一種輸電線路無人機“巢
------巢”巡檢新模式

（國網(wǎng)江西省電力有限公司贛西供電分公司，江西新余 338025）

0 引言

架空輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，而架空輸電線路巡視又是線路運維工作的重點。巡視的頻度、準(zhǔn)確率越高，成果越及時全面，線路設(shè)備管控水平就會越高，這也是輸電運檢工作精益化管理的要求和行業(yè)發(fā)展方向。

目前輸電線路巡視已由以往單純的依靠人工地面巡視，發(fā)展成為了無人機+人工+直升機的協(xié)同立體巡檢模式。雖然巡視的效率有了提高，但是無人機巡視仍然存在著一些不足，制約著輸電線路巡視向自主化、智能化方向發(fā)展。

1 目前的無人機巡檢模式

以國網(wǎng)江西省電力有限公司贛西供電分公司為例，目前的無人機巡檢模式主要以無人機智能操控終端APP為平臺，在飛行的過程中按照設(shè)定的高程、拍攝角度、拍攝頻率對輸電線路設(shè)備、通道進行持續(xù)拍攝。智能操控終端APP主要功能模塊有通道巡視、樹障巡視、快速測繪和全景采集等。

首先作業(yè)人員根據(jù)線路長度規(guī)劃好線路的若干個作業(yè)點，然后通過乘坐車輛到達作業(yè)點，釋放無人機進行作業(yè)。無人機作業(yè)完成后手動控制降落，前往下一個作業(yè)流程。

現(xiàn)場巡視完成后，作業(yè)人員需對無人機拍攝回來的照片進行人工整理分析處理，然后形成巡視報告發(fā)送至相關(guān)人員。

2 現(xiàn)有無人機巡檢模式的不足

從現(xiàn)場飛行至人工數(shù)據(jù)處理，目前的無人機巡視模式依然存在以下不足：

1）無人機巡線方案不夠智慧，飛機起降、數(shù)據(jù)拷貝、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)還需要人工干預(yù)，耗費大量人力。

2）無人機作業(yè)路途及轉(zhuǎn)場耗時耗力，每天車旅時間就占工作時間約3/8；

3）寒冬酷暑期間，輸電人員依然需要在野外艱苦開展機巡作業(yè)；

4）數(shù)據(jù)處理及時性、準(zhǔn)確性還不夠，尤其在特殊天氣、特殊時期例如鳥害高發(fā)期等需要頻繁開展特殊巡視時。

3 無人機巢-巢巡檢新模式

3.1 巢-巢巡檢模式介紹

無人機“巢-巢”巡檢新模式為：在有條件的變電站或桿塔部署無人機機巢，通過遠程發(fā)送指令控制，實現(xiàn)輸電線路無人機遠程無人自主巡視。新的巡檢模式融合了無人機控制技術(shù)、人工智能圖像識別技術(shù)、4G通信技術(shù)、云計算技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域前沿技術(shù)，實現(xiàn)無人機自動巡視、數(shù)據(jù)自動處理分析、成果自動上傳，無需人工干預(yù)，詳見圖1。

圖1 “巢-巢”智慧巡檢流程示意圖

具體內(nèi)容為：1）在變電站或桿塔建設(shè)全方位遠程監(jiān)控的無人值守機場（機巢），在運檢部辦公室建設(shè)中央控制系統(tǒng)；2）在云端部署監(jiān)控平臺進行監(jiān)管，并預(yù)留空域管理接口便于接受相關(guān)部門的監(jiān)管；3）采用長航時無人機（航時不小于50 min，單向巡航里程不小于30 km）。通過中央控制系統(tǒng)遠程管理機巢系統(tǒng)、無人機設(shè)備和氣象站等輔助設(shè)備，遠程發(fā)送指令，控制無人機自動開機、起飛、按航線自主飛行拍照，完成任務(wù)后異地精準(zhǔn)降落；控制機巢系統(tǒng)進行自動充電、數(shù)據(jù)自動傳輸；控制云端對數(shù)據(jù)自動智能分析、成果自動上傳管控平臺。

“巢-巢”巡檢技術(shù)關(guān)鍵點包括無人機續(xù)航、無人機遠程控制、數(shù)據(jù)自動傳輸、數(shù)據(jù)自動智能分析、遠程精準(zhǔn)起降等。經(jīng)過深入研究，利用長航時電池解決了無人機續(xù)航問題；利用4G通信控制技術(shù)解決無人機遠程控制和無線數(shù)據(jù)傳輸問題；利用深度學(xué)習(xí)人工智能圖像識別技術(shù)解決了數(shù)據(jù)自動智能分析問題，利用多傳感器技術(shù)解決了遠程精準(zhǔn)起降問題。

3.2 巢-巢巡檢模式創(chuàng)新點

1）無人機平臺：無人機平臺包括全方位遠程監(jiān)控的無人值守機場（機巢）、中央控制系統(tǒng)、長航時無人機。詳見圖2。

（1）機巢配備充電樁，氣象站、數(shù)據(jù)傳輸模塊等，具備自動充電、氣象監(jiān)控、安全防護、狀態(tài)監(jiān)控、實時通信、數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)裙δ堋?/p>

圖2 無人值守機場展示圖

（2）中央控制系統(tǒng)（見圖3）可遠程發(fā)送指令，控制無人機自動開機、起飛、按航線自主飛行拍照，完成任務(wù)后異地精準(zhǔn)降落?？刂茩C巢系統(tǒng)進行自動充電、數(shù)據(jù)自動傳輸。控制云端進行數(shù)據(jù)智能分析、成果自動上傳管控平臺等。

圖3 中央控制系統(tǒng)界面

（3）基于智能充電技術(shù)與長航時電池，采用的U880（見圖4）長航時無人機航時不小于50 min，單向巡航里程不小于30 km，充電時間約20min，可搭載可見光或紅外云臺相機、內(nèi)置微型PC和4G通信模塊，可實現(xiàn)4G遠程控制、在“變電站”傳輸數(shù)據(jù)的同時自動充電。

圖4 U880四旋翼無人機

2）圖像識別模塊：深度學(xué)習(xí)人工智能圖像識別技術(shù)能夠解決數(shù)據(jù)自動智能分析問題?；诰矸e神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的圖像自動識別軟件如圖5所示：

圖5 圖像自動識別軟件界面

不同于以往簡單的圖像對比識別，基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力巡檢圖像目標(biāo)智能識別算法采用“端對端”的特征學(xué)習(xí)，通過多層處理機制揭示隱藏于數(shù)據(jù)中的非線性特征。能夠從大量訓(xùn)練集中自動學(xué)習(xí)全局特征（這種特征被稱為“學(xué)習(xí)特征”），是其能夠在影像中自動提取目標(biāo)重要原因。具有強大的自學(xué)能力、容錯能力、無需事先假設(shè)概率模型等特點。通過該技術(shù)可高效智能識別如施工外破、漂浮物、速生樹種、鳥窩等缺陷隱患，能夠?qū)⒔Y(jié)果形成工單直接推送到相應(yīng)班組移動作業(yè)端，真正做到及時準(zhǔn)確，見圖6。

圖6 智能識別效果

3）遠程4G通信控制模塊：通過4G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程實時通信和控制（見圖7、8），作業(yè)人員在辦公室通過中央控制系統(tǒng)遠程給無人機下發(fā)任務(wù)及控制，同時遠程獲取無人機的飛行信息、實時影像等，實現(xiàn)云平臺超視距控制無人機，保證無人機+機槽+云平臺的互聯(lián)互通。此外無人機每條航線都是通過4G+云監(jiān)控平臺監(jiān)管，使飛行更加安全高效。

圖7 4G+云監(jiān)控示意圖

4）遠程精準(zhǔn)起降模塊：通過RTK差分、可見光引導(dǎo)降落、紅外引導(dǎo)降落、雷達避障、光流測速、雙目避障等多種先進技術(shù)保障飛行安全并引導(dǎo)無人機實現(xiàn)遠程精準(zhǔn)降落。

圖8 多傳感器示意圖

5）全方位安全保障體系：（1）硬件保障。無人機本體，防護性能采用抗風(fēng)7級、IP54等級設(shè)計，適應(yīng)更復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，飛行可靠性大大增強。機巢，防潮防蟲設(shè)計，避免雨水昆蟲侵?jǐn)_；充電保護設(shè)計，避免電池過充防止火災(zāi)。（2）軟件保障。飛控系統(tǒng)，冗余飛控設(shè)計，飛行更加安全、精準(zhǔn)；增加飛行前安全檢查關(guān)口，避免帶傷飛行；遠程控制系統(tǒng)：數(shù)據(jù)2道冗余備份；雙密鑰啟動設(shè)計，只有通過中央認(rèn)證與現(xiàn)場認(rèn)證才能開始飛行，避免黑客侵入與擅自飛行。

4 巢-巢巡檢模式效果分析

1）更少的人力、物力投入。通道巡視無需人員乘車到現(xiàn)場作業(yè)，在中央控制室即可實現(xiàn)機群作業(yè)、數(shù)據(jù)自動處理反饋，實現(xiàn)了人力資源、車輛的節(jié)約。

2）更高效的作業(yè)能力。每架無人機均可遠程操作異地起降，單架次作業(yè)里程超過30 km，省去無人機返航耗時、人員轉(zhuǎn)場時間。

3）更快速的工作響應(yīng)、更及時的成果反饋。只要天氣條件允許，計劃下達即可執(zhí)行，一鍵啟動任務(wù)。成果在很短時間內(nèi)即可回傳，實現(xiàn)輸電線路巡視即時服務(wù)模式。

4）更安全的保障體系。融合多種先進技術(shù)，具備氣象監(jiān)控、安全防護、狀態(tài)監(jiān)控、實時通訊等功能，滿足安全規(guī)程作業(yè)要求。具備云監(jiān)控平臺，未通過云監(jiān)控平臺的無人機不能起飛，預(yù)留空域管理接口便于接受相關(guān)部門的監(jiān)管。

5）巡檢新模式的運用提升了輸電線路設(shè)備狀態(tài)管控力，大幅減少線路跳閘次數(shù)和停電時長，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，為社會經(jīng)濟發(fā)展、人民日常生活用電打下堅實基礎(chǔ)。

2018年初，贛西公司在新余南部輸電網(wǎng)架密集的地區(qū)選擇了220 kV白沙變、珠珊變和110 kV坂橋變作為基站，覆蓋了新余南部近400 km架空輸電線路，實現(xiàn)輸電線路“巢-巢”智慧巡檢。

5 結(jié)語

1）“巢-巢”巡檢模式能夠?qū)崿F(xiàn)輸電線路無人機完全自主化巡視。此外，通過智慧巡檢作業(yè)的開展，飛行作業(yè)頻次大幅增加，快速積累海量線路通道各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，以大數(shù)據(jù)平臺為支撐，為輸電線路狀態(tài)管控、運行分析與檢修決策打下堅實基礎(chǔ)，同時也會推動圖像智能識別、狀態(tài)預(yù)警等技術(shù)發(fā)展。

2）對于大多數(shù)地市級公司，現(xiàn)狀和贛西公司相似，巢-巢巡檢模式能夠推廣出去。通過后期對高電壓等級線路的測試與驗證，可逐步應(yīng)用于更高電壓等級的更長線路上，在電力系統(tǒng)可大范圍推廣。