The methodology for unmanned aerial vehicle trajectory forming for the autonomous gathering of visual data on electric powerline defects in infrared and ultraviolet spectra
Authors: Астапова М.А. , Лебедев И.В. , Уздяев М.Ю. 
Published: July 2024

Нагрев элементов линий электропередач (ЛЭП) и коронные разряды, возникающие на токопроводящих элементах ЛЭП, являются серьезными проблемами, которые могут привести к отказам в энергетической системе. Выявление данных повреждений требует специализированного оборудования, позволяющего получать изображения в инфракрасном (ИК) спектре для обнаружения нагрева и в ультрафиолетовом (УФ) спектре для обнаружения коронного разряда. Использование автономных беспилотных летательных аппаратов (БпЛА), оборудованных специализированными средствами съемки, позволяет автоматизировать процесс инспекции обозначенных повреждений. При этом траектория автономного движения БпЛА должна строиться с учетом пространственно-геометрических особенностей инспектируемых ЛЭП, а также требований к выборке изображений, получаемой в ходе инспекции повреждений ЛЭП. Однако вопросы построения траекторий движения с учетом обозначенных требований остаются во многом не проработаны. В рамках данного исследования предлагается новая методика построения траекторий движения БпЛА, отличающаяся формированием параметров траектории с учетом конструкционных ЛЭП (пространственное расположение и геометрические характеристики башен ЛЭП, и ключевых элементов (КЭ) ЛЭП), и требований к собираемым данным (наличие повреждений в кадре, репрезентативность объектов, унифицированность представленных объектов). Для проверки методики в среде трехмерного моделирования Blender была выполнена симуляция автономной инспекции нагрева проводов и коронного разряда у трех видов ЛЭП посредством автономного БпЛА. В результате была собрана выборка изображений в ИК, и УФ спектрах, состоящая из 1300 изображений, на которых представлено 1376 уникальных ракурсов 17 симулированных повреждений, унифицированных для каждого типа ЛЭП, что свидетельствует о перспективе данной методики для построения траекторий автономного полета БпЛА с целью сбора репрезентативных выборок данных о повреждениях ЛЭП в УФ и ИК спектрах.

Powerline element heat and corona discharge occurring in current conducting elements are significant problems that may cause serious faults in energetic systems. These defects require special equipment that makes it possible to obtain images in infrared (IR) and ultraviolet (UV) spectra for heat and corona discharge detection, respectively. The use of autonomous unmanned aerial vehicles (UAV) equipped with the appropriate cameras provide automation of such defect detection. Concurrently, the trajectory of the autonomous UAV should be formed according to the spatio-geometric features of the inspected power lines and the requirements for the image sample obtained during the inspection of the damaged powerline. However, the issues related to forming UAV trajectory consistent with the specified requirements have not been properly explored. As part of this research, a new method for UAV trajectory forming is presented. The method is characterized by forming the trajectory according to the spatio-geometric features of the inspected powerlines with its key components and the requirements for the collected data (the presence of damage in the image, object representativeness, unification of the represented objects). The method was tested in the Blender 3D modeling environment by simulation of the autonomous wire heating and corona discharge inspection in three powerline types. As a result, a sample of IR and UV spectra images was collected. The sample consists of 1300 images, which represents 1376 unique angles of 17 cases of simulated damage, which indicates the viability of this technique for constructing UAV autonomous flight trajectories in order to collect representative sample data on powerline damage in UV and IR spectra.