无人机红外影像技术在配电网巡检中的有效运用思考

无人机红外影像技术在配电网巡检中的有效运用思考

曾煜智

云南电网有限责任公司昆明安宁供电局，云南安宁 650300

摘要：近年来，由于我国电网建设的快速发展，用电量的需求不断增加，但与世界先进水平仍有一定的距离。红外测温技术的应用能够及时检测出设备的外部温度和内部的绝缘状况，同时还可以作为一种检测装置运行状况的新手段。为了降低操作的危险性，克服手工操作中的缺陷，需要对无人机的红外影像设备进行监控。电网是保障国民经济持续健康发展的重要力量，电网的运行巡检将有助于电网发挥其促进经济发展的作用。本文从配电网巡检的角度出发，从无人机红外影像系统的模快和实际操作两个角度出发，对该系统的应用进行了探讨。

关键词：配电网；无人机；红外影像技术

前言

在国内利用无人机进行的红外影像技术应用已有明显的效果，尤其是配电网的巡检，从中获益良多。采用先进的红外线影像技术，配合高机动、高速度、高可用性的无人机巡检，为配电网的安全和可靠提供了很好的保证。对这种技术在配电系统中的运用进行深入的研究，是今后配电网络巡检工作的一个主要发展趋势。

1　无人机红外影像系统分析

1.1　影像采集

ARM11是无人机红外影像系统的核心模块，采用Wince6.o实现了对影像的全面、快速的获取【1】。其中包括了红外热像仪、激光器等，综合运用多种设备，可以有效地获取靶区的数据。针对收集到的数据，可以进行智能化的集成和分析，考虑到数据类型如 POS数据、流数据等，采用 GPS的时间作为统一的数据处理方法。

1.2　GPS导航

常见的两类导航模块有 VCP和 NMEA。VCP串口采用流驱动方式进行数据传送；NMEA能够获取区域坐标、位移、时间等数据，实现对 GPS的定位和导航。

1.3　红外热像仪

这种设备具有一种能够接收[0.5到800]范围内的电磁波的成像功能，同时通过内部的电子器件来实现光电和电能的转化，并将其显示在显示屏上。这台仪器问世已经有200多年了，市面上的红外线影像仪器品种繁多，购买时要考虑到它的功能、应用范围和重量，还要考虑到无人机上的红外线影像系统。

尽管目前市面上的红外热影像机种类很多，但是它们的基本结构都是相同的。总体来说，这一体系由五个主要方面构成。第一种是红外线光学，可以改善敏感表面的光照，增强对外部光的感应，从而增强对信息的收集；第二，光学机械扫描仪，能够高效、连续地拍摄到靶材，并能随着距离的改变而调节视野，从而确保影像的一致性和稳定性；第三，红外线检波器，它是一种非常关键的元件，它能够对收集到的资料进行处理，并能够协助观察区的工作【2】。此外，它还可以把光学信号转化成电子信号，并加以储存；第四，制冷设备，由于使用时产生的热量噪音很大，对拍摄清晰的影像不利，安装制冷设备可以有效地抑制噪音，改善影像效果；五是影像输出设备，该设备可以实现影像信息的可视性，方便工作人员的工作。

1.4  安全巡检及智能诊断

1.4.1 基于激光扫描的电力线路安全诊断

从大量分散的雷射点云中提取出电源线的向量信息，并将其应用到电网的安全测距中，是实现电网实时巡检的重要技术。在激光扫描探测中，可自动采集电网线激光点云，建立精确的电力线矢量模式，并对超限区目标发出安全警告。

1.4.2 基于可见光及红、紫外的线路安全诊断

由于技术上的限制，早期的无人机续航时间和运载能力都比较受限，导致了数据收集系统的性能受限。近几年，由于各方面技术的进步，无人机巡检工作的职能越来越多元化，可以很好地适应用户对各种资料的要求。本文根据无人机巡检过程中环境的复杂性，提出了一种基于红外、紫外和可见光数据的检测技术。针对红外热影像，采用了一种基于运动的帧间差分法来克服背景热源对设备热点的影响，从而在复杂环境中对雷达设备进行实时巡检。针对 UV视频资料，本文采用了一种利用斑点聚类法进行高放电几率区的自动提取技术来探测装置中的非正常放电点。

2 飞行动态状态下红外影像优化

红外辐照在自然界中会持续地产生，其原因是因为物质中的分子在进行热量的流动，其表面的温度要比0℃以上，通过红外传感器可以根据目标能量与温度的关系展开能量分析，并通过测量的温度来表达被捕获的热量，从而获得更好的影像效果。

目前电网常用的装置中，许多装置的故障都是通过运行中的温度不正常现象来体现的，从客观上讲，通过这一手段可以直观地反应出设备的故障状况。

由于在电力设备发生故障前，其主要部件的温度发生了很大的改变，所以必须对电力设备的故障进行及时的检测，从而确定其故障的种类【3】。并在此基础上，将红外信号与故障信号相联系，并根据其红外特性的改变来采集设备的失效情况。一般来说，不同的仪器，其表面的热量都不一样，但大部分都是均匀的，而那些有问题的，却会因为热量的聚集而聚集，而且红外线的辐照也会发生非均质性的变化，通过红外影像技术，可以将辐照的改变转化为具有向量像素的热敏影像，通过对该热图所描绘的热量特性进行分析，从而得出正确的判别装置的缺陷种类。

3　无人机红外影像技术应用

3.1　基于红外影像信息

虽然红外影像系统的基本结构基本一致，但是在应用范围、区域、影像效果等方面存在一些微小的差别。本文以Mac-3000红外热影像系统为例，对其在数据收集中的运用进行了探讨。更详细地说，德国生产的Mac-3000红外热像仪，它是一种以导电层为基础的互连结构，它能使红外线影像镜面出现具有突变的凸面结构，并包含势阱、势垒。在采用红外影像技术的时候，可以根据所获取的信息将目标区的影像映射到聚焦阵中，并含有与视野内的信息相匹配的高密度探测数据。再配合红外线探测仪，可以将整个区域的热量都收集起来，并通过系统的智能化分析，将所有的热量都转化为电信号。然后通过聚焦阵对电信号进行识别和分解，按照某种规则将其进行组合，从而将其转化为一幅影像，也就是所谓的红外线影像【4】。

3.2　基于系统控制分析

在利用无人机的红外影像技术获取地区配网信息的基础上，对其进行综合、系统的数据进行全面的分析处理，并将这些数据及时的传递给地面站，方便工作人员的工作。特别是地面观测站可以有效地对无人机进行遥控，增强其安全性能。

4 无人机在配电巡检中的发展前景

未来，将会在配电巡视中推广应用无人机技术，以达到对全部输电线路的巡检，从而达到对电网运行的全面监控。而且随着技术的进步，未来的人工智能将会融入到无人机的各个方面，让它们能够进行更多的智能操控，能够更好地集成空中区域，更好的适应环境，强化联合指挥和协调。采用智能算法对采集的语音、文字和影像进行智能化、高效、精确的处理，实现智能和无人机协同发展的目的【5】。而且随着科技水平的进步，无人机的运行费用也会逐渐下降，推广到更广泛的应用领域，比如对整个线路进行日常巡检，从而保障电网的安全。

5 结语

配电网的安全与稳定是保障供电公司和人们群众正常生活的关键，因此，必须加强配电网的巡检，及时地找到潜在的危险源，才能防止事故的产生。无人机红外影像技术能够快速、高效、准确的摄影，为电网的运行提供了丰富、详实的数据，为今后的维护工作提供了有力的支撑。为此，应根据现场工作要求，对技术进行持续的改进，以保证在配电网巡检中更好地应用于无人机的红外影像。

参考文献：

[1]彭向阳，陈驰，饶章权.基于无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断[J].高电压技术，2015，（1）：159-166.

[2]杨杰，邵帅，王凯.多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用局限及发展前景[J].电力与能源，2018（2）：173-176.

[3]何桂麟.关于配电网架空线中无人机巡检应用探讨[J].科技创新与应用，2018（14）：153-154.

[4]邓寒，俞发强，谢志鹏.新型无人机多用悬挂接头在输电线路巡检中的应用[J].科技创新导报，2018（07）：191-193.

[5]周世祺，雷博.无人机技术在县域配网巡检中的应用[J].中国电力企业管理，2018（17）：50-51.