无人机输电线路巡线技术解析

无人机输电线路巡线技术解析

摘要：着我国经济的快速发展以及特高压建设步伐的加速，我国电网建设迅猛

发展，电网的安全与否会在很大程度上对社会的稳定产生影响，而输电线路的稳

定运行能够为电网的安全提供有效保障。同时，无人机从军事领域逐渐推广到民

用领域。输电线路无人机巡线系统是以无人驾驶飞机技术为平台，结合了分布式

控制技术、导航及定位技术、线路探测技术、高压电磁兼容技术和软件控制等高

科技技术，真正地实现了输电线路无人机的自动巡检，提高了巡线的效率。

关键词：输电线路；无人机；巡线

1、无人机种类

目前用于电力巡线的无人飞行器平台主要集中在固定翼无人机、无人直升机

和小型旋翼机。固定翼无人机的飞行速度比较快，达到100～200km／h，并且续

航时问长，很适合进行长距离巡线，用来巡检电力线路的总体状况，但不能悬停，且进行巡线时，只能沿线路进行单方向快速巡检。小型旋翼机重量小、结构简单，能够定点起飞、降落和空中悬停，但其飞行速度较慢，而且续航时间极短，只能

作短距离的巡线，通常对于己确定故障段，用小型旋翼机悬停，低速、定点地进

行细节观察，同时小型旋翼机载重过小，抗风能力弱。无人直升机能够定点起飞、降落，空中悬停，但是飞行速度不如固定翼无人机，大多数在100km／h以内，

且续航时间也较短，不适合用于长距离巡线，优势是载重较旋翼机更大，巡线时

可以搭载更多的检测设备，取得更全面的巡检效果，但是价格比小型旋翼机要高，通常用于中、短距离的巡线或者对己确定的故障段进行悬停式细节检测。采用固

定翼无人机搭配无人旋翼机进行巡线会更加全面、精确，减少了巡线时的遗漏，

但成本较高。电力线路巡视时，故障疑似地段要求无人机能进行低速低空飞行，

正常线路段巡视时，又要保证高速巡航，长距离普查。

2、输电线路无人机巡线应用系统

2.1无人机系统

无人机系统主要由无人机和地面站两部分组成。无人机集成和搭载检测设备、飞控无线传输系统、图像无线传输系统、GPS导航系统、机载传感器系统。地面

站由飞控地面站、检测系统后台两部分组成。飞控地面站包括飞控软件和飞控无

线通信系统，负责控制飞机的飞行姿态和飞行轨迹；检测系统后台主要由检测软件、数据库和数字图像传输系统组成，负责可见光和红外热像视频的展示、图像

处理、云台控制等。

2.2巡线任务

巡线无人机至少可以执行三项任务：故障巡线(快速、精确查找到电网及其设

备的故障点)、常规巡线（代替人工常规巡线，提高巡线效率，降低巡线成本，降

低巡线人员劳动强度）、年度巡线（替代有人机执行年度计划的航空巡线）。

2.3作业项目

无人机巡视输电线路的作业项目主要有:可见光远距离摄影、红外热成像；使

用的主要设备有：可见光CCD设备、红外热成像仪。可检测线路的主要缺陷包括:线路走廊通道障碍，金具的松脱、缺失和磨损，绝缘子劣化、自爆和积污，导线

和地线磨损、断股，导线和金具内部的损伤、导线连接点过热等。

2.4无人机巡检过程

无人机巡检过程：无人机搭载摄像头、红外成像仪或者导线损伤探测仪等任

务设备；具有自主导航定位功能的地面控制站，控制飞机自主起飞，沿线路高低

起伏飞行；数字图像传输系统实时传送巡检中的视频录像；地面检查人员根据实

时视频判断线路情况，并根据GPS定位判断位置并记录，完成一次飞行后，飞机

根据预设的飞控程序人工或自动返回降落。

3、无人机巡线的关键技术

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。无人机巡线技术融合了航空、电子、电力、控制、通信、图像识别等多个高尖技

术领域，要实现起来必须解决下述几项关键技术：

(1)电力线路视觉跟踪技术

无人机巡线时的导航、障碍物规避等功能的实现都依赖于对线路杆塔的视觉

跟踪技术。这项技术虽然在实验中获得了成功，但是在实际的应用当中还不是绝

对的可靠。无人机巡线时机体产生振动，会影响巡线图像的质量，再加上图像中

导线很细，与背景的视觉差异很小，给视觉跟踪带来了难度。另外巡线时如果遇

到了与线路类似的直线型结构，比如铁路或者其他的电力导线，有可能会导致跟

踪错误，带来严重的后果。

(2)飞行姿态控制技术

无人机巡线时离线路较近，又常常受强风、降雨等气候因素的影响。为了保

证无人机和线路的安全，飞行姿态的控制就显得尤其重要。该系统利用LQG控制

器实现飞机俯仰翻转姿态的控制，利用PID控制器进行偏行控制。系统的高鲁棒

性已经得到验证，当无人直升机空中悬停时，用绳索强行拉动机体，控制系统仍

然可以正常的工作。

(3)无线通迅技术

无线传输模块完成地面基站和无人机之间的双向数据传输。包括无人机拍摄

的实时视频、图像，线路检测传感器数据，无人机位置状态和由地面基站发出的

各种飞行控制命令等，要求具有距离远、抗干扰能力强等特点。

(4)线路故障探测技术

a)视觉探测：也就是可见光探测。利用无人机搭载高清相机和高清摄像机，

拍摄巡线图片和视频，实时传输到地面基站或存储下来，再由基站工作人员根据

图像和视频中线路的外观确定是否发生故障。视觉探测能有效发现线路表面的显

性故障，例如导线的断股、异物悬挂；杆塔的变形、金具松脱；绝缘子的破损、

闪络等故障。其精度和准确度取决于图像的质量。

b．)红外和紫外探测技术：利用无人机搭载红外热成像仪和紫外成像仪进行

巡线。红外热成像仪能够摄取表面温度超过周围环境温度的异常温升点的红外光

谱图像，从图像上可以判断出线路、接头、线夹、绝缘子等设备是否存在故障所

导致的发热点。紫外成像仪能够接收线路设备因放电产生的紫外讯号，并形成图

像显示在屏幕上，从图像上可以确定电晕的位置和强度。通过紫外成像，能够有

效探测出导线外伤、绝缘子放电、污染等存在放电现象的线路故障。

c)激光雷达探测技术：激光雷达技术的主要优势在于其精确的定量测量。由

于激光的单色性和相干性好，方向性较强，可以用激光对角度、距离、长度等度

量实行精确地检测和计量。激光测距主要分为连续波相位式测距和脉冲式测距。

脉冲式激光测距的原理比较简单，由测距仪发射出激光信号，激光信号遇到目标

会反射回来。光的传播速度是已知的，如果能记录下光信号的往返时间，再用光

速与往返时间的一半相乘，就得到了所测距离的长度。激光雷达巡线技术还可以

扫描线路走廊，得到大量的高精度的激光点云数据，再配合高分辨率的航空数码

影像，可以进行线路走廊地形的三维建模。不过由于载重的限制，现阶段在无人