无人机电力线路巡检安全距离测量新方法

无人机电力线路巡检安全距离测量新方
法
摘要：随着经济的不断发展，社会电力需求量日益增大，电网规模与复杂程
度急剧上升，巡检工作量和难度急剧增加，增加了电网事故的发生率。

采用无人
机作为电力线路巡检设备，大大减少了工作人员的工作量，降低人员受伤的风险。

鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对无人机电力线路巡检安全距离测量新方
法提出了一些建议，仅供参考。

关键词：无人机；电力线路巡检；安全距离；测量新方法
引言
目前，对物体图像进行多角度采集并根据视差分析原理来得到物体三维立体
数据来重构物体与周围环境已经成为一项成熟技术，目前热点研究在三维立体信
息的距离测试过程。

为实现对无人机电力线路巡检期间的飞行距离进行有效监测
以保证其安全性，可以通过双目测距方法来测试无人机电力线路巡检的距离。

不
同于传统形式的双目匹配算法，采用的处理方法不必利用卷积窗口来遍历左右图
像的所有像素点，实现了快速匹配，减小程序冗杂性的目的。

1无人机应用于巡检输电线路的技术优势与现状
无人机拥有自动导航和自动悬停技术，巡检时能够做到全方位的高空信息采集，多角度进行观察，高效率降低架空输电线路巡检工作的难度，最大程度上杜
绝安全事故的发生，提升巡检效率和巡检质量。

这种优势在极端恶劣天气条件下
能够得到充分发挥。

雨雪天气中，铁塔容易打滑，人工蹬杆走线容易发生危险。

无人机能够代替人工工作，保证工作人员安全的同时，保障电网安全可靠地使用
运行。

在灾后道路不通、工作人员亲自到现场巡检有困难以及危险系数较高时，
无人机能够发挥重要作用。

许多工作能够在带电情况下完成，效率极高。

在巡检输电线路工作中，无人机发挥着重要作用。

但是，由于技术问题的局限，它在续航方面存在缺点。

首先，无人机体积较大，但是电池容量较小，其巡
检时间和距离十分有限。

其次，无人机不能够自主分析故障点，需要通过传送图
像到后台进行人工判断。

所以，在创新技术方面可以从以下几个要点进行分析研究。

作为具有自主悬停、自主导航特点的四旋翼无人机，能够及时发现输电线路
跳闸的故障。

在这一前提下，可以构建一个完整的全方位巡检模型，保障在巡检
过程中输电线路的安全，还能够分析在恶劣天气条件影响下输电线路可能发生的
灾害。

为了解决无人机的工作时长问题，可以对锂电池的选型、电机的选型以及
空气动力等进行研究。

通过改善飞行控制、结构强度等条件，优化流线型机身碳
纤维制作工艺问题，进一步升级四旋翼无人机的技术条件。

2双目测距仪的设计
2.1双目测距原理
如图1所示，P为所要测距的目标，长为L的两线段代表左右相机的像面，
OL和OR是左右两相机的光心，PL和PR是目标P在左右像面上的成像点，XL和
XR是PL和PR距各自像面左边缘的距离，基线b是两相机光心的距离，f是两相
机的焦距。

在三角形OLPOR中，三角形PLPPR相似于三角形OLPOR，则有以下比例关系：
由几何关系可得：
则：
式中：d=XR-XL；f和b可由摄像机标定和立体匹配获得。

2.2双目测距仪的设计
由式（3）可知，双目测距仪所能测量的距离上限受到基线、相机焦距和视
差的影响，与基线和焦距成正比，与视差成反比。

如果想要设计一台测距上限高
的双目测距仪，需要选择焦距长、分辨率较高的相机，设置较长的基线，由此提
高测距范围。

基于上述条件，选择分辨率为4000×3000的摄像头，焦距取25mm，图像传感器像元大小取常见的6μm×6μm，由于双目测距仪搭载于无人机上，故
基线的设定需要考虑到机身承载负荷的问题，考虑定为0.8m。

该系统最大视差为1000pixel，最低为10pixel，由式（3）可以算得，此双目测距仪的理论测距范
围在3.33~333m，能够满足该方法所需的距离测量。

3无人机电力巡检的关键问题
3.1数据智能处理
当前无人机巡检产生的巡检数据主要有两种:激光雷达点云数据和光学影像
数据(包括可见光、红外、紫外等)．前者的数据处理通常指点云数据的三维重建
与分析工作，目前已经具备较高的自动化水平，成熟的商用软件仅需少量的人工
干预．光学影像数据处理的目的则是从影像中找出特定的设备或具有特定影像特
征的区域，其本质与图像目标检测类似．其中，紫外检测法由于设备成本高昂，
在电力巡检中实际应用较少，其故障诊断一般通过紫外成像中的光子量计数间接
推定紫外辐射水平，但不同检测设备的光谱响应度存在较大差异，难以形成统一
的定量分析标准，在巡检数据处理领域相关研究非常少，且通用性有待商榷，故
在此不做讨论。

3.2续航问题
续航能力不足是制约无人机巡检效率的主要问题之一，也是进一步实现全自
主无人机巡检必须解决的关键问题之一．目前，无人机巡检以小型多旋翼机型为主，典型续航时间为20～45min，油电混合的中大型机也难以超过3h，需要频繁
更换电池，严重影响巡检效率．针对这一问题，除了增加电池容量和减小无人机
功耗外，当前业界的主流方案是设置无人机机巢，并配合无人机自主起降技术来
提高无人机电池管理自动化程度，从而减轻续航问题对巡检效率的影响。

3.3精细化巡视
近年来，电力企业的输电运检部门逐步完善无人机的实际应用，同时在无人
机和人工协同巡视方面进行探究，为无人机协同巡视标准化打下了基础。

无人机
精细化的巡视可以应用在环境复杂的地区，如丘陵、高山、湖泊以及湿地等复杂
地形处，以保证电网线路网架在薄弱的环境下安全运行。

固定翼无人机进行航拍
普查可以发现因为故障引起的输电线路跳闸；多旋翼无人机可以针对输电线路合
闸进行巡检，发现故障的具体点。

对于新建成的输电线路验收工作，由于工作人
员的专业水平或者在巡检过程中环境的不同，巡检得到的结果并不十分准确，依
据性也不强。

所以，工作人员进行人工线路巡查和无人机技术相结合，能够有效
提升巡查的效率和准确性。

3.4无人机作业核心技术的推广
无人机作业核心技术的推广，实现100%覆盖所有输电线路，管控系统覆盖所
有运行单位。

持续完善输电线路无人机作业管理，完善总部运检过程中无人机子
模块，结合新技术发展趋势更新及检修作业模式，实现全面的自动化、智能化的
运行管控。

在未来应用的无人机应适当加强无人机的续航能力，完善抗干扰性能，提升无人机的实用性，做到一机多能，研究出更多功能的无人机配置。

完善技术后，对人才的培养也是重中之重。

将基础技能培训工作作为基础，同时深化关于
无人机的岗位技能培训工作，将传统的巡检队伍打造成复合型巡检队伍。

结束语
基于双目视觉的线路巡检安全距离测量新方法，通过线路特征的连续性进行图像的快速匹配，相较于传统的匹配算法，反应速度更快，精度有一定程度的提升，程序的冗杂度大大降低。

测量结果说明，该系统能够有效地进行输电线路巡检安全距离的测量，在一些地势崎岖的地方会有更好的效果；系统实现了图像的行匹配，可以快速地进行距离测定，并保证精度，能够有效确保无人机在安全范围内进行线路巡检。

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