸如路线规划、执行任务控制、数据收集完成、通信系统等任务。无人机与控制站之间的连接对于传达信息是必需的，以便成功执行相关任务，通信系统是一种设备支持系统，可以在两个方向上传输由无人机收集的控制信息和数据。
        2电力线路巡检模式的现状
        （1）巡检手段单一。人工巡检时只能使用望远镜与相机等设备进行测量，寻找问题时只能进行人为的查找，在电力巡检过程中无法使用过重的诊断设备。例如：杆塔瓶口上面的部位有观测角度大与观测距离远这两个特点，人工巡检时无法进行问题的查找，只能得过且过，最后导致巡检结果产生误差，影响了巡检的质量，提高了线路产生问题的概率。（2）维护人员无法满足线路增长需求。最近几年，220kV及以上电压等级输电线路的总长度已经超过7×10 5 km，年增长9%左右，以后的年增长率约6%。可路线维护人员的增长率却在2%左右，远远跟不上线路的增加速度，而且人工人本越来越高，电力企业为了控制成本，不会大量增加维护人员，因此会产生维护人员无法满足线路增长需求的情况。（3）数据管理分散。目前电力巡检工作中，大多都是电力线路运维部门进行数据的整理与统计，却没有及时将数据进行分享与整合，导致数据过于分散，无法进行多维度的利用，也不能给有关部门进行数据的提供，从而影响有关部门进行有效精准的判断。而且在进行巡检数据判断时都是由人工完成的，人工判断容易产生数据的判断失误，因为人工效率过慢，数据的处理时间较长，因此会影响后续工作的正常进行。因为人工巡检的方法过于传统，并没有给电力巡检工作带来良好的效率性与准确性，所以，现在大多都使用无人机来进行电力巡检工作。

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        3无人机技术在电力巡检信息化管理中的应用
        3.1电力无人机巡检中的RTK技术
        RTK定位技术又称载波相位差分技术，能够提高GNSS系统定位精度的技术，一般由三部分组成：GPS接收设备、数传系统、实时动态测量软件系统。可实时获得被测站点在指定坐标系中的三维定位结果，将GNSS系统的定位误差缩减到厘米级。目前主流的厂商RTK的定位平面精度可达8mm+1ppm，高程精度可达15mm+1ppm。但是当无人机进入变电站、铁矿等强干扰的飞行区域时，即使无人机使用RTK定位技术，强大的磁场依然会干扰无人机的电子罗盘，使其无法准确判断航向，导致悬停位置发生偏移，增加飞行危险性。针对此种情况，大疆公司创造性地推出了D-RTK高精度导航定位技术。D-RTK技术在电力巡检中的应用，为无人机带来了更强大的抗磁干扰能力与精准定位能力，在电子罗盘受扰后提供精准航向信息，保证定位精度，降低飞行风险、提高作业效率。
        3.2图像的典型干扰因素与图像识别措施
        为了有效地解决以上的干扰元素，提高电力巡检图像检测的准确性，需要针对图像展开针对性的处理，具体如下：（1）图像亮度调整。同一个亮度在不一样的场景里会给人带来不同感受的亮度，若进行图像拍摄时选用了不合适的亮度，也会增加计算机的识别难度，因此，需要对图像进行适当的亮度调节。具体方法如下：①可以转换到HSL(HSV)颜色空间调整，在这个方法简单却低效；②可以进行线性的调整，将电力巡检中要体现的物体进行强化突出；③可以进行曲线调整，可以将图像层的整体亮度加强。（2）图像对比调整。图像对比调整也就是在维持平均亮度的前提下，进行亮暗点的变大或变小。（3）去除雾雨背景。在可见度较低的雾霾、阴雨天气里，拍摄的图像十分不清晰，因此，需要将图像中的雾雨背景去除，将真实背景显示出来。而除雾的方法分为单帧去雾方法与视频去雾方法。（4）图像拼接。因为无人机机载摄像机没有很高的分别率，分别率会因为场景的大小而发生变化。因此，需要通过图片拼接的方式来进行工作需求的满足。（5）图像识别。无人机拍摄图像时对天气没有要求，因此，经常会在恶劣天气下展开工作，这对提取目标造成了一定程度的困难，因此，需要使用图像处理算法来进行图像识别，提高电力路线检测工作的效率。
        3.3无人机电力巡检系统
        近年来，无人机巡检应用广泛，与多个交叉学科领域有关。无人机技术也为电力巡检提供了新思路。无人机应用于电力巡检系统，能提升巡检工作的准确性、安全性，提高巡检效率，减少人力投入，在实践中有重要的应用价值。采用无人机技术进行输电线路巡检，首先自动导航寻路，获取ＧＰＳ位置坐标信息，然后拍摄输电线路图像，主要利用遥控倾斜相机设备采集相关信息并向地面传输。地面站利用无线获得无人机飞行状态信息、位置信息、图像信息等并保存相关数据，根据获得的数据对无人机进行导航，使其自主飞行。无人机电力巡检系统可在线处理图像数据，也能评估潜在的故障隐患以及发生的故障。最后的故障隐患筛选和排查，采用人工方式进行。
        结语
        配电网架空线路无人机自主巡检已在配电网巡检、现场勘查、重大活动保电等工作中得到了实际应用，无人机自主巡检代替人工巡检，每千米巡检时间只需要３～５ｍｉｎ，相对于人工巡检效率提升了１０倍以上；无人机巡检是从杆塔上方观察设备，相比于地面人工巡检，可查出诸如瓷瓶绑线抱箍松动、瓷瓶损坏等缺陷，巡检视频及照片可以存档随时查看，为线路安全运行提供了重要保障。
参考文献
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[2]刘智勇，赵晓丹，祁宏昌，等.新时代无人机电力巡检技术展望[J].南方能源建设，2019（4）：1-5.
[3]黄婷，刘平原，林韬，王丛.固定翼无人机在电力巡检应用中的技术升级[J].机电工程技术，2018（10）：67-70.
[4]周宗国，周海，胡彬，等.无人机在电力线路巡检中的应用及前景[J].科学技术创新，2018（23）：164-165.
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