摘要：我国有着全世界最大的电力传输系统，其运输里程之长、遍布范围之广居世界首位。电力系统中，架空输电线路规模巨大，涉及到的我国地域广泛，面临的自然环境复杂恶劣，这会给输电线路的稳定运行带来影响，需要通过定期的巡逻和维护来预防事故的发生。我们所熟知的传统的输电线路巡逻方式是以电力工人实地巡检来实现的。这些工作常常带有一定的危险性，且耗费大量的时间和人力物力。
关键词：无人机多传感器数据；电力线路安全巡检；智能诊断；
近年来，随着传感器和遥感技术的不断进步，利用无人机获取数据源已经成为可能，为实现自动化线路巡检工作提供了可能。利用无人机搭载传感器系统沿着电力线路进行巡逻是国外应用较为广泛的一种高新技术，该技术可以在不停电的情况下，通过无人机的航拍获取电力线路高分辨影像和精确的空间维度信息，这种方法能大幅提高巡逻检修的效率，减少野外作业情况，降低巡逻的成本，巡逻检查得到的数据不仅可以给输电线路的检测维修提供参考依据，也可以为电网的管理维护提供更多支持。
1 系统研究的主要任务
基于遥感技术的电力线路安全巡检系统研究是针对我国高压、特高压电力线路日常安全维护和应急处置等业务需求，是开展复杂地形条件下超视距无人机电力线路安全巡检系统关键技术研究，研制无人机多传感器集成的电力线路安全巡检系统装备，完成现场性能测试和适应性巡检，实现典型省级电网的电力行业示范应用，促进我国电网线路安全、高效巡检和应急保障技术的发展进步。基于遥感技术的电力线路安全巡检系统研究的主要任务包括：（１）研发用于复杂地形条件下的超视距无人机电力线路安全巡检系统装置，集成光学、红外、紫外、激光扫描等传感器，解决电力线路走廊无人机平台安全飞行控制和实时高效数据传输的问题，获取线路设施、杆塔及走廊地物的空间位置、几何及多种影像资料；（２）构建无人机摄影测量与遥感数据处理平台，以及多传感器信息融合处理、信息提取与安全诊断的技术方法、算法和实用软件，实现输电线路和通道安全隐患和异常的快速识别、定位和诊断；（３）开展多批次的无人机平台飞行试验，对无人机电力线路安全巡检系统性能进行验证、改良，并逐渐实现无人机大规模电力线路巡检作业。
2 无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断
2.1 无人机平台及多传感器数据获取系统。该子系统是电力线路巡检数据采集获取的主要平台，包括无人机飞行平台、多传感器数据获取系统、稳定平台（伺服系统）、定位定姿系统（下简称ＰＯＳ）、自主预警与避障系统、数据编解码系统等设备。主要设备的组成和功能如下：无人机飞行平台可分为固定翼和旋翼两类，无人机飞行平台负责搭载传感器系统、稳定平台、ＰＯＳ、自主预警与避障系统以及其他必要的机载设备。根据巡检任务、飞行距离、飞行速度等具体要求的不同，应选择不同的飞行平台，例如开展可见光拍摄的快速巡检，可选择小型固定翼无人机平台；又如对每一基杆塔进行包括红外、紫外、可见光等在内的精细巡检，且同时需要具有足够的飞行距离，则应当选择大型的旋翼无人机平台。多传感器数据获取系统的传感器通常可包括光学数码相机、热红外成像仪、紫外成像仪、激光扫描仪等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中，①光学数码相机用于获取杆塔、电力线、电力线走廊的光学影像，用于销钉缺失、绝缘子爆裂、导地线断股、金具锈蚀缺失等缺陷、隐患的诊断；②热红外成像仪用于输电线路设备红外视频采集，获取金具、电力线以及绝缘子等设备的发热状况；③紫外成像仪用于输电线路设备紫外视频信息采集，用于金具和电力线的异常放电检测；④激光扫描仪用于获取电力线走廊地物的高精度点云数据，可实现电力线与地面障碍物之间距离以及电力线弧垂等数据的检测，生成线路走廊真实三维模型。多次巡检获得的数据通过空间坐标的匹配能够形成时间线，便于开展与历史数据的对比分析。自主预警与避障系统通过毫米波雷达传感器，对无人机飞行前方障碍物目标进行探测，并向无人机控制系统进行预警以规避飞行风险。
2.2地面测控站。地面测控站子系统主要用于无人机飞行过程中飞行状态的监测和控制、飞行的领航、传感器数据获取方式的控制等功能，此外还能对飞行获得的数据进行初步处理。该子系统包括无人机平台地面控制系统、多传感器地面控制系统、数据编解码系统，以及实时数据分析系统等设备。
2.3数据通信链路系统。该子系统是整个系统通信连接的关键设备，包括机载和地面测控站的信号接收／发射设备以及无人机通信中继设备（包括小型无人机载体）等。该子系统主要负责保障地面测控站与无人机飞行平台之间的数据通讯，特别是在地形复杂的山区等通讯条件恶劣的环境下保障无人机与地面之间的可靠通讯。数据链路应首先保证无人机定位定姿数据的实时下传和控制命令的上传，以便完成对无人机工作状态进行跟踪和控制。数据链路的传输速率根据实际需求进行定制，一般在４Ｍｂｐｓ～８Ｍｂｐｓ的速率下，即可实现视频数据的实时下传，使地面测控人员直观了解飞行现场情况。
2.4 地面数据处理系统。该子系统是后期数据处理、存储与应用系统，包括多传感器数据预处理和几何处理系统，基于激光、光学、红外、紫外等多种传感器的电力线路安全巡检智能专家系统以及线路走廊的三维可视化系统等。地面数据处理系统采用摄影测量、遥感的数据处理方法和技术流程，对各种影像、点云、视频、坐标、姿态数据进行高精度几何处理。在此基础上，针对电力线、电塔、走廊地物等及其附属物的特点，通过专家系统的人工智能、模式识别及多种可视化技术，实现输电线路和通道缺陷、隐患的判识、确认，快速定位输电线事故点，实现线路安全状况的及时诊断和故障排查。
2.5 基于正射影像采集。目前航空航天影像的正射纠正过程都是利用ＣＰＵ以串行方式对影像进行投影变换和重采样（如线性内插）。近年来传感器技术的进步带来的是海量数据的处理需求，传统的基于ＣＰＵ 串式影像正射纠正不能够满足目前对快速正射影像的生产的要求。目前解决快速正射影像纠正多采用分布式集群的方式利用多机器ＣＰＵ 进行处理，这样虽然可以提高系统处理正射影像的速度，但由于受多机Ｉ／Ｏ的限制，分布式正射影像生产能够提高的速度有限，同时也提高了单位正射影像生产成本。在基于遥感技术的电力线路安全巡检系统中，通过一定的处理方法，将传统正射纠正过程中影像投影变换以及影像采样这类的任务映射到ＧＰＵ支持的图形绘制流水线上，充分利用ＧＰＵ强大的并行处理能力和高带宽的数据传输能力实现航空航天遥感影像的快速正射纠正。利用本方法，可以使得正射纠正速度比在传统ＣＰＵ上进行处理要快１０倍以上，从而可以实现航空航天遥感影像准实时正射纠正。
无人机机身轻巧，并装载有先进的航测系统，和有人机相比，受阴、雨、雾等天气的限制较小。这些优越的性能使无人机成为电力巡检更为有效的工具。无人机巡线还可以通过系统的任务规划和智能诊断等软件系统提高巡检作业质量和科技水平，增强电力生产自动化综合能力，创造更高的经济效益和社会效益。
参考文献：
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[3]赵孟佶. 复杂环境下多智能体一致性控制及其在协同飞行中的应用[D]. 电子科技大学, 2017.
论文作者:刘欢,商智凯,王俊杰
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
标签：无人机论文; 系统论文; 传感器论文; 数据论文; 电力线论文; 电力线路论文; 线路论文; 《电力设备》2020年第1期论文;