无人机电力巡检解决方案
第1章 前言
目前，中国电网规模已经超过美国，居世界第一。国际咨询机构GlobalData日前发布报 告称，到2020年，中国输电线路总里程将从2014年的115万千米增加至159万千米以上，以进一步加强全国范围内的供电质量。这意味着，中国输电线路建设的年复合增长率将达到6%，高于全球3%的增速。
尽管如此，与高速的增长相比，我国的电力巡线方法和技术却依然滞后，并造成不少人力、物力以及社会资源浪费。
第2章 电力巡检现状
l 长距离线路工程跨度大，人工进行大范围巡线时工作量巨大，且沿线地形地势复杂，个别线路杆塔位置特殊，人工巡检难以前往作业。
l 山区巡线具有高风险性，时刻威胁巡线人员生命安全。
l 遇到冰雪水灾、地震、滑坡等自然灾害天气时，巡线工作将无法开展。
l 传统人工巡线，借助目测或望远镜等工具，受视角影响，巡线不彻底，不能发现物体内部温度及老损情况，不能有效作业。
2.1无人机应用优势
l 降低劳动强度，提高工效率；
l 巡线工作环境受限制小，甚至能带电巡线，迅速高效完成巡线工作，比传统人工巡线工作效率高出40倍。
l 巡线速度快，发现缺陷和可能性故障能及时提供信息，通过高清图传将线路情况传回地面监控系统，以便判断故障；
l 可实现空中悬停，对疑似故障区域进行针对性排查；
l 人机分离作业，无需操作人员进入高危险工作环境中涉险，与有人直升机巡线相比，可提高巡线作业人员的安全性，降低成本；
l 小巧灵活，自动壁障功能可有效防止对电路、杆塔元件损伤；
2.2无人机应用中的功能
l 线路通道走廊检查
l 杆塔周边环境勘探
l 线下危险施工识别
l 可见光故障检测
l 红外线故障检测
l 倾斜摄影三维建模
l 线路通道高精度测绘
l 激光雷达数据收集
l 夜间抢修应急照明
2.3大范围巡检场景：
2.3.1功能：线路通道走廊检查
l V330倾转旋翼无人机主要用来巡视线路通道走廊，查看线路周边环境是否存在山火源、地质滑坡、树木过度生长等情况。
l V330倾转旋翼无人机具有续航时间长、巡视速度快、覆盖范围广、等特点，一个起落可以飞70-100公里，一天可以实现2-4个起落。它能够克服山区路况差、路途遥远等困难，是线路人员巡线的得力助手。
2.3.2功能：杆塔周边环境勘探
l 传统固定翼无人机的起降都需要有一块比较大的场地，这对于频繁的野外作业来说很难满足。无人机根据行业实际需求，自主研发倾转旋翼垂直起降固定翼无人机，具有场地需求小，无需跑道的优势，特别适合山区地形。
2.3.3功能：线下危险施工识别
n 飞机水平或稍高于导线，按一定的速度沿线路飞行，同时用机载可见光相机及红外热成像相机以45度水平角左右在线路斜上方对线路导线、铁塔、绝缘子、金具、线路走廊内目标进行扫描、录像、拍照及巡察。
2.4 精准排查场景：
2.4.1功能：可见光故障检测
l 凌云2无人机根据巡检事前编好的电塔GPS坐标点，进行自动飞行巡检，巡检内容包括图示中的：引流线（有无断股）、杆塔（有无鸟窝、损坏、变形、紧固金具松脱金具被盗）、绝缘子（有无闪落迹象、破损、污秽、异物悬挂）、防震锤（有无变形、存在异物）、线夹（有无松脱）、导线（有无断股、异物悬挂）、地面环境（有无在规定范围建筑房屋和超范围生长的植物）等内容。
2.4.2功能：红外线故障检测
n 凌云2无人机通过挂载红外线热成像相机，对线路杆塔进行精准排查，通过温度异常变化对比值，发现隐蔽性较强的故障点，结合传统可见光巡线，热成像巡线将大大提高故障点检测的准确性。
n 凌云2无人机搭载热成像设备夜间巡检输电设备判断依据：导线（有无红色发热点）、线夹（有无接触点发热）、引流线（有无发热点）、绝缘子（有无击穿发热）、杆塔（有无击穿发热）、耐张管（有无发热）。
2.4.3功能：倾斜摄影三维建模
l 对于地形复杂的电力线路，利用凌云2无人机携带倾斜摄影系统对杆塔及周围环境进行地理信息收集，通过后台计算机处理，得到基于真实影像的三维重建模型，高精度还原电力线路现场地形地貌，巡检人员根据巡检内容信息判断巡检结果，并根据具体情况制定相应的解决措施。
2.5 精准排查场景：
2.5.1功能：线路通道高精度测绘
l 利用大航程无人机搭载高精度正射影像测绘系统，采集全程线路走廊通道的高分辨率航空数码影像，通过后台计算机处理，进而获得高精度线路走廊地形地貌、线路设施设备、以及走廊地物的二维正射影像地理信息，从而为电力线路规划设计、运行维护提供高精度测量数据成果。
2.5.2功能：激光雷达数据收集
l 利用多旋翼搭载激光LIDAR测量系统，可以直接采集线路走廊高精度激光点云，进而获得高精度三维线路走廊地形地貌、线路设施设备，以及走廊地物的精确三维空间信息，包括杆塔、挂线点位置、电线弧垂、树木、建筑物等，从而为电力线路规划设计、运行维护提供高精度测量数据成果。
2.5.3功能：夜间抢修应急照明
l 在夜间进行紧急线路抢修时，利用凌云2无人机搭载高亮度探照灯模块，悬停于杆塔上空，对抢修人员以及关键杆塔进行精准灯光照明，大大保障了抢修人员的人参安全，加快夜间抢修作业的进度。
2.5.4功能：牵引架线
l 利用无人机直接从空中携带引导绳抵达指定位置，不用砍伐植被，单独开辟架线通道，节约大量人力和时间成本，架线工程工期可控。
第3章 无人机系统解决方案
3.1 方案设计
3.1.1 遵循和参考标准规范
本系统方案设计主要依据：
1. GJB 150.1A-2009《军用装备实验室环境试验方法》
2. GJB 1389《系统电磁兼容性要求》
3. GJB 1403《机载电子设备安装和试验通用规范》
4. GJB 4108-2000《军用小型无人机系统部队试验规程》
5. GJB 5433-2005《无人机系统通用要求》
6. GJB 5434-2005《无人机系统试验方法》
3.1.2 系统组成
无人机系统由飞行系统、地面控制系统、任务载荷系统构成。如下图所示：
图 3‑1 无人机系统组成框图
3.1.3 总体方案
无人机系统可通过遥控器、箱式智能地面站对无人机进行飞行控制。通过高清图像传输系统可将监视区域的监控视频实时传回地面站、指挥中心，第一时间为指挥部门提供有效的现场信息。