配电网架空线路无人机自主巡检技术分析

配电网架空线路无人机自主巡检技术分
析
摘要：当前，传统的人工巡检模式已经不能满足大型输电线路的巡检需求。

利用无人驾驶飞机的巡检技术，能够高质量、高效率地采集到海量的信息，并能快速准确地检测出电网的安全隐患和问题，提高巡检的工作效率，保障电网的安全和稳定，因此值得大规模推广应用。

关键词：配电网架空线路；无人机；自主巡检
1.无人机技术的概念及应用优势
1.1无人机技术
在具体的巡检过程中，无人机技术可以代替配网巡检工作人员，对对象进行360°、全方位、零死角的影像拍摄，并将所拍摄的影像信息快速、准确地传送给地面的工作人员，从而对进行配网过程中的各类问题进行分析和判断，并对有关问题的解决作出科学的决策。

通过无人驾驶飞机，可以对配电网进行定点、精细、范围巡检等多种巡检方式，并且，无人驾驶飞机的应用范围也各不相同。

1.2 配网巡检中的无人机技术应用优势
（1）高采集率，能够在很短的时间里，科学地收集到配网巡检的数据，从而极大地缩短了数据处理的时间；(2)方便可靠，在用无人机进行配网巡检时，无需专门设置飞机的起降场，只需确保路面平整即可，所以该技术的应用十分方便，并且无人机在某些特殊应用场合不受天气条件的影响，所以该技术在配网巡检中也十分可靠。

(3)经济性，由于无人机及其搭载设备的造价较低，并且可以节约大量的人力、物力，因此，该技术在电力网络巡检中具有较高的经济性。

2.架空输电线路无人机巡检关键技术
2.1自主巡检技术
在前期应用于架空输电线巡检的过程中，电网运行人员多采用地面运行人员
远程操控，但对运行人员的熟练程度及操作水平的不确定性，使得运行人员的专
业水平受到了很大的影响。

因此，在架空输电线路的巡检中，必须采用无人机来
完成。

目前，基于 LiDAR和 RTK的自主巡检技术已成为国内外研究的热点。

激
光雷达（LiDAR）是一种以三维点云为基础的高精度数据传输网络，将激光雷达（LiDAR）的飞行状态参数和姿态参数与其所搭载的激光雷达（LiDAR）相结合，
可实现激光雷达的自主巡航和维修。

目前，基于基准站和流动站组合方式的无人
机对输电线路进行实时、动态、高精度定位，在输电线路的运营和维修方面存在
着很大的局限性。

为保证无人机的安全稳定通信，实现无人机的自主巡逻，需要
建立多个基站。

2.2作业安全管控
为了防止在使用无人驾驶飞机的情况下，出现“黑飞”，在无人驾驶飞机上
安装了无人驾驶飞机的飞行数据记录装置。

本发明是一种能够独立于无人机而不
需人工修改的飞行数据记录器。

航程信息主要是记录了航程、航线等信息。

通过GPS、北斗等卫星，对其飞行轨迹进行跟踪，并通过数据交换，向地面监测平台
发送实时信息。

另外，为保证无人机的飞行安全，还设置了安全监测功能，当其
飞行参数和容许的参数出现偏差时，将会发出预警，实现对其操作的全程监控。

无人机巡检模块还需要具备监测巡检区域周围的地理环境和气象环境的能力，全
面了解架空输电线路的实时情况，进行巡检，并严格按照电力企业的巡检制度和
巡检计划。

2.3故障定位和缺陷识别技术
在现实生活中，由于各种因素，可能导致架空输电线出现故障，需要利用UAV与电网内其他仪器进行协同工作，以实现对架空输电线的快速探测、分析与
判断。

同时，在运行过程中，融合维修员和相应作业单等信息，快速应对故障，
将单次故障降至最小。

在无人机的使用和维修中，必须对输电线路进行故障识别。

在电力系统中，输电线路的失效形式包括：输电线路，塔杆，导线，绝缘子以及
其他附属设施。

在对设备进行检查时，要发现其存在的隐患，如：架空输电线的
铁塔有可能发生的腐蚀、断裂、电线的绝缘层损坏等。

2.4 无人机航迹规划技术
在电网巡视过程中，对无人飞行器进行自主巡视的关键技术之一是轨迹规划，其合理应用能够确保无人飞行器的巡视工作顺利进行，并确保无人飞行器的安全性。

目前，无人驾驶车辆在电网巡视过程中的航迹规划问题，主要有三个内容：（1）根据真实的野外环境，对无人驾驶车辆巡视过程中的航迹进行初步规划。

(2)采用优化搜索算法，确定无人机在巡视过程中的最佳航迹；(3)无人机的航迹
平滑。

在进行航迹规划时，需要根据实际环境、任务要求以及无人机的特点来确
定航迹。

3.运维巡检无人机应用
3.1运维巡检无人机测绘摄像应用
运维巡检无人机的绘画摄像模块采取的是倾斜摄像模式，由多个传感器和摄
像机设备共同工作。

在实际应用中，利用MotoarSkyMS-Q5倾斜摄像系统，它既
有垂直方向又有四面倾斜方向，以便获取无人机在飞行中的垂直方向的地面信息
以及45°到60°倾角的地面信息，并进行多角度的拍摄，从而得到完备的地面
影像信息。

3.2运维巡检无人机红外测温应用
基于红外线测温技术的运行巡检无人机能够对架空输电线中的绝缘体进行全
面的预判，从而达到对架空输电线进行预知的目的。

通过在巡检机上进行定点悬停，配合红外测温，可以实现对各监测点或警戒点的实时测量和监控。

3.3获取输电线路杆塔和部件空间位置
在使用无人机进行配电网络的自动巡检中，需要使用激光雷达对配电网络中
的导线、杆塔等部件进行高精度的空间定位。

然后，在已有的电力系统中，采用
了已有的铁塔，对其进行了定位和优化。

在确定巡航路径时，需要综合考虑多个
因素（如：无人机续航时间、信号接收范围等），实现对巡航路径的科学规划。

首先，提出一种基于无人机自主巡检的多旋翼无人机自主导航方法，并基于该方法，实现无人机的毫米级定位精度。

其次，按照所设计的线路，对线路和线路进
行扫描，从而实现对线路和元件的准确获取；最后，使用专用的计算软件，对所
获得的点云进行数值模拟，并对其进行数值模拟，最终形成三维点云数据模型。

在具体的扫描阶段，需要其覆盖半径大于100 m，并且需要的点云平均密度大于400个/m，以确保电网中的杆塔、线路、设备等结构的完整性与清晰性，从而更
好地满足图像的应用需求。

3.4自主规划配网巡检航线
在无人机自主巡检中，定位点的构建需要以配网杆件三维高精度点云模型为
基础，以配网杆件（导线）的拍摄需求为依据，对定位点进行合理的定位，每一
个定位点都是 POS的高精度数据，云台拍摄角度、高度、尺寸、经度等信息。

布
设时，要根据巡检的顺序，布设各个自动化巡检站，以免发生走线的情况。

在WGS84坐标系中，坐标为经纬高度和高度.云台到水平面的夹角是指它到水平面的
夹角，所以，使用 PTK测量的夹角时，一定要选择它作为参考。

在规划出巡检航
点后，人工复核、调整，并将调整后的数据传输至无人机，使其按照规划的巡检
路径，自主对配网进行精细化巡检。

4.结语
随着电网规模的不断扩大，架空线路的维修与保养成为一项非常重要的工作。

使用无人机对装备进行巡检是必然的。

随着技术的发展，无人机将越来越多地用
于电力行业，并向智能化方向发展。

架空输电线路无人机的应用，完全改变了传
统的架空输电线路运维维修工作模式，大大减轻了电力企业工作人员的工作量，
提高了工作效率，进一步促进了电力系统向智能化、自动化方向发展。

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