無人機(jī)自主巡檢在輸電線路維護(hù)中的應(yīng)用

孔照銘 國網(wǎng)福建省電力有限公司三明供電公司

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，電力控制業(yè)務(wù)的覆蓋范圍也加廣泛，傳統(tǒng)的人工巡檢輸電線路無論從人數(shù)還是技術(shù)上都無法實(shí)現(xiàn)同步增長。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)經(jīng)濟(jì)性、靈活性、不受地形限制等特點(diǎn)使其成為電力巡檢中的研究熱點(diǎn)。人工操控?zé)o人機(jī)巡檢對(duì)飛手要求極高，難度較大，亟須發(fā)展智能化的無人機(jī)自主巡檢。

一、電力無人機(jī)概述

無人直升機(jī)與傳統(tǒng)直升機(jī)類似，但由操控人員在地面站進(jìn)行操控，是早期電網(wǎng)無人機(jī)巡檢試驗(yàn)方案之一。由于無人直升機(jī)體積較大，操控難度較高，存在與電力設(shè)施碰撞產(chǎn)生嚴(yán)重后果的潛在風(fēng)險(xiǎn)，且成本較高，目前已較少應(yīng)用在電力巡檢領(lǐng)域。多旋翼無人機(jī)由多個(gè)旋翼產(chǎn)生升力，通過改變各個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速控制飛行器的姿態(tài)，具有小巧靈活、垂直起降、精準(zhǔn)懸停的優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)動(dòng)性和飛行高度較低，負(fù)載較小，續(xù)航時(shí)間短。因此，在架空線路巡檢中，多旋翼無人機(jī)通常負(fù)責(zé)小范圍精細(xì)作業(yè)，或桿塔精細(xì)化建模等任務(wù)。固定翼無人機(jī)依靠螺旋槳或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供前進(jìn)動(dòng)力，由機(jī)翼與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生升力，其巡航速度快，續(xù)航時(shí)間長，但起降需要跑道，且無法懸停。在架空線路巡檢中，固定翼通常負(fù)責(zé)大范圍、有較高航程要求的任務(wù)。除此之外，還有結(jié)合固定翼與多旋翼的復(fù)合翼無人機(jī)，兼具垂直起降、精準(zhǔn)懸停與巡航速度快的優(yōu)點(diǎn)，在災(zāi)后應(yīng)急等惡劣復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用場(chǎng)景中極具潛力，但在電力巡檢領(lǐng)域尚未有大范圍落地應(yīng)用。從功能來說，無人機(jī)在電力巡檢中所扮演的角色主要為遙感承載平臺(tái)。

二、無人機(jī)自主巡檢在輸電線路維護(hù)中的應(yīng)用

（一）激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理

電力巡檢是激光雷達(dá)在測(cè)繪領(lǐng)域的細(xì)分應(yīng)用，相較于傳統(tǒng)的地圖測(cè)繪工作，電力通道測(cè)繪的難點(diǎn)主要集中在桿塔和導(dǎo)線的識(shí)別與重建：電力鐵塔是由細(xì)長塔材構(gòu)成的鏤空結(jié)構(gòu)建筑，不利于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三位重建；輸電線路導(dǎo)線的外徑一般為8～37 mm，由于測(cè)量距離和激光雷達(dá)角分辨率的限制，無法保證每個(gè)掃描周期都能掃描到電力線，即電力線的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通常為一串不連續(xù)的點(diǎn)，需要后期進(jìn)行識(shí)別并補(bǔ)充完整，與此同時(shí)，電力線三維重建又是多項(xiàng)電力檢測(cè)及預(yù)警的基礎(chǔ)，對(duì)檢測(cè)精度有直接影響。因此，該領(lǐng)域相關(guān)研究主要集中在電力線路走廊點(diǎn)云分類及典型目標(biāo)識(shí)別、電力線三維重建、桿塔三維重建、危險(xiǎn)點(diǎn)檢測(cè)等4 個(gè)方面。隨著技術(shù)的成熟，目前主流的數(shù)據(jù)處理軟件已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大部分流程的自動(dòng)化處理。

（二）無人機(jī)在故障巡檢上的運(yùn)用

①桿塔濕滑、積雪覆冰天氣的故障巡查工作。人工登桿塔進(jìn)行故障巡查的安全風(fēng)險(xiǎn)大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，在這種情況下，采用無人機(jī)配合巡查，能夠克服天氣和架空輸電線路的不利因素，達(dá)到很好的效果。②屬于故障放電點(diǎn)位于導(dǎo)線檔距中央，比如吊車等大型施工車輛對(duì)于架空輸電線路造成的故障，或者故障放電點(diǎn)位于其他不容易人工拍照的位置。在這種情況下，運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行近距離查看，拍照取證，將大大縮減巡查的時(shí)間，為判定故障點(diǎn)的位置和具體原因提供有力的圖片保障。③山林、河溝蔓延區(qū)域的線路故障巡查工作。受地理環(huán)境的限制，故障巡查的進(jìn)度嚴(yán)重延緩，此時(shí)運(yùn)用無人機(jī)配合開展線路故障查找，也將取得事半功倍的效果。

（三）人工智能圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別模塊內(nèi)置于中央控制系統(tǒng)中，對(duì)傳回的巡檢照片進(jìn)行智能處理分析。圖像識(shí)別采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，具有強(qiáng)大的自學(xué)能力、容錯(cuò)能力，通過大量樣本訓(xùn)練進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)在圖像中自動(dòng)提取目標(biāo)。目前已建立70 萬張巡檢圖像樣本庫進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，可高效識(shí)別施工外破、漂浮物、速生樹種、鳥窩等缺陷隱患，巡檢圖像處理結(jié)果會(huì)自動(dòng)上傳至輸電智能運(yùn)檢管控平臺(tái)進(jìn)行共享和大數(shù)據(jù)分析，危急缺陷可直接形成工單推送到相應(yīng)班組人員的手持移動(dòng)作業(yè)端，極大提高缺陷閉環(huán)效率。

（四）輸電線路所具有的快速巡檢功能

通過三維模型的建立，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全線路航線的規(guī)劃工作，合理調(diào)整輸電線路的飛行高度，能夠?qū)崿F(xiàn)自主飛行巡檢工作，通過視頻能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)輸電線路100m 范圍內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。輸電線路所具有的快速巡檢功能還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)線路存在異常物、塔桿實(shí)際狀態(tài)、輸電線路等實(shí)際情況的觀察，視頻的分辨率大小為1920×1080，能夠比較清晰的觀測(cè)到輸電線路以及塔基的走向及分布。

（五）噴火無人機(jī)清除架空輸電線路上的異物

風(fēng)箏、橫幅、大棚薄膜漂浮物等異物，屬于架空輸電線路常見的懸掛異物。按照以前的處理方法，一般有兩種：①帶電情況下采用絕緣操作桿等工具將其取下；②對(duì)于導(dǎo)線檔中央的懸掛異物，由于距離桿塔較遠(yuǎn)，需要停電采用出飛車等方法取下異物。以上兩種方法的任何一種，都存在改進(jìn)的空間：①帶電作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)大；②停電作業(yè)，將造成電力負(fù)荷損失，同時(shí)出飛車取異物，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人工損耗大。采用噴火無人機(jī)，能夠克服以前兩種操作方法的缺點(diǎn)，簡單、快捷、高效地處理?xiàng)U身、塔身、導(dǎo)線上、地線上懸掛的異物，無須采用絕緣操作桿桿塔上操作，不會(huì)有觸電風(fēng)險(xiǎn)；無須停電作業(yè)，不會(huì)造成負(fù)荷損失；不需要出線取異物，解放了勞動(dòng)力。當(dāng)然噴火無人機(jī)的運(yùn)用，也需要做好相應(yīng)的安全措施，需要備齊滅火器等必要的防火設(shè)施設(shè)備，尤其在山林地區(qū)使用過程中，更加需要做好必要的防火措施，確保防火工作萬無一失。

三、結(jié)語

無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輸電線路巡視、數(shù)據(jù)傳理分析無人自主化和智能化，解決了之前手控或程控?zé)o人機(jī)巡檢過程中需要耗費(fèi)大量人力物力、人員始終在野外等痛點(diǎn)問題，可在電力行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，并可推廣至電信、石油等其他行業(yè)，有廣闊的應(yīng)用前景。