摘要：随着社会工业及生活用电需求的不断提高，我国电力输电线路长度也在快速增长，电网建设如火如茶，电网规模经过快速发展已稳居世界第一位。500kV及以上的输电线路己成为各地网省的输电主力，并且输电线路的里程长度每年都在以稳定的速度快速增长中，而这些高压电力线路地域覆盖范围非常之广，相当一部分处于经济欠发达地区，时刻面临着遭受外力破坏的风险，同时雷击、风沙和冰雪天气还严重威胁到输电安全，严重影响电力系统的安全运行。
无人机技术的发展为架空输电线路的巡检工作提供了新的平台，将无人机技术应用于电力线路巡检中，不但可以大大减轻电力巡线的人力投入，还能快速、安全地对线路实施巡检，具有重要的实用价值。无人机巡线还可以通过任务规划和智能分析诊断的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。
引言：
银川公司所辖输电线路多位于银川市区周边，通道内各类树木、建筑、铁路、公路数量众多，输电线路需要穿越各种复杂的地形，给电力线路的检测带来了很多困难根据高电压线路运维的相关规定，输电线路需与各类建筑、构筑物保持一定的距离，以确保输电线路的安全能运行。近年来，随着银川地区生态环境的逐步，经济建设持续向上，输电通道周边的各类树木苗圃，大型建筑物、铁路公路逐年增加，输电通道环境日益复杂，线路与各类物体的距离测量工作日期增加，而传统依靠人员在地面手持仪器测量的方式已无法适应现阶段线路通道内各类树木苗圃，房屋林立的现状，必须引入新的检测手段实现对线路通道内各类交跨物的准确测量。
1.多旋翼无人机的激光雷达挂载装置的研究意义
无人机技术的发展为架空输电线路的巡检工作提供了新的平台，将无人机技术应用于电力线路巡检中，不但可以大大减轻电力巡线的人力投入，还能快速、安全地对线路实施巡检，研究方向前景广阔，具有重要的实用价值。无人机巡线还可以通过任务规划和智能分析诊断的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。
2.多旋翼无人机的激光雷达挂载装置所带来的经济效益
将无人机应用于电力巡线，一方面可以节约开支，降低人工成本和劳动强度，另一方面可以更有利于推动智能电网数字化建设，实现安全、高效、精细化的电力巡检目的，具有广阔的发展前景和重要的使用价值。
成果推广后，不仅能够极大的提高巡检效率，极大降低人工巡检的劳动强度。同时，多旋翼无人机的灵活机动特点，使得巡线人员能够完全按照巡线任务的要求进行详细线路查看，节约了大量的人财物等直接经济成本。
3.多旋翼无人机的激光雷达挂载装置机械结构
针对人工巡检存在的短板，为了避免人员高空作业和触电风险，减少线路停电次数，安全、快速地巡检高压线路，通过收集架空线路常见的架空高压线路周边物体、位置资料，同时对多旋翼无人机机身各部件构造进行分析，最终设计出了基于多旋翼无人机的架空高压输电线路智能瞄准清障装置，如下图所示。
多旋翼无人机的激光雷达挂载装置主要由四部分组成，分别为无人机飞行平台、数据采集系统、数据通讯链路系统以及地面数据处理系统。
4.多旋翼无人机的激光雷达挂载装置的实现
无人机电力巡线的基本作业流程为：无人机先获取到输电线路的具体GPS地理坐标信息并完成自主导航，然后通过机载成像设备对输电线路及杆塔进行识别拍摄。同时无人机实时将采集的图像信息、位置信息、飞机状态信息等通过无线数据传输系统传输到地面站，地面站对无人机回传信息自动接收并保存，根据获取的数据信息反馈控制无人机自主飞行，对图像数据进行在线处理，判断故障或潜在隐患，最后由人工对识别情况进行筛选排查，形成最终结果。
主要技术内容如下：
任务1：无人机自主巡航导线及地线精细化巡检技术研究
多旋翼无人机巡检系统经调试完成自检后，通过微控制器进行辅助起飞，待飞行稳定后，切换至自动飞行状态，同时地面监控计算机可以实时监测多旋冀无人机的飞行状态，监控巡查设备以及剩余电量，并能通过地面移动便携中心向多旋翼无人机发送的控制命令，使之完成相应的动作。多旋翼无人机可沿着既定路线路巡检，又可悬停在某处对线路进行细致观察。无人机搭载激光雷达设备，通过激光雷达扫描数据自主调整无人机飞行姿态，巡航前只需在地面设置好相关参数，无人机飞行锁定导线启动巡航模式，无人机即与导线保持固定距离沿导线巡航飞行，巡航过程中无人机将根据线路走向、弧垂高低自主调整飞行姿态，无需人工干预。
任务2：无人机自主巡航杆塔精细化巡检技术研究
在无人机上搭载提高抗干扰能力强、定位精准的RTK套件，将无人机飞行误差控制在一定范围内。无人机通过激光雷达的扫描数据以及杆塔台账数据，通过轨迹规划算法，对杆塔关键部位开展自主精细化巡检。对架空输电线路的塔基、铁塔、支架、导线等容易发生事故的关键部位进行全自动化的近距离拍摄。由于无人机搭载的是360°全向式激光雷达，所以激光雷达能够实现对无人机的前方、下方、后方进行障碍物探测，并且强大的扫描分辨率能够识别诸如导线等细微物体，该巡检无人机具备全自主避障功能。
任务3：激光测距无人机测量线树距离技术研究
无人机搭载激光雷达，通过算法检测到导线与线行树木最小净空距离，距离数据作业现场实时显示，如检测到导线与线行树木距离低于设定的阀值，无人机将自动记录该树障点相关信息,巡检报告现场生成。同时，通过获取树障等缺陷点的GPS等相关信息并加载到系统地图中，实现对运维人员对缺陷的精细化管理。
任务4：架空导线弧垂检测及交叉跨越测量技术研究
基于单线激光雷达的多旋翼无人机贴线自主飞行架空输电线路精细化巡检系统结合IMU高精度角度传感器以及激光雷达扫描技术和多旋翼无人机的空间定位技术三者的优势，将三者有效的结合并应用到日常高压电网线路检测当中，利用飞行机器搭载的激光雷达配合IMU高精度角度对高压电网进行高精度空间三维空间点集数据构建，从而利用数据集进行数据拟合后进行空间的距离检测。
任务5：导线巡视数据智能分析技术研究
无人机在巡航过程中以固定间隔对导线自主拍摄，确保整档线路全覆盖，不遗漏。利用图像识别及处理技术对导线巡检得到的照片进行雷击点，断股等缺陷识别，将整档导线照片进行合成为一张具有刻度标记的大图。线路运维人员可根据缺陷点图片确定缺陷点的具体位置，有利于快速查找断股或者雷击点或者外部碰撞等故障缺陷点。
结语：
本文给出了无人机激光雷达智能识别输电线路缺陷的方法。可提高输电线路巡检的效率和准确率。与传统的巡检方式相比，本文通过无人机搭载三维激光扫描仪获取高压输电线路的真实点云数据，使用自动化分类方法将走廊三维点云进行金字塔式数据重采样及分档式处理，数据位置准确，时问短，速度快。避免了需要多名工作人员沿线路现场巡查的状况；其次通过对数据预处理、特征识别、人工判读，根据国网相关安全局规程提取当前工况下导线与周围地物存在的安全缺陷，现有缺陷的类型、位置一日了然，克服了传统巡检方式人工记录位置不准确、容易遗漏、耗时长等问题。
参考文献：
[1]骆生庇．机载激光雷达技术及其在电力[J].山西科技.2015.30(5):155-156
[2]张吴明，杨又华，阎广建等.机载多角度多光谱成像技术在电力系统中的应用[J].华中电力.2006.19(6):1-2
[3]蒙祥达，李新科.机载激光雷达技术及其在电力工程中的应用[J].广西电业.2007(9):81-83
[4]王和平，夏少波，谭弘武，等.电力巡线中机载激光点云数据处理的关键技术［J］.地理空间信息，2015（05）
论文作者:李铁军,李虎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/17
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