水電廠無人機智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用

柳玉賓，紀(jì)宇飛，梁振飛，王 勇，周宏利

（1.華電電力科學(xué)研究院有限公司北京分院，北京 100045；2.華電湖北發(fā)電有限公司新能源分公司，湖北 武漢 430062）

水電廠在人們生活中有著重要的作用，水電廠的運行情況將影響著人們生活中使用水電的質(zhì)量水平。為了提高發(fā)電設(shè)備的巡檢質(zhì)量，不斷加強巡視技術(shù)的創(chuàng)新，現(xiàn)階段，無人機智能巡檢技術(shù)已在水電廠巡視工作中廣泛應(yīng)用。無人機具備低成本、高效率、高安全性等技術(shù)優(yōu)勢，在實際巡視中，無需復(fù)雜的操作步驟，操作人員很容易上手，極大程度地減少了工作人員的工作負擔(dān)。本文對水電廠中無人機智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用進行了詳細的分析和探討，進一步提高無人機在水電廠巡查中的應(yīng)用質(zhì)量和效率。

1 巡檢無人機對智能型水電廠建設(shè)的重要性

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，多數(shù)的水電廠已經(jīng)實現(xiàn)了自動化和智能化，對水電廠的設(shè)備檢測主要依靠于各個單元的監(jiān)測控制進行，逐步實現(xiàn)了全面的智能化控制，減少了相關(guān)工作人員的工作壓力。但是各個單元系統(tǒng)往往會出現(xiàn)不統(tǒng)一的情況，工作人員不能實時保持對現(xiàn)場的巡查和監(jiān)控，導(dǎo)致監(jiān)測死角的存在[1]，存在較大的質(zhì)量漏洞，嚴重影響水電廠的穩(wěn)定運行，設(shè)備故障不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，任其發(fā)展下去，便會引發(fā)較大的安全事故。為了保證水電廠中的各個環(huán)節(jié)的設(shè)備均能得到全方位的巡視，需要利用無人機智能技術(shù)的支持。水電廠的危險故障排解及較多的復(fù)雜電力結(jié)構(gòu)的巡視均需要使用無人機，從而提高巡視質(zhì)量和效率，保證巡視安全。

2 無人機在水電廠巡視中的制約因素

2.1 續(xù)航能力不足

無人機具有兩種類型，一種是純電動無人機，另一種便是油電混合的無人機，而無人機的續(xù)航能力則是工作人員最為在意的內(nèi)容。如果在巡視過程中，沒有完成巡視目標(biāo)就由于電量耗盡而停止工作，便會降低工作效率。通常情況下，純電動無人機的續(xù)航時間為0.5 h，油電混合無人機續(xù)航能力為2 h，但是混油性無人機隱患較大，可能會在運行的過程中發(fā)生爆炸現(xiàn)象，使得智能無人機推廣存在一定限制。

2.2 飛巡空域限制條件較多

無人機在巡查的過程中需要在高空中進行，由于現(xiàn)階段空域管制嚴格，水電廠在高空作業(yè)時，申請流程復(fù)雜且周期長，將會延誤巡查時間。設(shè)置的空域管制機構(gòu)較多，具體的管轄位置不明確，并且相關(guān)的機構(gòu)管理人員滿足不了咨詢需求，通訊占線率高，飛巡空域限制條件多，導(dǎo)致無人機巡視施工無法順利開展。因此，需要優(yōu)化空域申請的管理流程，提高申請效率。

2.3 圖像傳輸距離短

工作人員需要對無人機在巡視過程中拍攝的圖像繼續(xù)進一步的分析和探討，但是受到外界條件的影響，無人機信號受到干擾，便會降低圖像傳輸質(zhì)量。在多建筑或者郊區(qū)區(qū)域進行巡視，只能保持2km左右的圖像傳輸。無人機在巡視過程中易被桿塔線或植被遮擋，嚴重限制了傳輸距離，只能保持在1 km內(nèi)，降低了巡視質(zhì)量。

2.4 信號容易被干擾

自主巡檢是對無人機的基本要求，是實現(xiàn)智能化的重要標(biāo)準(zhǔn)，無人機在執(zhí)行自主巡視程序時，需要較強的RTK網(wǎng)絡(luò)信號的支持[2]，但是在水電廠中網(wǎng)絡(luò)信號不穩(wěn)定，導(dǎo)致自主巡檢不能順利地完成巡視目標(biāo)，嚴重影響對水電廠設(shè)備的檢測效果。

2.5 手動無人機電力巡檢效果差

為了保證圖像數(shù)據(jù)滿足生產(chǎn)需求，某些水電廠使用的是手動無人機對電力進行巡檢。此過程中，需要保證輸電線路通道和桿塔本體巡視軌道達到要求，由專業(yè)的工作操作人員進行控制無人機飛行，避免高電壓帶來較大的風(fēng)險。

2.6 數(shù)據(jù)存儲容量不足

無人機在巡視的過程中需要對不同的地方進行精確的拍攝，并及時保存。隨著水電建設(shè)規(guī)模的壯大，無人機的儲存量不足以滿足巡視要求，無法進行后續(xù)的巡視工作，因此需要配置大容量分布式陣列存儲器，保證無人機正常運行。

3 應(yīng)用優(yōu)化策略

無人機智能巡視逐漸代替了傳統(tǒng)人工巡視，不僅順應(yīng)了時代的發(fā)展，并且在水電廠巡視過程中占據(jù)了技術(shù)優(yōu)勢，解放勞動力。通過實踐發(fā)現(xiàn)，其巡視效果可以滿足巡視基本要求，并且還降低了線路運行維護成本。面對復(fù)雜且危險系數(shù)較高的輸電設(shè)備，可以利用無人機對線路本體運行狀態(tài)進行精準(zhǔn)把控，保護了工作人員的生命安全，提高線路抗風(fēng)險水平。

3.1 利用“巢-巢”巡檢新模式

為了解決無人續(xù)航能力差這一問題，可以在線路及供電密集的區(qū)域內(nèi)設(shè)置變電站部署無人機機巢，供無人機進行補電。建立無人機機巢主要依靠激光導(dǎo)航、視覺識別、R TK精確定位等技術(shù)豐富其功能[3]，以達到幫助無人機提高續(xù)航能力的目的。當(dāng)無人機的續(xù)航狀態(tài)不佳時，可以在無人機機巢的條件下，實現(xiàn)精準(zhǔn)降落，并自主更換電池，以滿足無人機的用電要求，實現(xiàn)快速充放電等功能。主要以遠程指令實現(xiàn)“巢-巢”，便可以持續(xù)為無人機進行續(xù)航，保證重要負荷地區(qū)水電廠的穩(wěn)定巡視。

3.2 “5G+”通信實現(xiàn)低延遲

現(xiàn)階段，無人機的網(wǎng)絡(luò)信號使用的是4G模式，在實際應(yīng)用中，信號存在200 ms左右的延遲，導(dǎo)致在巡視的過程中，往往會因為網(wǎng)絡(luò)延遲不能精準(zhǔn)懸停和精準(zhǔn)拍攝，無法保證獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，飛行時還會出現(xiàn)碰撞等事故。目前，5G通信技術(shù)已經(jīng)被廣泛推廣，具有低延遲、高效等優(yōu)勢，可以充分應(yīng)用到無人機中，極大程度地提高了無人機自主巡檢影像數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度，更加精確地控制其飛行軌道，保證巡檢過程的安全可靠，避免了信號不穩(wěn)定的問題出現(xiàn)。

3.3 超短波遠程高清圖傳技術(shù)

壓縮算法可以實現(xiàn)對圖像的壓縮，在無人機中得到了一定應(yīng)用，并且可以提高巡檢圖像傳輸?shù)男剩遣荒鼙ＷC圖像的清晰度。在外界環(huán)境的影響下，受到無線電信號的干擾，便會降低其傳輸效率和質(zhì)量，并且圖傳距離滿足不了遠距離自主巡檢的需求。

3.4 全過程實時智能識別

圖像缺陷是無人機在巡視過程中常有的情況，為了避免有效信息的缺失，可以結(jié)合實際情況在機巢等部署邊緣計算處理器，無人機巡視中拍攝的圖像數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)教幚砥髦?，然后對圖片數(shù)據(jù)信息進行AI識別，將存在較大缺陷的圖片進行處理，并實現(xiàn)流式計算，利用該技術(shù)可以精確地識別細小缺陷，相比人眼識別更加可靠和高效。

4 結(jié)語

在水電廠保證巡視質(zhì)量的前提下，無人機技術(shù)節(jié)約了大量的人力和物力，但由于其智能化水平不足，導(dǎo)致狀態(tài)監(jiān)測效果不佳，然而隨著新型技術(shù)的開發(fā)，將5G技術(shù)、超短波通信技術(shù)、AI識別等在無人機領(lǐng)域加以應(yīng)用，便會彌補其現(xiàn)有缺陷，延伸其應(yīng)用前景，從而提高水電廠智能化運行維護水平。