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摘要：在电力系统中，输电线路巡检是指电力工作人员根据相应的巡检计划，针对线路本体、电力设备、附属设施以及线路所处的环境等进行巡视和检查，从而准确掌握输电线路的实际运行状态，及时发现线路中存在的故障和隐患，进而保障输电线路的运行安全。伴随电力产业的飞速发展，输电线路的分布日渐广泛，传统人工巡检的方式存在效率低下的问题，基于此无人机巡检技术逐渐受到了电力企业的重视，可实现输电线路安全巡检工作的高效和自动化开展。本文就无人机巡检输电线路技术的应用进行探讨。
关键词：输电线路；无人机；线路巡检
1无人机巡检技术的优势
简单来讲，无人机输电线路巡检技术就是将相机、小型摄像机或者红外测温装置等固定在小型无人机上，通过遥控操纵实现对线路的全线拍摄，或对重点部位的拍照取样，再结合得到的影像资料分析故障的原因及检修策略，如图1所示。
图1无人机输电线路巡检技术现阶段，应用无人机巡检技术能够实现对杆塔倾倒、断线、绝缘子脱落以及树枝挂线等的快速识别和分析，可克服人工地面巡检的环境限制，解决观测视角过小的问题，也可以消除直升机巡线中存在的费用高、安全性差等缺陷。无人机技术在输电线路巡检中能够完成的任务见表1。
相较于传统的人工地面巡检，无人机巡检技术具有非常显著的优势。从巡视方式看，无人机巡视可减少工作人员的负担，提高输电线路巡视的效率和质量，对线路的运行情况进行准确、全面的反映；从巡视制度看，无人机巡视与人工巡视的相互结合能够实现对输电线路的状态巡视，从而弥补由于统计错误导致的线路巡视不到位问题。
2无人机检测作业模式
2.1多传感器集成同步与检校
为解决目前无人机巡检中传感器单一、数据间关联度不大且后处理多为人工方式的弊端，研究采用了多传感器集成方式。通过牢固可靠的物理连接，将多种传感器的光轴进行统一，通过时间同步技术实现多传感器数据的时间坐标对准，通过位置姿态系统数据解算得到外方位元素，将各传感器数据在空间上对准，实现多传感器集成。传感器载荷安装框架设计以“系统质心尽量靠近旋转轴线”为方针，在安装框架中集成安装了长短焦相机、红外热像仪、紫外成像仪、激光扫描仪以及惯性测量单元。整体结构及传感器安装方式如图2所示。为实现多传感器数据在空间上的准确配准，提高无人机电力巡检准确高效的数据获取能力，对多传感器系统进行了集成检校，主要检校参数包括：GPS天线相位中心与IMU几何中心之间的偏心分量、长焦相机与IMU本体坐标系之间的线元素偏心分量及角元素偏移值、红外相机与IMU本体坐标系之间的线元素偏心分量及角元素偏移值、激光扫描仪与IMU本体坐标系之间的线元素偏心分量及角元素偏移值。通过地面检校和飞行检校，较为准确确定了上述各项参数，为实际线路飞行巡检工作打下了基础。
2.2高精度位姿实时测量
高精度POS系统为无人机吊舱提供高精度位姿基准，并为惯性稳定平台提供精确指向。为减少IMU部分的体积和质量，设计IMU时只完成陀螺仪和加速度计等传感器的数据采集，并以数字信号形式将数据采集结果发送给POS导航计算机，其中POS导航计算机负责系统数据的时间同步、融合计算、存储及对外交互。
2.3光电吊舱自动跟踪
为使无人机吊舱载荷系统在运动状态下对巡检目标进行准确拍照和成像，必须解决以下两个实际问题：①如何在运动状态下使吊舱载荷控制系统实时掌握目标及载荷传感器在三维空间中的精确坐标；②如何保证在运动及振动状态下相机、视频摄像机能始终精确指向目标。针对上述问题，采用双闭环控制策略实现吊舱自动跟踪。吊舱自动跟踪的基本原理基于双闭环动态控制策略，利用获得的目标及载荷精确三维坐标，实时计算吊舱载荷调整的方位角和仰俯角。其中，外环采用距离控制策略，使载荷足够接近任务点后才启动瞄准和跟踪，确保任务执行时获取足够的图像分辨率。内环采用姿态控制策略，利用从POS得到的实时坐标及待跟踪目标坐标，实时计算出稳定平台需要调整的俯仰角及方位角，驱动稳定平台方位和俯仰电机分别执行水平、垂直旋转动作，从而实现目标指向和自动跟踪。
2.4任务规划和任务控制
电力线路巡检任务中的相机曝光点在巡检航迹基础上布设，以保证无人机沿巡检航迹飞行时相机能够获取电力线设施具有指定重叠度的影像数据。布设完成相机曝光点之后，稳定平台姿态计算根据各个曝光点设计相应的平台姿态，以保证传感器获取目标对象的完整数据。稳定平台姿态计算的具体步骤如下：①首先获得各个传感器的视场角。②计算曝光点上对地相机到任务点扫描带宽两侧之间的夹角，并结合相机当前姿态，计算平台可摆动的角度范围；结合各传感器扫描视角，计算各传感器对应平台的可摆动范围。③搜索所有传感器对应平台对应的可摆动范围的正向和负向最小值的绝对值，计算其中间角度作为
平台的预期姿态。④将稳定平台现有姿态与预期姿态相比较，当大于某一阈值时，调整平台姿态，小于阈值时不需调整。无人机巡检任务控制软件的机上部分无操作界面，地面部分支持用户对多传感器系统进行控制、查看任务执行状态及传感器工作状态等。该系统软件能载入并显示栅格及矢量数据，加载相关任务文件，控制系统及传感器，实时显示任务执行状况、无人机飞行坐标、稳定平台实时姿态以及各传感器数据状态，并支持地面人工操作，以在必要时调整稳定平台角度、速度以及锁定等功能。
3结语
对于整个电力系统而言，输电线路的稳定可靠运行是非常重要的，直接影响着电力系统供电的可靠性，因此供电企业应该做好输电线路的巡检工作。在输电线路巡检中应用无人机技术，能够提高线路巡检的效率和质量，保证线路的稳定运行。就目前而言，在运用无人机技术进行输电线路巡检时，还存在着巡检时间短以及遥控距离小的问题，需要技术人员进一步研究和解决。
参考文献
[1]吴飞龙，林韩，汤明文，等.多种中继方式在大型无人机输电线路巡检中的应用[J].中国电力，2015，48（2）：104~110.
[2]黄宵宁，郑伟，许家浩，等.输电线路巡检无人机高精度云台设计与实现[J].电子测量技术，2014，37（4）：43~47.
作者简介
栾枫(1976.7-)，男，辽宁葫芦岛人，辽宁沈阳工程学院本科，单位:国网辽宁省电力有限公司葫芦岛供电公司，研究方向:电气工程及其自动化，邮编125001.
论文作者:栾枫
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/8/8
标签：无人机论文; 线路论文; 传感器论文; 载荷论文; 姿态论文; 平台论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第10期论文;