現有的電力系統主要由四個部分組成，分別是發電、輸電、配電和用電，任意一個環節出現問題都會影響整個電力系統的安全、穩定運行。輸電部分的線路主要有電纜線路和架空線路兩種，不同于電纜線路主要分布在城市企業、醫院等地，檢修起來較為方便，架空線路通常分布在野外、山區等人跡罕至的地方，甚至分布在峭壁、雪山等惡劣的自然環境中，若是出現輸電線老化、斷股或絕緣子損壞等情況，則經常會因為無法及時檢修而導致電力系統出現故障，從而造成嚴重的經濟損失[1-5] 。

　　傳統的電力巡檢主要依靠專業的巡檢人員前往現場對輸電線路進行排查和檢修，一方面，這樣的人工巡檢效率較低，耗時較長;另一方面，野外復雜地形的設備運輸和高空作業的安全保障等都面臨嚴峻考驗。因此，電力巡檢亟需向智能化和自動化方向發展[6-7] 。

　　為了解決上述問題，無人機越來越多地應用于電力巡檢解決方案中，其體型小、重量輕，且具有較強的靈活性和自主性，可以較好地實現對架空輸電線路的全方位檢查。巡檢用無人機主要分為三類：無人直升機、固定翼無人機和多旋翼無人機。其中，無人直升機具有優越的性能，具備續航久、可懸停和穩定性強等優點，但是造價和耗費相對較高，一般用于特殊自然災害救援等情況;固定翼無人機可以飛行較遠距離，速度快且較為穩定，但不能懸停，靈活性較差，適用于大面積輸電網絡的巡查;多旋翼無人機機動性強，靈活度高，具有較高的性價比，但續航能力一般，抗風能力較差，對氣象條件要求較高，適用于局部的精細檢查以及復雜地理環境下的巡檢任務[8-9] 。

　　萬琪等人提出了電力巡檢中無人機的數據鏈路覆蓋增強技術，對數據鏈的通信技術進行了升級，提升了通信系統的飛行控制和數據回傳的可靠性[10] 。王亞萍等人提出了一種可見光圖像中的輸電線路缺陷診斷方法，可自動診斷電力線路上可能存在的斷股、異物附著等缺陷[11] 。陽一雄等人則研究了六翼無人機搭載紅外測溫儀在電力巡線中的應用，采用測溫分析方法診斷電力線路中的缺陷與故障[12] 。彭向陽等人設計研發了一套無人直升機多傳感器電力安全巡檢系統，實現了電力線路的安全巡檢和智能診斷，提高了電力巡檢的效率[13] 。

　　本文提出了一套無人機電力巡檢系統，實現了無人機對指定任務的自動巡線，并結合4G網絡進行高帶寬傳輸，完成無人機與地面服務器之間的通信與數據交換，包括指令信號和回 傳 圖 片、視 頻 等 ，最 高 支 持流 暢、穩 定 傳 輸 1 080p60i全高清視頻，保證故障檢測的實時性。該系統還利用無人機拍攝回傳的可見光圖像、原始紅外圖像以及相機校準參數，實時進行溫度校準分析，并支持自動分析與人工定點分析功能，以保證故障檢測的準確性。

　　1 無人機電力巡檢技術簡介

　　在無人機電力巡檢任務中，除了對無人機本身的品質有一定的要求外，整個系統中的各個模塊也有各自的技術特點和難點，每一個模塊都直接影響著整個系統的巡檢效率和精度。

　　1.1 巡線及避障技術無人機在執行既定電力巡檢任務時，需要準確地按照任務路線進行飛行，躲避線路上可能存在或突然出現的障礙物，并在躲避結束后及時回歸到任務路線上繼續巡檢。目前的無人機巡線技術主要通過GPS定位及導航技術、基于攝像的視覺技術等結合應用實現，但在飛行過程中易受到如惡劣天氣造成無人機姿態異常等因素影響，導致視覺技術的識別率下降。避障技術主要通過視覺技術、紅外探測技術和聲吶探測技術等結合應用實現，但對于較大或者移動速度較快的障礙物，無人機可能會因為來不及躲避而損壞。因此，無人機自身以及掛載設備的硬件品質和各種軟件技術都需要進一步提升，以保證無人機在巡檢任務中的安全性和穩定性。

　　1.2 無人機姿態控制技術無人機通常質量輕、體型小，在巡檢任務飛行過程中容易受到惡劣天氣的影響而失去平衡，甚至墜毀，同時，無人機姿態的正常與否也影響著巡線、避障和故障檢測的準確性。目前無人機的姿態控制技術主要依賴安裝在無人機上的飛行控制器來實現。當無人機姿態發生異常時，飛行控制器將根據當前無人機的具體姿態、線速度、角速度和加速度等對無人機進行動作調整，幫助無人機回歸到正常的飛行狀態，保證巡檢任務的正常執行。

　　1.3 無線通信技術執行巡檢任務時，無人機需要與地面服務器保持實時的無線連接，以保證可以實時回傳無人機的狀態信息、任務信息和所拍攝的圖像、視頻等數據文件，以及接收地面服務器發送的控制信號并給予反饋等。但電力巡檢的環境往往十分復雜，且充滿變化和不確定因素，系統的無線通信技術需要具備很強的抗干擾能力，以及足夠的傳輸速度和帶寬來支撐實時信息傳輸甚至巡視高清視頻的直播，以保證整個電力巡檢任務完成的及時性和穩定性。

　　2 無人機電力巡檢系統

　　應用于輸電線路巡檢的無人機系統主要包括以下幾個部分：無人機及其飛控平臺、通信與數據傳輸模塊、測溫分析與故障檢測模塊、數據文件管理模塊以及地面服務器等。無人機電力巡檢系統流程如圖1所示。

　　2.1 無人機及其飛控平臺本系統中，主要采用大疆公司經緯系列行業M210 RTK 四旋翼無人機，如圖2和圖3所示，掛載FLIR公司雙光熱成像相機作為測溫相機，其具備1 200萬像素鏡頭，并支持4K 高清可見光JPEG照片，TIFF、R-JPEG圖像以及MOV、MP4 視頻等。

　　2.2 通信與數據傳輸模塊在執行輸電線路巡檢任務的過程中，無人機需要與地面服務器保持實時連接，一方面，地面服務器要獲取無人機的實時狀態信息，并發送相應的控制信號指揮無人機進行下一步動作;另一方面，無人機拍攝、采集到的圖像和視頻等數據需要回傳給地面服務器進行直播、保存和分析等。本系統的視頻傳輸設備如圖4所示，為Altera公司可編程邏輯器件搭載Fujitsu公司編碼芯片實現的無線數據傳輸設備，分為傳輸模塊和供電模塊兩部分。

　　2.3 測溫分析與故障檢測模塊輸電線路中的故障往往伴隨著異常高溫，尤其是線夾、絕緣子上的掛環和防振錘等金具，通過對這些異常高溫的檢測可以發現輸電線路中的安全隱患或者存在的缺陷等。一般的紅外成像設備采用輻射測溫法計算物體溫度，通過接收到的目標輻射的紅外能量值計算目標的溫度。但紅外成像設備一般使用黑體輻射源(發射率近似為1，發射率為物體表面單位面積上輻射出的輻通量與同溫度下黑體輻射出的輻通量的比值)分度，實際上目標的發射率通常小于1，導致所生成的熱度圖像中測量溫度值偏離目標的表面實際溫度[14] 。

　　3 結語

　　本文提出了一套基于無人機的電力巡檢系統，無人機將按照事先制定好的飛行路線完成巡線任務，同時工作人員也可以采用人工操作的方式進行電力巡檢。巡線任務中，無人機與地面服務器將通過運營商無線網卡進行高帶寬、高穩定性的圖像與視頻傳輸，最高支持1 080p60i全高清視頻直播。對于接收到的日志、圖像和視頻等文件，系統將智能化地歸檔保存，方便回溯，同時將自動對圖像進行測溫校準和分析，對異常高溫的零部件和桿塔進行報警，保證了電力巡檢任務的實時性和準確性，同時也提升了巡檢的質量和效率。

　　[參考文獻]

　　[1] 錢金菊，韓正偉，易琳，等.圖像處理技術在無人機電力線路巡檢中的應用[J].電子技術與軟件工程，2017(15)： 72-73.

　　[2] 彭向陽，劉正軍，麥曉明，等.無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術[J].遙感信息，2015(1)：51-57.

　　[3] 李寧，鄭仟，謝貴文，等.基于無人機圖像識別技術的輸電線 路 缺 陷 檢 測 [ J ] . 電 子 設 計 工 程 ，2019 ，27(10)： 102-106.

　　《無人機電力巡檢系統研究》來源：《機電信息》，作者：馮新江 林澤科 陳岳賢 潘 楨