1导言
随着无人机技术的成熟，无人机在电力巡检过程中拥有广阔的应用前景。目前主要由地面工作人员根据搭载在无人机上的视觉摄像回传的图像、GPS信息等来控制无人机在巡检过程中的飞行及拍摄，但这种巡检方式仍对操作人员有极大的依赖性且工作强度大、效率低，已不能满足我国电力维护、电力监理的需求，因此开发无人机自主飞行的巡检系统已然成为新的趋势。对于现有的输电线路无人机自动巡检技术，在航线规划过程中航点的制作大多需人工输入、过程繁琐，尤其是无人机每个航点的经纬度坐标、高度需要预先逐点依次收集，一旦将出现差错严重影响飞行安全。
2无人机自主飞行技术内容
2.1一键式航线规划
是指在无人机实际飞行作业前，对无人机空中飞行和拍照工作进行精确规划，从而实现安全可靠的无人机自主飞行作业，主要包含两类：通道巡检航线规划。是基于杆塔的GPS信息和杆塔高度等信息实现的，杆塔GPS位置信息和高度信息可从电网系统内部线路信息系统中获取，也可现场通过无人机飞行打点来获取。在通道巡检航线规划中，用户可自动或手动设置通道巡检的宽度、合理的飞行高度和速度、拍照间隔、地面分辨率和航向旁向重叠度等；精细化巡检航线规划。主要是实现杆塔本体巡检自主飞行的航线规划，精细化巡检航线规划方式是基于复飞打点方式来实现的，即通过人工示教的方式来记录航线信息。该模式的无人机需具备高精度的GPS模块或RTK模块，RTK相对于常规GPS定位精度更高，因此RTK无人机人工示教记录的航线更精准。
2.2自主航线飞行
是指基于已规划的航线实现无人机巡检的自动飞行与拍照。大疆无人机提供SDK二次开发的接口，该项目可实现通过大疆SDK的航点任务接口将航线规划的航线任务信息传入到大疆飞行系统数据库中，实际执行任务时无人机从飞行系统数据库中获得航点经纬度和高度，即可按规划好的航点顺序自主飞行和拍照。为保证安全，在实际无人机自主航线飞行过程中巡检人员可随时暂停任务、可随时夺控手动操控无人机以应对各种突发情况。自主航线飞行要求无人机需具备高精度GPS或RTK模块，RTK相对于常规GPS定位精度更高。因为在自主航线飞行时，相比常规GPS无人机RTK无人机飞行精度更高且成果更可靠。
3输电线路无人机自主巡检的实施方案与关键技术
3.1总体方案与流程
第一是管控系统接收巡检任务，根据每个机场气象杆回传的天气信息（温度、湿度、风速以及风向数据），判断当前天气是否具备巡检条件，若为异常天气将闭锁巡检任务执行，否则自动触发常规化巡检。第二是无人机机场进行机场准备，机械手取满电池装到无人机，停机坪上升到安全位置，顶门打开，停机坪上升到上极限，无人机起飞并按照预先设置的航线到达巡检任务区域，在巡检目标区域无人机自主完成巡检任务，并实时回传巡检视频，管控系统监视无人机机场、无人机的运行工况并实时播报巡检视频。巡检完成后，无人机归航到起飞点，机场顶门打开，平台上升到上极限，无人机降落至停机坪，巡检图像上传至管控系统，传输完成后，停机坪下降到安全位，顶门关闭，平台下降到下极限，机械手从无人机取下电池放至充电座。
3.2核心系统方案设计
3.2.1无人机自主精准降落
无人机实现完全的自主化作业，其中需解决的一项关键的技术是“无人机自主精准降落”，只有实现该技术，才能保障无人机的安全回收和循环作业。无人机执行巡检任务后，准备返航，管控系统计算附近的机场位置、机场空闲状态，并返回离无人机最近的机场坐标到无人机机载计算平台，同时通知对应的返航机场就位。无人机以预定的高度和飞行速度飞向返航机场，到达返航机场坐标上空，下降至三十米高度悬停待命。接着，控制可见光相机旋转至正下方角度，机载计算平台的图像识别模块对机场降落标志进行识别，如成功获取降落标志焦点，则继续降落直至降落成功，否则，机载计算平台控制无人机飞往机场预设紧急备降点，管控系统发送信息提醒相关责任人进行处理，因此实际工作中需要引起足够的重视，使其保证各项工作得到顺利的实施。
3.2.2无人机自主巡检管控
3.2.2.1作业全过程实时监视
为保证界面展示信息与当前巡检作业实时同步，系统对命令、数据、视频进行设计，实现了实时交互的机制。机场、巡检无人机以及气象等数据的实时展示是通过Ajax技术从Redis中定时读取实时数据，并对获取到的实时数据进行封装处理，动态展示在web页面中，实时监视机场连接状态、机场命令执行状态、无人机状态、电池电量、气象数据等。
3.2.2.2自主巡检预警闭锁
为保证无人机实时运行安全，管控系统在监视的基础上对无人机可能遭遇的危险源进行识别与预警、闭锁，以避免无人机在不知情或准备不足的情况下遭遇危险，从而最大程度地减轻危害所造成的损失。影响无人机安全运行的要素包括空域划设情况、自然地理条件、天气条件以及其它飞行目标。本系统对执行飞行任务中的无人机进行空域边界预警，依据无人机GPS位置信息，与预警边界坐标范围进行实时比对判断，当无人机未侵入该类空域（如危险区、限制区、禁飞区和净空区），但有侵入该类空域范围的趋势，系统自动预警。系统通过获取巡检区域天气数据，划定危险天气区域，并依据无人机的飞行态势，对无人机即将遭遇的危险天气进行预警，避免其遭遇危险。当出现危险情况预警时，无人机执行预定策略如原路返回、禁止起飞、就地降落。
4结论
总而言之，针对当前输电线路无人机巡检系统过度依赖专业人员操作、巡检精度易受环境影响、远距离遥控可靠性较低等不足，设计基于航线自学习技术的无人机自主巡检方法，通过融合卡尔曼滤波、路点信息的筛选流程和垂距法提高融合线路与原始线路间的相似度；在此基础上，设计了针对不同设备的定位优化方法，从而使得无人机在完成高精度自主巡检的同时，实现了各类输电线路设备的精准定位，对于推动输电线路巡检无人机的智能化、无人化稳定作业提供了有效的解决方案。
参考文献：
[1]李凯,徐梅根,汤国锋,袁炜.架空输电线路无人机远程自主巡检关键技术研究和应用[J].江西电力,2020,44(04):37-40.
[2]梁文勇,吴大伟,谷山强,王海涛,严碧武,刘辉.输电线路多旋翼无人机精细化自主巡检航迹优化方法[J].高电压技术,2020,46(09):3054-3061.
[3]宋旅宁.具有自主导航能力的高压输电线路无人机巡检系统设计[J].科技资讯,2019,17(36):9-11.
[4]彭福先,张玮,祝晓军,罗明,董峰,荣玉.基于激光点云精确定位的输电线路无人机自主巡检系统研究[J].智慧电力,2019,47(07):117-122.
[5]鲁轩,郗来迎,赵赫男,陈凯,郭建祎.基于无人机和图像缺陷识别算法的输电线路巡检系统研究[J].电子设计工程,2019,27(12):147-151+157.
[6]薛阳,张晓宇,杨天宇,陈明超,张茂胜.输电线路走廊自主巡检无人机控制逻辑设计[J].广东电力,2017,30(03):94-99.