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摘要：输电线路是电力系统的重要组成部分，输电线路巡检管理是有效保证输电线路及其设备安全的一项基础工作。文章介绍了基于无人机技术巡检方式的典型缺陷，工作原理及图像采集方法，通过相关工程实例以及绝缘子提取算法验证了其先进性和应用的必然性，为进一步改善输电线路巡检工作，提升无人机的实际应用效果提供参考借鉴。
关键词：输电线路；运行与维护；巡检；无人机
0引言
电能已经成为现代化生产的主要动力，作为基础性公用事业，随着人民生活水平的不断提高，已显示出举足轻重的作用，供电中断将产生严重的后果。输电线路作为电网的重要环节，具有点多、面广、线长，长期暴露在野外的特点，极易遭受各种外力的损害。另外，随着社会经济的快速发展，城乡一体化速度加快，城市规模不断扩大，同时电网建设也在飞速发展，更多变化给输电线路运行维护带来了很多问题。电力线路巡检是为了经常掌握线路的运行状况，及时发现设备缺陷和威胁线路安全运行的异常情况，并为线路检修提供依据。其中，小型旋翼无人机具有操控要求低、灵活易用、性价比高等优点，在近几年已逐渐推广至线路运维基层班组。但目前巡检过程中还存在一些问题，如现场作业过程中拍照点位置、角度、数量、照片命名规范等各运维班组存在较大的差异性，影响巡检工作人员对缺陷的判断和分析。下面，文章将结合笔者的工作实践以及思考，就无人机在输电线路运维检修工作运用中的缺陷，工作方式方法及其合理性做一定的总结分析。
1典型缺陷
无人机巡检技术的运用，能够很好的完成电力巡检和建设规划任务，自然能得到电力企业的认可及大规模应用。克服了复杂地形、恶劣气候给线路巡视带来的困难，全方位获取现场资料，具有效率高、受地形地貌影响小、无人员安全风险等优点。无人机巡检过程中可发现杆塔类、导地线类、绝缘子类、金具类、通道类及其他类缺陷。
（1）杆塔类：杆塔类缺陷主要包括杆塔基础、接地装置、塔身及塔号牌缺陷，杆塔基础破损、裂纹、漏筋、基础凹陷、保护帽破损、边坡保护不够、覆盖、水淹等；接地装置断裂、螺栓脱落、接地带外露等；塔身主材弯曲、塔材及螺栓丢失、塔材严重锈蚀、异物等；塔号牌破损、变形、缺失、字迹或颜色不清、严重锈蚀等。
（2）导地线类：导地线缺陷主要包括导地线散股、断股、严重损伤、断线、悬挂漂浮物等。
（3）绝缘子类：绝缘子类缺陷主要包括伞裙破损、玻璃绝缘子自爆、严重污秽、有放电痕迹等。
（4）金具类：金具类缺陷主要包括线夹断裂、裂纹、严重磨损、销钉脱落；均压环、屏蔽环烧伤、均压环跑位、防振锤脱落、严重锈蚀等。
（5）通道类：通道类缺陷主要包括线路通道保护区域内有树木超高、违规建筑、违章施工、对交叉跨越物距离不够、间隔棒脱落等。
（6）其他类：其他类主要涉及附加装置缺陷，主要包括破损、变形、缺失、字迹或颜色不清、严重锈蚀等。
2作业原则
为了保证无人机巡检的效率及作业安全性，依据DL/T1482—2015《架空输电线路无人机巡检作业技术导则》当中的规定，制定相应的无人机巡检作业流程。无人机巡检从杆塔挂牌开始，由杆塔一侧从低到高拍摄完至地线挂点，然后快速越过塔头到另一侧地线挂点从高到低依次拍摄，飞行轨迹大体上呈“∩”形，若地形条件限制，可省略对无法拍摄的位置巡视，需全程做好巡视观察记录。
下面以500kV交流单回直线塔为例，见图1，对拍照顺序及命名规范进行说明，照片命名中从小号侧至大号侧看确定左、中、右方向。交流单回直线塔命名见表1。
图1交流单回直线塔巡检流程
表1交流单回直线塔命名
3图像采集方法
3.1拍摄姿态
无人机巡检主要拍照部位包含塔号牌、基础、塔身、绝缘子串、导线、地线、附属装置等，结合大量现场实践经验、标准化作业流程，在模拟输电线路的三维场景下完善标准巡检流程动态路径，形成无人机巡检图像各部位的“最佳拍摄”关键路径点，并可根据杆塔周边实际环境进行适宜调整。
以交流220kV直线塔为例，飞机要悬停在线路两侧10m左右进行拍摄记录，包括导线、地线、金具、绝缘子、附属装置（避雷器、避雷针）等；拍摄内容及方式如下：
（1）塔号牌：无人机镜头与塔号牌处于同一侧，平视或俯视拍摄，放大后能清晰分辨塔号牌上所有文字。
（2）塔基：走廊正面或侧面面向塔基俯视拍摄，能够看清塔基螺栓及接地线，见图2。
图2绝缘子串挂点拍摄效果
（3）两侧通道：根据杆塔处实际环境选择拍摄角度和拍摄方向，以能查看与相邻杆塔间走廊全景为标准。
（4）导线挂点及金具：面向导线挂点平行高度拍摄，能够清晰分辨挂点销钉级物件。
（5）绝缘子串与杆塔挂点：与杆塔挂点平行高度拍摄，能够清晰分辨挂点销钉级物件。
（6）绝缘子串：正对绝缘子串，在其中心点以上位置拍摄，镜头需覆盖绝缘子整串，如无法覆盖则至多分两段拍摄，最终能够清晰分辨绝缘子片表面损痕，见图3。
图3绝缘子串拍摄效果
（7）地线挂点及金具：高度与地线挂点平行或以不大于30度角度俯视，小角度斜侧方拍摄，能够清晰分辨挂点销钉级物件。
（8）塔头：从杆塔斜上方拍摄，500kV及以上能完整的看到杆塔左半（右半）塔头；220kV及以下，能够完整的看到塔头。
（9）塔身：杆塔斜上方，略低于塔头拍摄高度，能够看到除塔头及塔基部位其他结构全貌。
（10）防震锤：位于大小两侧防震锤中间，并于其平行，呈45°夹角拍摄，能够看到防震锤连接处。
（11）附加装置：面向附加装置平行高度拍摄，能够看到附件全貌。
本文基于虚拟现实技术，通过对巡检对象进行差异化、层次化的组件划分，进行三维仿真建模，构建巡检对象的三维模型库，实现巡检对象的三维虚拟可视化。根据现场作业环境，应对巡检流程在三维可视化模型中作出相应调整。
3.2工程应用
基于无人机的输电线路典型设备图像信息采集方法已在国内多条输电线路上巡检作业上应用，以2015年12月28日，某地220kV单回直线塔进行典型图像采集方法验证为例。无人机巡检作业时天气晴，飞行最大高度约为220m，离杆塔导线最近拍摄距离约为5m，起飞点与拍摄杆塔距离约为680m。
巡检线路跨越江河，作业杆塔位于山坡之上，树木较为茂盛，塔基已被覆盖，人工日常运行维护需1h左右才能到达杆塔附近。本次作业按照巡检作业原则、拍照方法、拍照姿态等进行规范化操作，先靠近右侧从塔号牌-大号侧通道-小号侧通道-右相绝缘子导线挂点-右相绝缘子串-右相绝缘子杆塔挂点-中相绝缘子导线挂点-中相绝缘子串-中相绝缘子杆塔挂点-右侧地线挂点-塔头，然后将无人机拉升至距塔头8m高度快速跨越杆塔上方进行左侧巡检作业，靠近左侧从左侧地线挂点-左相绝缘子杆塔挂点-左相绝缘子串-左相绝缘子导线挂点-塔身，整个巡视过程，无人机滞空时间10min左右。见图4和图5。
通过规范化的流程作业，图像的命名匹配工作按照流程依次对应，不仅效率较高，而且不容易出现图像混淆的情况。
4绝缘子串图像提取
无人机巡检过程中将采集到的大量图像信息储存在相机SD卡中，再由地面技术人员对每幅图像进行逐个排查。但是对于海量的航拍图像，利用人工对每幅图像进行观察和判读导致工作效率较低。为了及时发现绝缘子等设施的缺陷或者故障，利用图像处理技术实现航拍图像中绝缘子串的自动定位。由于无人机在巡检过程中采集到的图像的质量直接决定了绝缘子串自动识别的精度，因此基于规范化的典型设备图像采集方法可有效提高图像处理算法的精度，并快速地实现绝缘子串自动定位。现有的绝缘子定位方法大体分为三类：第一是基于分割的方法，将原始图像分为多个区域，并标记感兴趣的区域。采用基于区域定位的方法对绝缘子图像进行分割，结合最大类间方差法（OTSU），利用了图像中的色度和饱和度信息，对蓝色绝缘子进行定位，取得了一定成果，但是该方法针对性较强，适用范围较窄，对于色度信息较弱、分辨率较低的航
拍图像难以达到理想效果。其次基于边缘检测的方法，找到感兴趣目标的轮廓，实现定位。航拍图像的背景非常复杂，可能包含噪声，且包含杆塔、线路等伪目标，这些特点造成边缘检测算法准确性降低。再次是基于纹理的方法，该方法对图像中的绝缘子进行定位，对于绝缘子纹理性较强且背景纹理性较弱的图像处理结果较理想。但是航拍图像中，有可能存在纹理性较强的背景，也可能存在纹理特征与绝缘子相近的伪目标，导致该方法的应用性不强。
笔者使用一种绝缘子串自动定位的方法，根据输电线路设备的特征，应用数字图像处理技术和模式识别技术对航拍图像中的绝缘子串进行定位。首先对采集得到的航拍图像进行滤波、膨胀和腐蚀等预处理，有利于后续特征提取，其次利用可操控方向金字塔算法提取航拍图像和绝缘子串模版图像的特征值，最后通过使用近邻传播聚类算法（AP聚类）进行绝缘子串定位。该方法的具体流程图见图6。
图6绝缘子串识别流程图
笔者利用绝缘子串识别方法分别对基于无人机的输电线路典型图像采集方法进行了识别分析，结果见图7。
图7绝缘子串识别效果
图7中黑色方框代表定位出的绝缘子串，采用标准化技术采集方法可分析出绝缘子串与杆塔重叠较少，能较准确识别出绝缘子串。
5结语
综上所述，无人机巡检做为一种安全、快速、高效的输电线路巡视方式，能够弥补人员、地形、天气等诸多影响因素，大幅度减少人工和时间成本，提高巡视工作质量和效率。就目前来说，其在应用虽然还存在一定的缺陷，但已在大量输电线路现场巡检作业中进行实际应用。在后续的实际工作中，相信通过以提高巡检质量和效率为主要目标，根据线路的不同情况及其缺陷、故障发生的概率、发展规律及对运行的不同影响，实行科学管理，加强和突出巡视的重点和要求，不断总结经验、积累资料，无人机巡检作业将会一步步实现规范化、科学化和系统化，更好的保障输电线路的安全、稳定运行。
参考文献：
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[3]文立钢，史广宾.浅谈无人机在输电线路巡视方面的应用[J].电子世界，2016（9）：170-170