無人機電力巡檢小貼士（4）：無人機輸電線路巡視感測器介紹

無人機輸電線路巡視採集的數據有可見光視頻、可見光圖像、紅外圖像/視頻、紫外圖像/視頻、激光點雲，分別來自於數碼攝像機、數碼照相機、紅外熱像儀、紫外成像儀、激光雷達獲取。

可見光視頻

可通過數碼攝像機攝錄獲得，按解析度一般可分為標清或者高清視頻兩種，按信號類型又可分為數字視頻和模擬視頻兩種類型。

可見光圖像

可見光影圖像可通過數碼相機進行遠程遙控或自動程式控制快門曝光拍照獲得，根據對目標可解析度能力的需要，又可分為長焦相機、短焦相機或變焦相機三種。長焦相機一般焦距大於100mm，主要用於對線路本體中的桿塔部件進行成像，以判斷塔頭、絕緣子串、金具、線夾、防震錘等的狀態；短焦相機主要用於沿線路走廊情況如違章建築、塔基狀況、水土流失、線路飄掛物等進行判識；變焦相機可根據對象不同和成像解析度需要遠程控制焦距範圍。由於目前消費型單反、微單數碼相機具有價格便宜、圖像質量高、穩定可靠、維護成本低等優點，已在電力線路巡檢中得到較多應用。變焦相機由於成本較高、控制較為複雜、不能同步進行寬視場搜索和小視場詳查等多方面原因，目前還未在電力線路巡檢中得到廣泛推廣。

紅外熱像儀

紅外圖像／視頻可通過紅外熱像儀攝錄獲得。由於電力系統的各類電力設備和線路在正常運行時，都會產生一定的熱量。隨著設備運行時間的增加，負載的不平衡，某些接點的生鏽腐蝕、接觸不良造成接觸電阻增加、電流過大等，容易導致系統、設備、線路的熱態異常和過熱故障。這些異常部位和故障點都會輻射出比正常狀態更多、更強的紅外能量。

按電力設備結構可將其熱缺陷分為外部熱缺陷和內部熱缺陷。根據長期實驗和大量數據綜合統計，電力設備外部缺陷一般占設備缺陷總檢出數的90%～93%，內部熱缺陷僅佔7%—10%左右。

紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。因此，紅外熱像儀可用來監測電力設備的熱異常狀況並實現故障及隱患的探測。它可以將獲得的目標熱輻射值轉換為絕對溫度值或相對溫度變化值。通過目標的絕對溫度值或相對溫度變化值與正常範圍進行比較，從而可發現故障並進行定位。電力線路巡檢中，紅外熱像儀一般用來發現絕緣予串、金具、導線、線夾接觸點等常見的發熱故障。

紅外熱像儀一般可分為非製冷和製冷型兩種。製冷型紅外熱像儀由於具有內部低溫恆溫機構，可以提高紅外探測器的靈敏度並降低熱雜訊影響，從而可實現更高的溫度測量精度，缺點是重量和體積相對較大。此外，由於紅外熱像儀屬於窄帶光譜輻射測溫系統，使用其進行溫度測量時所測得的物體表面溫度，不是直接測量得到的，而是以測到的輻射能計算出來的。因此，實際測量時，測量精度受被測表面的發射率和反射率、背景輻射、大氣衰減、測量距離、環境溫度等多種因素的影響。

紫外成像儀

紫外視頻可通過紫外成像儀攝錄獲得。

一般來說，電力設備使用的絕緣材料隨著時間的增加會產生老化現象，某些情況下隨著絕緣性能的降低、出現結構缺陷，其所承受的電氣壓力與日俱增，容易產生表面局部放電現象，從而產生電暈或電弧。電暈和表面局部放電過程中，空氣中的電子不斷獲得和釋放能量，而當電子釋放能量時，便會放射出紫外線，這樣便可以利用電暈和表面局部放電的產生和增強間接評估運行設備的絕緣狀況，及時發現絕緣設備的缺陷。利用這個原理，將獲得的紫外視頻或影像進行放電區域提取，可以達到確定線路桿塔、導線放電電暈的位置和強度的目的，從而可以進一步進行異常檢測。

電暈是一種發光的表面局部放電，由於空氣局部高強度電場而產生電離。該過程引起微小的熱量，通常紅外檢測不能發現。紅外檢測通常是在高電阻處產生熱點。紫外成像儀可以看到的現象往往紅外熱像儀不能看到，而紅外熱像儀可以看到的現象往往紫外成像儀不能看到。因此，紫外成像檢測和紅外成像檢測是一種互補性而非衝突性的電力線路巡檢技術。

激光雷達

激光點雲數據可通過激光雷達獲取目標距離、載體位置及姿態數據並進行後處理解算得到。激光雷達主要由激光掃描儀、高精度定位定姿系統(Position and Orientation System，POS)及相應的控制系統等多個部件組成。它通過記錄激光脈衝從發射、經地面目標物反射到接收單元的時間延遲，可精確測定從發射點到地面反射點之間的距離，並通過POS系統獲得載體位置及姿態數據，進而獲得地面反射點的三維坐標，這些掃描點的集合就稱為激光點雲。通過飛行作業，激光雷達系統可以高效、高精度地獲取測量覆蓋區域的三維激光點雲數據。

利用激光點雲可實現輸電線路導線的自動識別，並實現輸電通道環境和安全距離的量測和分析判斷，及時發現線路走廊超高樹木、交叉跨越、違章建築等多種隱患。

電力行業無人機應用專家

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