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【摘 要】无人机具有作业空间受限小，成本相对较低，作业灵活且风险较低等优势，具有十分广阔的发展前景。在公共安全监控领域，相比于传统固定监控摄像头，无人机运动灵活，更容易持续锁定跟踪目标。同时可以自由的切换采集图像的角度和距离，获得比传统相机更加丰富的信息。因此搭载高清相机的无人机作为一种图像采集设备，在巡航监控上的可应用性逐渐引起人们的重视。本文在此基础上主要研究了基于无人机线路巡视的二次开发应用的相关内容，仅供参考。
【关键词】无人机；线路巡视；二次开发；应用研究
1引言
我国电力行业的不断发展促使无人机在输电线路巡视工作中也得到了广泛的应用，并且使巡视的全面性跟准确性得到进一步的提升。因此各电力企业还需要加强无人机技术在输电线路巡视工作中的利用效率，借此来提高输电线路的运行稳定性，来给人们提供更加优质的电力服务，并促进我国的电力行业得到更进一步的发展。
2无人机的概述
目前主要应用于配电线路巡检的无人机机型有固定翼无人机、无人直升机以及多悬翼无人机。固定翼无人机荷载大，飞行速度快，续航时间长，但是不能进行悬停，该机型一般用于配电线路走廊的整体普查，及时发现线路走廊内违章建筑和高大树木，以及用于灾后应急评估，可为救灾抢险提供第一手的现场资料。无人机直升机能够定点起飞和降落，并且可以进行空中悬停，但是速度不如固定翼无人机，续航时间较短，不适合长距离巡线，而且成本较高，飞行操作较为困难。多旋翼无人机飞行机动灵活、操作简单、悬停稳定性高，抵御阵风能力强，可以对线路杆塔、绝缘子串、金具等设备进行图像信息采集，取得图像或视频供技术人员进行分析，也可在线路大型检修作业前进行勘测，提前检查设备状况，便于检修方案的制定。无人机需具备GPS导航控制功能、地理匹配功能、线路以及杆塔跟踪控制功能，未来无人机线路巡视的发展方向是自动化和智能化的。无人机在开展巡查作业过程中需能够保持稳定飞行，或能够在安装可视红外摄像系统、携带可摄像云台等情况下保持平稳的飞行状态，进而保证能够高分辨率拍摄地面杆塔航空影像。无人机需能在作业过程中快速生成线路、杆塔、绝缘子、环境等高清可视红外影像，以便开展线路及设备准确分析。如果能够具备线路故障识别摄像技术，将达到更加理想的巡查效果。
3目前线路巡视情况
架空线路一般分为定期巡视、特殊巡视、夜间巡视、故障巡视及监察性巡视。定期巡视指由线路运行班组巡视员进行，掌握线路的运行状况及沿线环境情况，110-220KV线路每月至少一次。特殊巡视是在天气恶劣（如台风、暴雨等）、河水泛滥、火灾、线路过负荷、外力影响、异常运行或其他特殊情况下，对线路的全部或部分进行检查。夜间巡视是指在高峰负荷或阴雾天气时进行，检查导线、开关链接点发热及绝缘子表面有无闪络放电现象，故事发生后及时执行。负荷重或污秽较大地区，每半年不少于一次，重要线路和随机抽查的线路每年至少一次。故障巡视指在线路发生故障后，查明线路发生故障的地点和原因，有急修班或抢修班人员负责进行。按调度或值班室通知进行故障线路巡视。断路器跳闸后，无论重合是否成功都有安排故障巡视。监察性巡视是指有生产运行部门领导和线路专门负责人员负责进行，目的是了解线路及设备运行状况，检查指导巡线员工作。重要线路和发生故障比较多的线路，每年至少一次。目前的线路巡视中，线路巡视员依然是工作的主体。由于线路长、范围广，地形、地貌的分布不同，给巡查带来很多难度，经公司领导沟通协商决定购置无人机对线路进行巡视，已减轻线路巡视员的工作负担。
4基于无人机线路巡视的二次开发应用研究
4.1开发概况
基于无人机巡视的线路信息采集识别的二次开发包含移动终端操作系统研究与开发及PC后台信息综合管理系统研究与开发两部分。其中，移动终端操作系统主要实现无人机巡线任务查询、到岗签到、巡线数据采集及回传等功能；而PC端后台信息综合管理系统则主要实现对无人机的巡视轨迹进行跟踪，对采集的信息（特别是图像）自动识别，并对无人机GPS地理信息及图像进行分类，同时实现与相对应的线路、杆塔及其上的设备相关联等功能。此外，巡检人员还可在后台删减图像等信息，添加缺陷文字记录，完成审核、消缺登记等操作。基于无人机巡视的线路信息采集识别的二次开发平台的研究与开发概况如图1所示。
4.2无人机的硬件设计
无人机由电机、桨叶、电池、主控MCU、电机驱动、气压计、电子罗盘、蓝牙透传模块、USB转串口芯片、锂电池充电管理、遥杆电位器以及陶瓷天线组成。电机为有刷空心杯电机，中心轴直径1mm。桨叶直径为75mm桨叶，桨叶中心孔直径为1mm，正好配中心轴直径为1mm的720电机。电池为650mAh，3.7V，25C航模电池。主控芯片为STM32F103T8U6，包括复位电路，外部时钟电路，启动模式选择电路，电源退偶电路等。电机驱动为SI2302，N沟道增强型MOS，导通电阻82mΩ。气压计为MS5611，10cm精度气压计。电子罗盘为HMC5883L。蓝牙透传模块为HM-06，硬件焊盘上相容蓝牙2.1和蓝牙4.0BLE技术。USB转串口芯片为cp2102USB转串口芯片，用于主机与单片机之间的数据转换及传递，进行参数调试。锂电池充电管理采用了型号为LTC4054的锂电池，原因在于其电路简单方便研究使用。其充电电流最大可达600mA。陀螺仪使用MPU6050。MPU6050内部集成的处理单元，可以直接运算出四元数和姿态，而不再需要另外进行数学运算。MPU6050的使用大大简化了代码设计。其并不光作为传感器而存在，硬件内部还包含了可以独立完成姿态解算的运算单元。可以说，繁杂的算法将直接在MPU6050完成，大大节省了单片机的运行压力。经过运算之后，就可以得到姿态四元数，程序继续运行，公式处理之后就得到了无人机实时姿态。
4.3操作系统研究与开发
4.3.1移动终端操作系统研究
无人机线路巡视地面操控人员通过登录基于智能手机或平板电脑的移动终端系统查看巡线任务，选择巡线任务，并完成下载后根据任务详情开始巡线作业。在无人机到达作业点时完成电子到岗签到，以杆塔为单位根据标准作业卡项目任务完成相应巡线操作及作业卡填报，发现线路缺陷时完成系统在线风险点登记等。移动终端所采集到的信息将实时回传至PC后台。
4.3.2PC后台信息综合管理系统研究
PC后台信息综合管理系统可对无人机的巡视轨迹进行跟踪，对采集的信息（特别是图像）自动识别，并对无人机GPS地理信息及图像进行自动分类，同时与相对应的线路、杆塔及其上的设备进行自动关联。管理人员还可在后台删减图像信息，添加缺陷文字记录，完成审核、消缺登记等操作。同时对无人机巡视任务进行分级、分类管理。
5结束语
本文根据实际需要对基于无人机巡视的线路信息采集识别的二次开发平台这一新的信息技术管理平台进行了研究，解决了无人机进行线路巡线时存在的信息采集无法自动识别和分类等问题，在管理上、技术上及应用实施上都充分发挥了无人机线路巡检的作用和优势。本系统的开发设计将在实际应用中进行检验，并在向各电力公司进行的项目推广中根据用户需求做进一步的完善，使本系统平台技术更加成熟，功能更加完备与人性化。
参考文献：
[1]王金城，陈清江.输电线路无人机超视距巡视智能操控系统研发与应用[J].科技视界，2018，32：5-8.
[2]王鹏，李军锋，熊山，黄成云，肖叶枝.基于无人机的大范围内长距离配网线路智能巡检研究[J].科技通报，2018，3410：149-153.
[3]李军锋，王鹏，刘晓，曾钰，赵永强.復杂干扰下配电线路无人机巡视目标检测方法[J].科学技术与工程，2018，1816：231-236.
（作者单位：国网太原供电公司）
【关键词】无人机；线路巡视；二次开发；应用研究
1引言
我国电力行业的不断发展促使无人机在输电线路巡视工作中也得到了广泛的应用，并且使巡视的全面性跟准确性得到进一步的提升。因此各电力企业还需要加强无人机技术在输电线路巡视工作中的利用效率，借此来提高输电线路的运行稳定性，来给人们提供更加优质的电力服务，并促进我国的电力行业得到更进一步的发展。
2无人机的概述
目前主要应用于配电线路巡检的无人机机型有固定翼无人机、无人直升机以及多悬翼无人机。固定翼无人机荷载大，飞行速度快，续航时间长，但是不能进行悬停，该机型一般用于配电线路走廊的整体普查，及时发现线路走廊内违章建筑和高大树木，以及用于灾后应急评估，可为救灾抢险提供第一手的现场资料。无人机直升机能够定点起飞和降落，并且可以进行空中悬停，但是速度不如固定翼无人机，续航时间较短，不适合长距离巡线，而且成本较高，飞行操作较为困难。多旋翼无人机飞行机动灵活、操作简单、悬停稳定性高，抵御阵风能力强，可以对线路杆塔、绝缘子串、金具等设备进行图像信息采集，取得图像或视频供技术人员进行分析，也可在线路大型检修作业前进行勘测，提前检查设备状况，便于检修方案的制定。无人机需具备GPS导航控制功能、地理匹配功能、线路以及杆塔跟踪控制功能，未来无人机线路巡视的发展方向是自动化和智能化的。无人机在开展巡查作业过程中需能够保持稳定飞行，或能够在安装可视红外摄像系统、携带可摄像云台等情况下保持平稳的飞行状态，进而保证能够高分辨率拍摄地面杆塔航空影像。无人机需能在作业过程中快速生成线路、杆塔、绝缘子、环境等高清可视红外影像，以便开展线路及设备准确分析。如果能够具备线路故障识别摄像技术，将达到更加理想的巡查效果。
3目前线路巡视情况
架空线路一般分为定期巡视、特殊巡视、夜间巡视、故障巡视及监察性巡视。定期巡视指由线路运行班组巡视员进行，掌握线路的运行状况及沿线环境情况，110-220KV线路每月至少一次。特殊巡视是在天气恶劣（如台风、暴雨等）、河水泛滥、火灾、线路过负荷、外力影响、异常运行或其他特殊情况下，对线路的全部或部分进行检查。夜间巡视是指在高峰负荷或阴雾天气时进行，检查导线、开关链接点发热及绝缘子表面有无闪络放电现象，故事发生后及时执行。负荷重或污秽较大地区，每半年不少于一次，重要线路和随机抽查的线路每年至少一次。故障巡视指在线路发生故障后，查明线路发生故障的地点和原因，有急修班或抢修班人员负责进行。按调度或值班室通知进行故障线路巡视。断路器跳闸后，无论重合是否成功都有安排故障巡视。监察性巡视是指有生产运行部门领导和线路专门负责人员负责进行，目的是了解线路及设备运行状况，检查指导巡线员工作。重要线路和发生故障比较多的线路，每年至少一次。目前的线路巡视中，线路巡视员依然是工作的主体。由于线路长、范围广，地形、地貌的分布不同，给巡查带来很多难度，经公司领导沟通协商决定购置无人机对线路进行巡视，已减轻线路巡视员的工作负担。
4基于无人机线路巡视的二次开发应用研究
4.1开发概况
基于无人机巡视的线路信息采集识别的二次开发包含移动终端操作系统研究与开发及PC后台信息综合管理系统研究与开发两部分。其中，移动终端操作系统主要实现无人机巡线任务查询、到岗签到、巡线数据采集及回传等功能；而PC端后台信息综合管理系统则主要实现对无人机的巡视轨迹进行跟踪，对采集的信息（特别是图像）自动识别，并对无人机GPS地理信息及图像进行分类，同时实现与相对应的线路、杆塔及其上的设备相关联等功能。此外，巡检人员还可在后台删减图像等信息，添加缺陷文字记录，完成审核、消缺登记等操作。基于无人机巡视的线路信息采集识别的二次开发平台的研究与开发概况如图1所示。
4.2无人机的硬件设计
无人机由电机、桨叶、电池、主控MCU、电机驱动、气压计、电子罗盘、蓝牙透传模块、USB转串口芯片、锂电池充电管理、遥杆电位器以及陶瓷天线组成。电机为有刷空心杯电机，中心轴直径1mm。桨叶直径为75mm桨叶，桨叶中心孔直径为1mm，正好配中心轴直径为1mm的720电机。电池为650mAh，3.7V，25C航模电池。主控芯片为STM32F103T8U6，包括复位电路，外部时钟电路，启动模式选择电路，电源退偶电路等。电机驱动为SI2302，N沟道增强型MOS，导通电阻82mΩ。气压计为MS5611，10cm精度气压计。电子罗盘为HMC5883L。蓝牙透传模块为HM-06，硬件焊盘上相容蓝牙2.1和蓝牙4.0BLE技术。USB转串口芯片为cp2102USB转串口芯片，用于主机与单片机之间的数据转换及传递，进行参数调试。锂电池充电管理采用了型号为LTC4054的锂电池，原因在于其电路简单方便研究使用。其充电电流最大可达600mA。陀螺仪使用MPU6050。MPU6050内部集成的处理单元，可以直接运算出四元数和姿态，而不再需要另外进行数学运算。MPU6050的使用大大简化了代码设计。其并不光作为传感器而存在，硬件内部还包含了可以独立完成姿态解算的运算单元。可以说，繁杂的算法将直接在MPU6050完成，大大节省了单片机的运行压力。经过运算之后，就可以得到姿态四元数，程序继续运行，公式处理之后就得到了无人机实时姿态。
4.3操作系统研究与开发
4.3.1移动终端操作系统研究
无人机线路巡视地面操控人员通过登录基于智能手机或平板电脑的移动终端系统查看巡线任务，选择巡线任务，并完成下载后根据任务详情开始巡线作业。在无人机到达作业点时完成电子到岗签到，以杆塔为单位根据标准作业卡项目任务完成相应巡线操作及作业卡填报，发现线路缺陷时完成系统在线风险点登记等。移动终端所采集到的信息将实时回传至PC后台。
4.3.2PC后台信息综合管理系统研究
PC后台信息综合管理系统可对无人机的巡视轨迹进行跟踪，对采集的信息（特别是图像）自动识别，并对无人机GPS地理信息及图像进行自动分类，同时与相对应的线路、杆塔及其上的设备进行自动关联。管理人员还可在后台删减图像信息，添加缺陷文字记录，完成审核、消缺登记等操作。同时对无人机巡视任务进行分级、分类管理。
5结束语
本文根据实际需要对基于无人机巡视的线路信息采集识别的二次开发平台这一新的信息技术管理平台进行了研究，解决了无人机进行线路巡线时存在的信息采集无法自动识别和分类等问题，在管理上、技术上及应用实施上都充分发挥了无人机线路巡检的作用和优势。本系统的开发设计将在实际应用中进行检验，并在向各电力公司进行的项目推广中根据用户需求做进一步的完善，使本系统平台技术更加成熟，功能更加完备与人性化。
参考文献：
[1]王金城，陈清江.输电线路无人机超视距巡视智能操控系统研发与应用[J].科技视界，2018，32：5-8.
[2]王鹏，李军锋，熊山，黄成云，肖叶枝.基于无人机的大范围内长距离配网线路智能巡检研究[J].科技通报，2018，3410：149-153.
[3]李军锋，王鹏，刘晓，曾钰，赵永强.復杂干扰下配电线路无人机巡视目标检测方法[J].科学技术与工程，2018，1816：231-236.
（作者单位：国网太原供电公司）