摘要：随着我国现代化科学技术的发展，人们对于电力系统的需求日益增加，架空输电线路项目规模也逐渐扩大。在进行架空输电线路项目的施工时，常常需要穿过复杂的地形和恶劣的自然生态环境，借助无人机技术实现对电力线路的安全巡检工作，以此确保架空输电线路项目的工程质量安全和自动化开展。本文将根据无人机技术的特性，对无人机在进行电力巡检时涉及到的关键技术进行简要的分析和阐述。
关键词：无人机电力线路；安全巡检；关键技术
引言
随着全国联网和超高压、特高压远距离输电技术的发展，输电线路距离长、沿线地形复杂、输电线路塔体高等因素导致常规的线路巡检作业方法已难以满足输电线路的巡检要求。无人直升机电力线路巡检技术是近年发展起来的一门新兴技术，它不受地形环境限制，具有效率高、作业范围广的优势，可解决常规线路巡检所无法解决的问题。
1无人机电力线路安全巡检的含义与任务
无人机作为一种新兴的自动化航测设备，具备灵敏的遥感技术，利用无人机搭载巡检设备进行电力线路的安全巡检能够有效降低巡检过程中的成本和危险系数，同时对电力线路的日常安全维护起到一定程度的帮助作用。在无人机进行电力线路安全巡检的过程中，主要任务包括对复杂地形条件的采集研发、反复开展多批次的无人机平台飞行试验来确保电力线路系统性能的良好程度、构建无人机的影像与遥感数据处理平台等。
2无人机电力线路安全巡检的主要组成
2.1无人机平台及多传感器数据获取系统
作为无人机采集及获取数据信息的主要平台，该子系统包括了无人机飞行平台、稳定平台、自主预警与避障系统、多传感器数据获取系统等设备，共同保障无人机在飞行过程中能够采集获取到成像质量精准、有价值的数据信息。
2.2地面数据处理系统
地面数据处理系统包括线路走廊三维可视化系统、基于激光、红外线、紫外线等多种传感器的电力线路安全巡检智能系统和多传感器数据预处理几何系统，主要用于对获取的数据信息进行后期的数据处理、应用和存储，并且通过多种的可视化技术来实现对输电线路的缺陷、隐患的判断，从而对各线路的安全状况进行及时的诊断和排查。
2.3地面测控站
该子系统包含了无人机平台地面控制系统、数据编解码系统、实时数据分析系统、多传感器地面控制系统等设备。主要用于实现对无人机飞行状态的监控，同时对飞行过程中的传感器数据信息获取方式进行控制，同时还可以对获得的数据信息进行基础的分析。
2.4数据通信链路系统
该子系统主要负责对地面测控站传递的信号进行接收和发射，形成数据交互，保障地面测控站与无人机飞行平台的数据通信。当传输速率达到4-8Mbps时，便可与地面的测控人员进行实时的数据信息传递。
3无人机电力线路安全巡检的关键技术分析
3.1飞行姿态控制技术
无人机巡线时离输电线路较近，又常常受强风、降雨等气候因素的影响。为了保证无人机和线路的安全，飞行姿态的控制就显得尤其重要。其中无人机飞行姿态控制系统利用LQG控制器实现飞机俯仰翻转姿态的控制，利用PID控制器进行偏行控制。系统的高鲁棒性已经得到验证，当无人机空中悬停时，用绳索强行拉动机体，控制系统仍然可以正常工作。
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3.2地面数据处理技术
地面数据处理技术主要是指地面数据处理中心通过自主研发的机关、红外、紫外成像仪、POS系统等多种传感器对获取到的数据信息进行高精准度的几何处理，从而实现对输电线路安全隐患的识别和异常线路的判断，并确定输电线路中存在的问题，及时进行故障排查。其中，多传感器数据信息几何处理技术需要处理和读取的数据信息较为庞大，需要采用到遥感数据处理计算法和现代化的技术流程，从而实现大量数据的高精度几何处理。
3.3正射影像采集技术
目前，我国针对航测影像的正射纠正都是通过CPU串行的方式对收集到的影像进行变换和修改的。随着传感技术的进步，越来越多的影像数据需要进行处理，传统的CPU串行已经无法满足对于正射影像的采集需求。在电力线路安全巡检系统中，无人机可以借助其自身搭载的遥感器，并基于GPGPU模型，通过一定的技术处理，获取到大量的正射影像，并将其映射到GPU支持的图形绘制流水线上，实现对航测影像的快速修改，大大提高正射影像的采集速度。
3.4无线通讯技术
该技术又可称为无人机的测控技术，主要负责对无人机进行遥控测量、信息传递和跟踪定位服务。其中的遥控测量是指无人机在飞行过程中对其飞行状况和设备参数进行测量，控制其设备和无人机的飞行状态，信息传递是指对无人机任务载荷传感器信息进行传输，跟踪定位是指对无人机的位置进行实时掌控，确保无人机的稳定工作状态。
3.5线路隐患探测技术
线路隐患的探测与排查是无人机电力线路安全巡检的主要任务之一，为了准确查找出电力线路的缺陷，防患于未然，无人机涉及到的主要探测技术包括了视觉探测、激光雷达探测和红外线紫外线技术探测三个方面。主要是借助无人机搭载的高清摄像机、激光雷达探测器和红外、紫外线成像仪等设备在巡检的过程中对线路进行探测与追踪，并将收集到的信息数据传递到地面的数据处理收发平台，地面工作人员通过获取的影像及数据信息判断线路中是否存在隐患或者明显的故障。
3.6红外和紫外探测技术
红外热成像仪能够摄取表面温度超过周围环境温度的异常温升点的红外光谱图像，从图像上可以判断出线路、接头、线夹、绝缘子等设备是否存在故障所导致的发热点。在无人机巡检应用中，需要重点进行复杂背景下红外图像中设备热点识别与热点温度测试准确度提升的研究工作。
紫外成像仪能够接收线路设备因放电产生的紫外光讯号，并形成图像显示在屏幕上，从图像上可以确定电晕的位置和强度。通过紫外成像，能够有效探测出导线外伤、绝缘子放电、污染等存在放电现象的线路故障，但仍然需要解决太阳光和人造光源干扰的问题，并设计恰当的运动中放电位置跟踪和放电强度定量分析方法。
3.7海量点云全自动DSM、DEM生成技术
机载激光点云滤波分类是将激光雷达扫描仪扫描出的点云分为地面点和非地面点的过程，即将地面点从整个点云数据中分离出来的过程。高精度地分离地面点与非地面点是DEM生成的关键，是相关学术领域关注的前沿问题。目前，具有代表性的滤波算法大概可以分为以下几类：①以形态学为基础的滤波算法；②以坡度为基础的滤波算法；③迭代最小二乘线性内插滤波算法；④基于三角网加密的点云滤波算法；⑤以扫描线为基础的滤波算法；⑥基于移动曲面拟合的滤波算法等。
在无人机输电线路巡检系统中，飞行中采集的激光点云数据经过粗差剔除、条带配准拼接、数据分块与条带消冗等过程即可生成高质量DSM，以为后续处理中的电线、电塔等的提取与建模提供可靠的源数据。对上述数据进行滤波分类、格网插值和进一步栅格化，即可生成高质量DEM。
结语
现阶段，无人机航测技术仍然在不断地发展和完善，涉及到了图像识别、电子通信、影像采集等多个技术领域，并且具备了完整的无人机巡检系统。这不仅能够大大减少在传统电力线路安全巡检过程中的人力和物力，降低巡检成本，缩短巡检时间，提高巡检效率，同时对我国的航测技术和现代化新兴技术发展都有着极高的贡献价值和意义。
参考文献
[1]侯飞.电力专用无人机的巡检技术应用分析[D].北京:华北电力大学, 2017.
[2]彭向阳,刘正军,麦晓明,罗智斌,王柯,谢小伟.无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J].遥感信息,2015,30(1):51-57.
论文作者:官冬玲
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/18
标签：无人机论文; 数据论文; 技术论文; 线路论文; 系统论文; 电力线路论文; 数据处理论文; 《防护工程》2018年第26期论文;