摘要：随着500千伏架空输电线路主网架的日益完善，为国民生产生活提供可靠电能的任务日趋重要。如何经济高效地维护好500千伏架空输电线路安全运行始终是电力运维人员的主要任务。无人机作为近年来新型技术之一，已在民用市场的应用受到越来越多的关注，其具有携带方便、操作比较简单、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求较低等优势。目前，国家电网公司已将多旋翼无人机作为输电线路常态化巡检的重要工具，通过控制无人机搭载的云台设备对输电线路开展精细化、立体化巡检，全方位的保障输电线路安全稳定运行。多旋翼无人机激光雷达输电线路智能巡检系统是通过在多旋翼无人机上搭载高精度激光雷达设备对架空输电线路进行精细化巡检，通过激光雷达扫描巡检进一步发现铁塔本体及导线等设备的细微缺陷。
关键词：多旋翼无人机；架空输电线路；无人机巡检；激光雷达设备
1.多旋翼无人机进行架空线路精细化巡视存在的不足
1.1旋翼无人机进行电力线路以及杆塔精细化巡视由于受到电场磁干扰的影响，所以无人机靠近线路以及杆塔进行近距离拍摄时容易产生不可控的因素，而精细化巡检作业必须靠近导地线才能拍摄出足够清晰的照片。另外，手动操作旋翼无人机在高压线附近或者进行超视距飞行作业时，由于图传被干扰以及没有可以检测导地线的避障模块，容易发生无人机与导地线等电力设备进行碰撞而出现的坠机事故。
1.2手动操作旋翼无人机只能对架空输电线路做比较精细的巡检，并且巡检得到的影像资料只是抽样取点，不能全覆盖地对导地线进行高清拍摄。特别是当导、地线出现断股或者雷击点或者外部碰撞导致线路跳闸，由于故障缺陷点很小，普通的抽样巡视方式难以发现缺陷点部位。
2.激光雷达智能识别目标物系统
无人机搭载激光雷达对架空导地线进行沿线自主飞行，同时扫描出导、地线相对于无人机初始起点的空间三维空间点云数据。激光雷达是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行时间来得到目标物距离。该系统需要采用脉冲式激光雷达，有效抗太阳光干扰。在实际输电线路进行激光扫描测量时，由于环境复杂，所以算法上需要合理截取相关的角度以及距离数据进行对应分析目标物。
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3.无人机沿导、地线自主巡航技术
通过无人机搭载的激光雷达，可以得到以无人机为中心，导、地线截面点相对于无人机的距离以及角度，从而根据三角函数公式可以计算得到无人机与导、地线之间水平距离与设定距离的偏移量 e1；无人机与导、地线之间垂直距离与设定距离的偏移量 e2，微控制器应用 PID控制算法对无人机的俯仰与偏航进行闭环控制，保证无人机精准的控制在与架空高压线保持固定垂直距离以及水平距离进行对应的，拍摄得到稳定完整的架空高压线影像信息。
4.无人机自主故障识别及安全控制策略研宄
在巡检过程中需要保证500千伏架空输电线路和无人机设备安的安全。四旋翼无人机自身安全，在巡检作业前对四旋翼无人机各个部件做出检测，确保无人机飞行物无故障；在路径规划过程中需要考虑飞行安全距离、飞行距离、续航能力等问题，确保无人机在巡检中不会因为电力不足发生坠毁。架空输电线路的安全，线路不停电巡检作业，在路径规划中必须保证无人机不会撞击输电线路杆塔和输电线造成整条输电线路出现停电故障。无人机自主控制飞行过程中，对自身故障（机械、传感器、电源系统等）要求能够尽量及时识别并自主采取有效的安全策略，以保护线路和设备安全。为此需要引入更全面的飞行器状态监视传感器系统和研究更全面的故障诊断与安全策略。在故障后，如何改变控制算法和飞行策略，保证飞行器的基本控制，实现返航或迫降以避免线路受损并降低设备损失，是飞行控制技术的研究难点。
结语
多旋翼无人机激光雷达输电线路智能巡检系统是作为针对无人机电力巡检作业特点深度定制开发的系统。系统涵盖了架空输电导地线精细化自主巡检、导地线现场照片实时获取、导地线缺陷智能识别、巡检报告自动生成和可视化，通过无人机的一次沿线自主巡检过程，能够方便快捷地定位出现缺陷的故障点，进一步弥补了无人机精细化巡视的不足，扩展了无人机巡视的部位与作业面，为进一步确保架空输电线路完全稳定的提供了技术保证。
参考文献：
[1]杨振伟，易伟，金玉，等. 输电线路智能巡检系统的实用化研究[J]. 吉林电力，2015
[2]何健，李婷，张涛 .输电线路无人机巡检技术.中国电力出版社，2016.
论文作者:孙宏彪,石荣辉,曾灵聪,李洪胜,卢雨翔
论文发表刊物:《河南电力》2018年14期
论文发表时间:2018/12/29
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