输电线路三跨区段智能巡检系统无人机检测系统设计

输电线路三跨区段智能巡检系统无人机检测系统设计
前言：本课题通过对目前输电线路三跨的政策研究及处理方案分析，通过在多旋翼无人机上
研制图像测量设备与软件实现对三跨区域输电线路进行测量分析，便捷、高效对输电线路重
要参数进行测量，为研判“三跨”区域输电线路存在的隐患缺陷提供客观数据支撑，提高广西
无人机巡检的智能化、精细化应用水平，有效提高广西电网百色网区对“三跨”区域输电线路
巡检的效率。

1、背景：
2016年国家电网公司印发了关于“架空输电线路三跨重大反事故措施”的文件。

对架空输电线路跨越高速铁路、高速公路和重要输电线路区段（“三跨”）保障公共安全和电网安全提高到
一个新的高度。

为防止“三跨”发生倒塔、断线、掉串等事故，防止发生因“三跨”导致较大的
公共安全和电网安全事件，对“三跨”区域电力设备的设计与建设提出明确的指标要求，对“三跨”区域输电线路的运检管理提出了具体方案。

目前，南方电网对“三跨”区域输电线路是否存在安全隐患的方法是频繁、大工作量调动人员
对“三跨”区域输电线路进行目视检查，或采用地面测量仪器对“三跨”区段进行测量检查，通
常采用经纬仪、全站仪、超声波测距仪、激光测距仪等技术，这些方法在地面实地测量及事
后计算工作量较大。

在有些输电线路“三跨”区域安装了在线监测系统，通过无线传输方式，
对输电线路通道环境、温度、湿度、风速、风向、泄漏电流、覆冰、导线温度、风偏、弧垂、舞动、绝缘子污秽、周围施工情况（视频图像）、杆塔倾斜等参数进行实时监测，提供线路
异常状况的预警。

这种在线监测系统受供电设备的限制，其可靠性较差，系统维护成本较高。

有时需要对输电线路部件进行精细化检测，采用将“三跨”区域输电线路停电进行金具探伤检查。

造成对“三跨”区域输电线路巡检强度的增大。

当前无人机在南方电网各个电压等级线路都进行了广泛的应用，采用无人机上安装倾斜相机、激光雷达三维扫描仪、双目测量设备是一种新技术、新方法，优点在于其效率较高、便捷，
测量结果便于存档和追索。

值得进一步深入研究，来提高对“三跨”区域输电线路巡检的效率。

2、主要课题研究内容：
项目实现的目标是在多旋翼无人机上安装测量设备，实现“三跨”区域输电线路关键参数的测量，为线路可能存在的安全隐患提供客观的研判依据。

通过研究依据测量的“三跨”区域输电线路关键参数，研判输电线路可能存在的安全隐患；通
过研制图像测量设备与软件实现对三跨区域输电线路进行测量分析，便捷、高效对线路参数
进行测量，进而为研判“三跨”区域输电线路存在的隐患缺陷提供客观数据支撑，提高无人机
巡检的智能化水平，有效提高对“三跨”区域输电线路巡检的效率。

在无人机巡检时，同步采集两路图像数据，通过两路图像数据分析，实现对输电线路部件的
测量。

双目立体视觉系统一般由双摄像机从不同角度同时获得被测物的两幅数字图像，或由
单摄像机在不同时刻从不同角度获得被测物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体的
三维几何信息，重建物体三维轮廓及位置。

为了能够对目标进行测量，首先对深度图像进行处理来实现比较稠密的深度图，然后找出深
度图的轮廓，利用这个方法，可以对远近的物体进行分类，然后根据深度图像的轮廓完成对
空间目标的测量。

2.1主要实现的测量是：杆塔倾斜角的测量、转角杆转角的测量、跨越物档距的测量、交叉
点净距的测量、跨越物距离最近杆塔的距离测量；导线覆冰厚度的测量、耐张线夹宽度的测量。

进而研判“三跨区域”输电线路存在的安全隐患。

2.1.1 直线塔结构倾斜的测量
对杆塔整体图像做分析判定其倾斜。

第一阶段：在线检测的基础上，将杆塔的直线边缘整合
作为特征量；第二阶段：建立杆塔内部线条、主轮廓、横担以及导线的知识模型，以此来作
为特征量推理指导杆塔的识别；第三阶段：以主轮廓作为特征量，根据主轮廓的数量和收敛
中心将图像分为倾斜和折腰两类进行分析。

2.1.2转角杆转角的测量
在杆塔正上方飞行或悬停，将相机调整倒垂直拍摄地面，大号侧与小号侧正投影到相机成像面上，通过识别大号侧导线组与小号侧导线，并计算导线之间的夹角，即测量转角角度。

2.1.3跨越物档距的测量，交叉点净距的测量、跨越物距离最近杆塔的距离测量
跨越物在两杆塔之间，从一杆塔正侧面上方飞行无人机，沿着导线飞行，将导线与地面均拍
摄到画面，将两两杆塔拼接为全景图像，双目测量跨越物档距的长度，交叉点净距的高度；
跨越物距离最近杆塔的距离。

将无人机飞行到跨越物正上方，将相机调整倒垂直拍摄地面，通过小孔成像原理，测量跨越物大小，识别跨越物与导线之间的关系，进而测量跨越物的长度，将无人机悬停在跨越物与
最近杆塔之间，调整飞行高度，将跨越物与杆塔同时拍摄在一幅画面内，垂直正投影拍摄，
识别导线与跨越物端点，识别导线与杆塔之间的端点，计算两端点之间的直线距离，基于理
论上导线的悬垂弧度，进而修正导线实际长度。

2.1.4导线与耐张线夹宽度的测量
从杆塔正侧面拍摄导线与耐张线夹，识别出导线与耐张线夹所在位置，采用双目图像获得的
深度图，计算出导线与耐张线夹的宽度。

2.1.5交叉点净距测量
利用无人机立体双目从侧面对电力线进行测量，让电力线及其下方的建筑物、树木等都出现
在双目图像匹配对中。

首先在图像中找出建筑物、或者树木的最高点，并进行标记，记为A，然后在图像中找出距离A点最近的电力线上的点，这里记为B。

根据双目测量原理，
3、软件设计：
输电线路管理软件实现三部分功能：
对每条线路每段“三跨”区域巡检图像建立巡检工程，记录其巡检时间、巡检区段、巡检图像，便于查询等；
导入每次巡检采集的双目图像，进行测量分析，主要测量：直线杆塔结构倾斜角；耐张杆塔
转角；导线与耐张线夹宽度；跨越物档距，交叉点净距、跨越物距离最近杆塔的距离参数；
汇总每个“三跨”区段的测量参数，分析研判每段“三跨”区域可能存在的安全隐患；
无人机采集线路的图像大部分内容是背景区域，这些背景是对线路监理无用的区域。

希望能
快速定位到线路部件,进行局部细节的快速浏览。

通过对杆塔结构区域的识别定位到杆塔钢材的连接区域；通过对绝缘子的识别定位到绝缘子
两端区域，一端是与杆塔相连的区域。

另一端是与导线相连接的区域，其该端点区域包含均
压环、连接线夹等关键部件，是线路发生故障的关键区域。

通过定位这些部件区域，实现全
局图像与部件局部细节图像之间的快速转换，实现高效监理线路的目的。

课题结合输电线路缺陷巡检技术的历史水平、研究现状、技术能力与发展趋势，提出了输电
线路无人机智能巡检，并提出基于标志物图像测距的算法，成功实现无人机自主避障，可以
通过图像测距的方法为无人机提供一种避障的方法，实现三跨区段的智能检测。

针对设备运维提出的新需求，提出智能化的设备运维技术，构建具有信息化、可视化和智能
化的设备运维系统，满足未来电网设备更高的安全运维要求。

将无人机技术、输电线路缺陷智能检测技术应用到输电线路巡检业务中，将大大提高对输电
线路维护的效率、改变传统的巡检模式。

将无人机测量技术应用到输电线路巡检中，做到对
电网的智能化管理，必将进一步减少了劳动强度，提高工作效率，为保证电网的安全可靠运
行提供了保障。

对输电线路的巡检更加智能化、数字化、规范化，产生的间接经济效益巨大，必将推动我国电网运营水平迈向新的台阶。

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