架空輸電線路無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用

何奇 丁戈

摘要：隨著無人機(jī)在電力巡檢領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，輸電線路巡檢工作模式發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變，海量巡檢數(shù)據(jù)需要后期人工處理，巡檢工作高度依賴專業(yè)人員，對巡檢工作智能化有著迫切需求。目前的無人機(jī)巡檢作業(yè)中，無論是人工手控巡檢還是軟件程控巡檢，都需要作業(yè)人員始終在野外操作并進(jìn)行大量干預(yù)，而且巡檢數(shù)據(jù)不能及時傳回處理。針對這些不足，我公司通過研發(fā)無人值守技術(shù)、遠(yuǎn)程自主精準(zhǔn)降落技術(shù)和人工智能圖像識別技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)了輸電線路巡視、數(shù)據(jù)傳輸處理分析全過程無人自主化。

關(guān)鍵詞：輸電線路;無人機(jī)巡檢;無人值守;遠(yuǎn)程自主精準(zhǔn)降落

線路巡檢是保證架空線路正常運行的重要手段。隨著我國輸電線路的快速發(fā)展，線路巡檢工作面臨著作業(yè)強(qiáng)度大、周期長，部分線路環(huán)境惡劣等問題，傳統(tǒng)的人工巡視方法面臨巨大挑戰(zhàn)。為此，近年來電網(wǎng)積極引進(jìn)新技術(shù)，提高線路巡檢工作自動化程度，改進(jìn)巡檢工作模式。

無人機(jī)巡檢是對傳統(tǒng)人工巡檢的技術(shù)提升，由飛手遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)，通過機(jī)載的傳感設(shè)備（如相機(jī)、紅外成像儀等）對架空線路進(jìn)行巡查。相比其他改進(jìn)技術(shù)，如直升機(jī)巡檢、機(jī)器人巡檢等，無人機(jī)巡檢雖然在巡檢精度上有所下降，但具有設(shè)備簡單、成本低廉、機(jī)動靈活、安全高效、視野良好、易于發(fā)現(xiàn)桿塔平口以上的缺陷等優(yōu)點，且無需對線路進(jìn)行改造，不存在損傷線路的隱患，更容易與人工巡檢相融合，成為日常巡檢手段，是當(dāng)前電網(wǎng)的主要推廣方向。根據(jù)國家電網(wǎng)公司公布的數(shù)據(jù)，無人機(jī)架空線路巡檢效率是人工巡檢的8～10倍，在日常巡檢工作中，人工巡檢與無人機(jī)巡檢各占50%?？梢灶A(yù)見，無人機(jī)巡檢將會成為未來電網(wǎng)最主要的，應(yīng)用范圍最廣泛的巡檢手段。但隨著無人機(jī)巡檢技術(shù)的推廣，新的問題也隨之產(chǎn)生：巡檢過程中產(chǎn)生的海量圖像數(shù)據(jù)需要后期人工處理;巡檢工作人員需要具備較高的無人機(jī)相關(guān)技能，其技能水平對巡檢質(zhì)量和電力設(shè)施安全有直接影響。在現(xiàn)階段，專業(yè)無人機(jī)巡檢人員的欠缺與巡檢工作智能化水平的不足是無人機(jī)巡檢推廣應(yīng)用的主要制約因素

為有效解決現(xiàn)有問題，我公司充分應(yīng)用國內(nèi)外先進(jìn)的無人機(jī)控制、人工智能、云計算等相關(guān)前沿技術(shù)，實現(xiàn)了無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡視、數(shù)據(jù)自動傳輸處理分析、成果自動上傳共享，全程無需人工干預(yù)。

1基于人機(jī)協(xié)同巡檢的輸電智能運檢模式

目前，我公司已實現(xiàn)可飛行區(qū)域輸電線路無人機(jī)巡檢全覆蓋并常態(tài)開展。為提高協(xié)同巡檢綜合效率，同步研發(fā)并使用人巡移動作業(yè)終端，建設(shè)了輸電線路智能運檢管控平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享和智能化處理，建立了基于“無人機(jī)+人工”協(xié)同巡檢的輸電智能運檢模式。

2無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢系統(tǒng)

無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢系統(tǒng)主要由長航時無人機(jī)、無人值守機(jī)場（機(jī)巢）、中央控制系統(tǒng)、云監(jiān)控平臺組成。

機(jī)巢主要部署在變電站，由中央控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制長航時無人機(jī)從變電站機(jī)巢開機(jī)、起飛、按航線自主飛行拍照，完成任務(wù)后在相鄰變電站機(jī)巢精準(zhǔn)降落，巡檢數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)既可以實時回傳，也可以降落至機(jī)巢后邊充電邊回傳至中央控制系統(tǒng)，由人工智能圖像識別模塊進(jìn)行智能處理分析，分析成果自動上傳輸電智能運檢管控平臺。

3無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢關(guān)鍵技術(shù)

3.1無人值守技術(shù)

3.1.1機(jī)巢

機(jī)巢和長航時無人機(jī)一起構(gòu)成無人值守平臺，機(jī)巢是一款為無人機(jī)巡檢作業(yè)定向研發(fā)的一體化設(shè)備，可以遠(yuǎn)程控制和傳輸數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控?zé)o人機(jī)的狀態(tài)以及任務(wù)前的準(zhǔn)備情況，配合無人機(jī)完成無人值守任務(wù)，并為無人機(jī)提供完整的后勤保障，是無人值守系統(tǒng)中不可缺少的一部分。機(jī)巢具有以下顯著優(yōu)勢：

1）機(jī)巢嚴(yán)格按照長期野外靜置的條件研制，采用防拆除、防移動、防雷電的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，具備防水、防潮、恒溫性能，內(nèi)部使用模塊化設(shè)計，方便后期維護(hù)。

2）機(jī)巢具備無人機(jī)輔助降落平臺，保證無人機(jī)通過視覺、RTK定位的方式安全降落，回收后的無人機(jī)封閉式存放于機(jī)巢內(nèi)部，確保安全。

3）機(jī)巢具備氣象監(jiān)測、狀態(tài)監(jiān)控和實時通信功能，巡視時如果遇到天氣突變，機(jī)巢會發(fā)出返航指令，控制無人機(jī)自動就近返航回收。機(jī)巢狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至中央控制系統(tǒng)，輔助維護(hù)保養(yǎng)決策。

4）機(jī)巢具備獨立應(yīng)急電源，即使突然出現(xiàn)斷電情況，也能保證機(jī)巢的正常使用，為無人機(jī)安全降落和執(zhí)行任務(wù)的安全性保駕護(hù)航。

5）機(jī)巢具備為無人機(jī)自動充電功能，充分保障無人機(jī)續(xù)航能力。

3.1.2長航時無人機(jī)

長航時無人機(jī)是一款為機(jī)巢定向研發(fā)的高端無人機(jī)，配合機(jī)巢實現(xiàn)無人值守作業(yè)，具有以下顯著優(yōu)勢：

1）長航時無人機(jī)采用了全新的飛控和動力方案，擁有超長的續(xù)航能力。在正常工作條件下，新型智能電池能夠在30min之內(nèi)完成充電，作業(yè)時間長達(dá)58min，單向航程超過30km。

2）內(nèi)置飛管計算機(jī)，由4顆ARMCortex-A9處理器組成，主頻高達(dá)1.2GHz，同時還搭載2GBDDR3運行內(nèi)存和16GBEMMC存儲空間，具備強(qiáng)大的運算能力。還內(nèi)置4G模塊，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和通信。

3）搭載RTK定位系統(tǒng)，可以提供厘米級精度的定位，同時雙天線的配置為飛控準(zhǔn)確定向，可提供強(qiáng)大的抗電磁干擾能力，在高壓線、金屬建筑等強(qiáng)磁干擾的環(huán)境下保障可靠的飛行。

4）搭載高清可見光云臺相機(jī)，最大可達(dá)2010萬像素。

3.2遠(yuǎn)程自主精準(zhǔn)降落技術(shù)

無人機(jī)具備雷達(dá)測高、光流測速等定位技術(shù)，并搭載了RTK定位系統(tǒng)，可以提供厘米級精度的定位，但是降落過程受地面效應(yīng)和現(xiàn)場環(huán)境影響，而且機(jī)巢降落平臺面積小，為確保降落安全和足夠精準(zhǔn)，還配置了視覺輔助降落系統(tǒng)，引導(dǎo)無人機(jī)精準(zhǔn)降落。 3.3人工智能圖像識別技術(shù)

圖像識別模塊內(nèi)置于中央控制系統(tǒng)中，對傳回的巡檢照片進(jìn)行智能處理分析。圖像識別采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，具有強(qiáng)大的自學(xué)能力、容錯能力，通過大量樣本訓(xùn)練進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)在圖像中自動提取目標(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)果會自動上傳至輸電智能運檢管控平臺進(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作業(yè)端，極大提高缺陷閉環(huán)效率。

4實踐應(yīng)用

只要天氣條件允許，無需人員乘車到現(xiàn)場，在中央控制室即可一鍵啟動任務(wù)遠(yuǎn)程巡檢，可機(jī)群作業(yè)，巡檢成果實時自動生成并回傳。遠(yuǎn)程自主巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用極大的節(jié)約了人力、物力和時間，有效破解了電網(wǎng)規(guī)模增長和運檢人員不足的矛盾難題。經(jīng)測算，若全面應(yīng)用，每年至少可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1580萬元。贛西公司已制定無人機(jī)巡檢管理制度、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)指導(dǎo)書共13項，建立了完善的無人機(jī)巡檢管理體系。

5結(jié)語

無人機(jī)遠(yuǎn)程自主巡檢系統(tǒng)融合無人值守技術(shù)、遠(yuǎn)程自主精準(zhǔn)降落技術(shù)和人工智能圖像識別技術(shù)三大關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了輸電線路巡視、數(shù)據(jù)傳輸處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大量人力物力、人員始終在野外等痛點問題，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。此外，基于人機(jī)協(xié)同巡檢的輸電智能運檢模式，實現(xiàn)運檢數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析和可控預(yù)警，為運檢管理決策提供有力支撐，實現(xiàn)生產(chǎn)指揮及決策的高度智能化和集約化，大幅提升設(shè)備狀態(tài)管控能力和班組管理穿透力。

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