(完整版)无人机巡线可行性分析

无人机巡线可行性分析

输电线路分布点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，电力线及杆塔附件长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、人为的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、受力等损伤，必须及时修复或更换。绝缘子还存在被雷击损伤，树木生长引起输电线放电，杆塔存在被偷窃等意外事件，必须及时处理。传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡检，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大、风险高。

以中国各地供电局送电工区目前人员构成及所辖电线路情况进行分析。每个地级送电工区运行人员100多人，一般会负责该地区运行线路100多条几千公里，其中平原区线路、丘陵区线路和山区线路基本各占三分之一，人工巡线人员少，任务重，目前的情况是人员严重不足，加之所辖山区等走径差的线路较多，日常检修、消缺、防外破等其它工作影响，线路巡视完成率始终无法得到保证。

柔性翼无人机，是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。利用柔性翼无人机进行输电线路巡线研究需要跨多个高技术专业，研究深度和水平要求较高，是一项刚刚起步的新技术，目前已在华中电网、南方电网试点进行应用。与常规人工巡检方法相比较，此项技术更为先进有效，可以成为保障线路安全运行的

一种新的经济可行的手段。

一、现代无人机性能简介

现代无人机是一个复杂的集航空、电子、电力、侦察、地理信息、图像识别等一体化系统，涉及航空、飞行自动控制、通信、数据链、红外识别、地理信息、卫星导航等多个高尖技术领域。现代无人机由于具备高空、远距离、快速作业的能力，在测绘、航拍、运动、军事、侦察、抗灾等方面得到应用，并且由于无人机控制技术的发展，可以进行遥测数据链控制、地理匹配控制、GPS 卫星电位控制，控制操作过程简单可靠、运行稳定，经济性能高（一般无人机工作成本是有人飞机 1/10 左右），不受气候的影响，续航能力长，速度快（是人力的 10倍以上），现在已经出现现代无人机代替有人飞机进行各种工作的情况。

现代无人机一般都具有如下的功能和性能指标：

1、飞行控制：一般目测遥控控制，距离5km；高级遥控距离达30 km，还可采用GPS定位自主导航控制、地理匹配自动巡航控制等。

2、起飞条件和巡航速度：20m平整道路，6级风以下，小雨气候皆能起飞；巡航速度一般为50km/h以上，有的达110km/h。

3、飞行气候条件：一般6级风以下，高级的无人机在8级风以下，中雨气候。

4、升限：具备超低空稳定飞行功能，一般飞行最高高度达到海拔2 km，高级到3.5km。

5、载重：一般载重1～5kg，高级10kg以上。

6、续航时间和距离：一般30min，高级达续航时间3～5h；续航距离一般30km，高级达300到500km。

二、柔性翼无人机巡线的关键技术

用柔性翼无人机进行全天候的高电压巡线，应该具备以下关键技术，才能使柔性翼无人机巡线进入实用化：

1、飞行控制技术：由于输电线路一般在100km长度，距离公路10～15km内，要求遥控距离最好达15km，由地面控制系统通过数据链进行操控实时传递图片或视频，方便巡线人员使用；并且具备GPS 自主线路导航控制、地理匹配自动控制、线路杆塔自动跟踪等飞行控制功能，使无人机巡线进入全自动化飞行方向发展，使一条输电线路巡线全部工作小于半天时间。

2、机体稳定飞行技术：柔性翼无人机飞行稳定，不抖动，或者具备携带稳定能力的摄像平台，可以安装可见、红外热像摄像设备，具备摄像设备自动控制摄像功能，便于进行拍摄地面线路杆塔高分辨率航空影像。

3、线路杆塔自动跟踪识别技术、摄像快速对焦成像技术：一系列先进测绘控制技术摄像快速曝光，生成高清晰的地面杆塔、线路、树林、绝缘子、金具等可见、红外影像，最好具备自动输电网故障识别摄像功能。

三、无人机输电线路巡线的应用情况

最简单的无人机巡线方式是把小型摄像机和照相机固定在飞机

吊舱内。对导线及绝缘子串进行摄像时，只需一人操纵飞机，可在回来后观察录像带。由于存在飞机抖动，摄像对焦不准的情况，虽然可以对杆塔倒塌、倾斜、线路断线、绝缘子脱落、树林碰线等明显现象可以进行快速分析识别，但对于常规的污闪、线路发热、绝缘子开列老化等问题还不能识别，需要进一步研究更好的方法。

还有一种方法利用无人机巡线方式是使用无人机控制数据链，把可远传的可见、红外热像仪的信号传送到监视地面屏幕进行分析。无人机巡线由2人进行，一人专职操纵飞机，一人监视地面屏幕。发现可疑区段可悬停或者来回飞行细查；实时监视和录像可同时进行，还可进行高清晰度的摄像，飞机飞回后进行图片分析。

若用可见光摄像，应在天气睛朗时进行；若用红外热像仪，宜在早上日出前、傍晚日落后和阴天不下雨时，才能较好识别线路发热地点。一般无人机巡线时最好在导线侧上方沿导线飞行，无人机和太阳宜在导线同侧，避免逆光；镜头轴线应与水平面成一定角度，距导线小于 100m。镜头的指向（一般可自动调焦）通常预先在地面固定好，飞行中不再变动。若需变动时，靠改变飞机飞行轨迹来实现。如果在运动的飞行器上配备十分复杂陀螺稳定系统平台就可以实现自动瞄准，一次成像，然后对输电线路进行精确分析。

如果用无人机巡线，控制无人机具备GPS自主线路导航控制、地理匹配自动控制、线路杆塔自动跟踪等飞行控制功能，使无人机巡线进入可根据输电线路的走向、海拔高度、转角等全自动化进行线路跟踪飞行控制，使无人机紧贴着输电线路进行贴身的巡线工作。无人机

飞行稳定，具备携带稳定能力的摄像平台，同时安装可见、红外热像摄像设备，具备摄像设备自动控制摄像功能，可以进行拍摄地面线路杆塔高分辨率航空影像。

无人机具备线路杆塔自动跟踪识别技术、摄像快速对焦成象技术，使安装的可见、红外热像摄像设备自动对焦到线路杆塔等目标，快速曝光，生成高清晰的地面杆塔、线路、树林、绝缘子、金具等可见、红外影像，具备自动输电网故障识别摄像功能，这样就可以进行无人机自动飞行巡线，输电网故障自动识别功能，使输电线路巡线走向自动化方向发展。

四、柔翼无人机输电线路巡线的优势

利用柔翼无人机巡线，柔翼无人机作为先进的生产工具和作业手段，与传统巡线方式相比较具有多方面优势：

1、与常规人工巡线相比，不受地形限制、巡线效率大大提高、可将拍摄的数据带回分析，使得巡视不留死角，降低人工劳动强度、减少作业风险。

飞行器对杆塔整体进行拍摄局部放大进行拍摄

2、与机器人巡线相比，可以对750kV、500kV、330kV、220 kV、110kV、35kV等各电压等级输电线路进行巡视而不必做任何改动；速度、效率是机器人巡线的数10倍。

3、与卫星遥感相比，不受气象云层覆盖的影响和重访周期的限制，且费用低。

4、与载人飞机和飞艇遥感相比，运营成本低，免去了调机、停机的费用和时间，而且不需要进行飞行员培训、飞行申请，可快速的、随时随地进行巡视。

5、不受气象、地理条件的影响。一般柔翼无人机巡线，无人驾驶，适应更激烈的机动和更加恶劣的飞行环境，更适于执行特殊时期危险性高的任务；不会造成人员伤亡风险；生存能力强，机动性能好，使用方便、效率高；不受高压输电线地处高山峡谷、河流草甸、无路无人区，输电线路跨度大影响，也不受当地气候条件复杂冰灾、雷击、暴雨、洪水、台风、雾、夜晚、冰雹、污染等影响，更不受其环境地质变化多样的地震、塌方、泥石流、水侵、火灾、树林生长、风刮物等影响。

6、可实现快速巡线，短时间内快速获取影像资料，实时回传，实时决策，效率是传统人工巡视的数十倍；且比有人机、飞艇、卫星快，费用低。

7、小巧灵活。小型无人机单人携带，大型无人机只要一辆面包车就可以运输，且不需要特别的起飞场地。

8、使用和维护费用低、效率高，方便投运、容易掌握；一次投

入后，每次巡线费用极少；由于无人机设备归输电线路工区所有后，何时巡线可由自己决定；而租用有人直升机、气艇，不但价格高，还处处受制于人和天气，准备时间长，不利于使用。

9、可以识别各种输电线路缺陷问题。可以识别架空输电线路的基础、塔体、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等容易发生事故等关键部位，也可识别人为设备、偷窃、树木放电、雷击、污染、雾气等影响输电线路造成线路性能下降的问题。

五、柔性翼无人机技术指标

系统重量：≤80kg；

起飞重量：≤120kg（载重40kg）；

发动机：180四冲程发动机，功率20hp；

翼伞面积：30㎡；

遥控距离：15km；

留空时间：5h；

最大速度： 50km/h；

最大飞行高度：3000m；

柔翼无人机机地面状态图柔翼无人机机飞行状态图

六、结语

传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对于山区和大江大河等的输电线路巡检存在很大困难，有一些巡检项目靠常规方法根本就难以完成。利用柔翼无人机巡线，可以减轻工人“千里巡线”的劳动强度，降低高压输电线路的运行维护成本。

柔翼无人机机身轻巧，并装载有先进的航测系统，和有人飞机、直升机相比，受阴、雾等天气的限制要小得多。这些优越的性能使柔翼无人机成为输电网巡线更为有效的工具。

柔翼无人机巡线还可以提高巡检作业的质量和科学管理技术水平，可以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。

随着输电可靠性指标的要求越来越高，以及柔翼无人机巡线各种实践内容的不断丰富，柔翼无人机巡线的优越性将越来越突出。柔翼无人机巡线必将成为一种快速、高效、大有发展前途的巡线方式。