基于AI的無人機(jī)線路巡檢

左齊

（西藏大學(xué)，西藏 拉薩 850000）

架空輸電線路長期暴露在自然環(huán)境中運(yùn)行，正常情況下要經(jīng)受機(jī)械載荷和電力負(fù)荷的作用，還受到寒暑交替等自然因素的干擾，這些作用使得線路元件老化、疲勞、氧化腐蝕，降低元件的工作性能，形成缺陷，如不及時(shí)消除“短板”，缺陷就會(huì)由量變到質(zhì)變發(fā)展成故障。

近幾年，隨著無人機(jī)技術(shù)、影像實(shí)時(shí)傳播技術(shù)以及5G技術(shù)的發(fā)展成熟，無人機(jī)快速巡檢線路在輸電線路巡檢中體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。

1 無人機(jī)巡檢——提高巡檢效率質(zhì)量的新階段

1.1 無人機(jī)巡檢的實(shí)現(xiàn)方式

無人機(jī)即無人駕駛飛機(jī)，是利用無線電遙控設(shè)備和程序控制裝置操縱的飛行平臺(tái)，由人工操控或按照設(shè)定的程序進(jìn)行飛行。搭載可見光、紅外等檢測設(shè)備，進(jìn)行圖像信息采集或?qū)崟r(shí)傳遞數(shù)據(jù)到地面監(jiān)控端，由巡檢人員研判而完成架空輸電線路巡檢任務(wù)。

實(shí)際應(yīng)用中，無人機(jī)一般采取固定翼、旋翼搭配的方式進(jìn)行工作：

利用固定翼無人機(jī)的長航程對輸電線路進(jìn)行通道巡檢，或者在災(zāi)后地區(qū)進(jìn)行快速巡檢，利用成像設(shè)備對通道上斷點(diǎn)、故障點(diǎn)等進(jìn)行排查——根據(jù)巡檢事前編好的電塔GPS坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)飛行，巡檢內(nèi)容包括線路、桿塔、金具有無變形、缺損，線路有無弧垂異常，有無懸掛物，線路走廊內(nèi)有無施工、建筑或樹木等內(nèi)容。

使用旋翼無人機(jī)可以執(zhí)行短航程的多任務(wù)精細(xì)化巡檢；利用無人機(jī)進(jìn)行多方位懸停，針對桿塔、導(dǎo)線、金具、絕緣子采集細(xì)節(jié)信息，檢查緊固金具是否松脫、缺少，絕緣子有無閃絡(luò)，診斷桿塔各部件完整性及生銹、腐蝕、污染、變形等情況，定性定量分析塔體外圍及線路走廊潛在安全因素對線路安全的影響程度。

無人機(jī)的使用，給巡檢工人增加了“飛行的眼睛”，降低了工作人員的工作強(qiáng)度，巡檢人員不需攀緣即可穿越山林，不需要攀登桿塔即可獲悉細(xì)節(jié)。從而可以專注于缺陷的定性及后期的消缺問題。

1.2 無人機(jī)巡檢的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

迅速。無人機(jī)攜帶方便、操作簡單、部署迅速，能快速飛達(dá)巡查區(qū)域，及時(shí)反饋巡查信息。

安全。采用無人機(jī)進(jìn)行常規(guī)輸電線路巡查，不需要巡檢人員進(jìn)入危險(xiǎn)復(fù)雜區(qū)域，還可比直升機(jī)更接近帶電線路觀測細(xì)節(jié)，提升了工作者的人身安全。

經(jīng)濟(jì)?？蓽p少巡檢人力的投入，降低人工成本；提高了查缺陷（故障）的速度，可減少線路故障停電時(shí)間，避免高額的停電經(jīng)濟(jì)損失。

表1 巡檢方式的發(fā)展階段

2 基于AI的無人機(jī)快速巡檢系統(tǒng)

2.1 現(xiàn)行無人機(jī)巡檢存在的問題

準(zhǔn)確地說，現(xiàn)行大多數(shù)無人機(jī)巡檢是采取人工操控方式，這種工作方式是將無人機(jī)作為工具，完成此項(xiàng)工作更多的是對人的依賴：

對飛控人員要求高，采取遙控方式執(zhí)行巡檢任務(wù)時(shí)，須長時(shí)間控制操作無人機(jī)，要求巡檢人員精神高度集中，以防止“炸機(jī)”“撞塔”等事故。

無人機(jī)圖像的研判質(zhì)量受監(jiān)控端運(yùn)檢人員技術(shù)水平的制約，不同的人可能產(chǎn)生不同的結(jié)論。

無人機(jī)出動(dòng)的頻次受運(yùn)檢人員決定，或執(zhí)行原人工巡檢周期。

顯然，過度依賴于巡檢人員的無人機(jī)巡檢頻次、質(zhì)量無法滿足新時(shí)代能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的更高需求。

2.2 解決的鑰匙——AI

人工智能（artificial intelligence，AI）。從誕生以來，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，在某些應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)成為人類的老師。

AI無人機(jī)能在熟悉的或陌生的環(huán)境中，自主地或與人交互地執(zhí)行人類規(guī)定的任務(wù)。

在飛行方面，它能通過激光雷達(dá)，傾斜攝影等測繪手段獲取電力桿塔和線路走廊內(nèi)的高精度三維點(diǎn)云地圖信息，構(gòu)建周圍環(huán)境與目標(biāo)的3D地圖，在SLAM、D-RTK厘米級定位精度下通過軌跡預(yù)測算法及繞行策略等實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)飛行，例如專業(yè)無人機(jī)采取抗強(qiáng)電磁干擾措施后，可靠近帶電體，可使得無人機(jī)完成環(huán)繞等復(fù)雜飛行動(dòng)作。

在拍照攝影方面，采取自動(dòng)AI識(shí)別、對準(zhǔn)與拍攝，通過機(jī)器視覺識(shí)別目標(biāo)，如絕緣子、導(dǎo)線等，通過圖像算法控制云臺(tái)鎖定巡檢目標(biāo)始終處于畫面中央，自動(dòng)調(diào)整焦距進(jìn)行拍攝，取得檢視區(qū)域準(zhǔn)確清晰的信息。

無人機(jī)在傳輸信息方面運(yùn)用低延遲通信、低延遲視頻分發(fā)、云端高吞吐、云端AI實(shí)時(shí)處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像傳輸以及機(jī)載端與云端互動(dòng)等功能，解決遠(yuǎn)程控制的延時(shí)問題。

AI在圖像處理方面通過學(xué)習(xí)，可以提高判斷缺陷的精準(zhǔn)度，解決了圖像需要人工識(shí)別、巡檢質(zhì)量不高等問題，提升巡檢工作質(zhì)量；實(shí)時(shí)對圖像進(jìn)行研判，實(shí)時(shí)上傳缺陷信息到達(dá)管理端，提升了巡檢的效率。

2.3 AI時(shí)代的無人機(jī)系統(tǒng)——全自動(dòng)飛行巡檢

AI技術(shù)的進(jìn)步，使得無人機(jī)能具備自動(dòng)巡檢線路，自動(dòng)起飛降落，自動(dòng)研判總結(jié)、上傳故障信息等功能，大大減少了人的參與程度。

如輔以全自動(dòng)化的“機(jī)巢”解決無人機(jī)存儲(chǔ)、換電、充電等問題，甚至不需要運(yùn)檢人員的參與，系統(tǒng)可以自主完成區(qū)域輸電線路的巡檢任務(wù)。

例如，廣東電網(wǎng)公司在無人機(jī)應(yīng)用方面注重?zé)o人機(jī)全自動(dòng)飛行巡檢體系建設(shè)，建成3.5萬km數(shù)字化運(yùn)行通道，每周有1000多架次無人機(jī)執(zhí)行自動(dòng)飛行方案，并計(jì)劃2025年實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)飛行，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全自動(dòng)飛行巡檢發(fā)現(xiàn)和處理缺陷的效率是人工巡檢的11倍。

例如，云南保山電網(wǎng)進(jìn)行了無人機(jī)全自動(dòng)飛檢的嘗試，在適當(dāng)點(diǎn)位布置自動(dòng)無人機(jī)機(jī)場，進(jìn)行輸電線路自動(dòng)巡檢，并取得了不錯(cuò)的成果。

采用全自動(dòng)飛行巡檢，由系統(tǒng)自動(dòng)生成航點(diǎn)動(dòng)作與飛行航跡，自動(dòng)起降換電，支持高頻作業(yè)，實(shí)時(shí)的AI圖像識(shí)別，極大提高了缺陷診斷的效率和質(zhì)量，作業(yè)效率和巡檢精細(xì)化程度較無人機(jī)人工巡檢提升至少3倍。

3 結(jié)束語

利用無人機(jī)作業(yè)極大減輕了巡檢作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)時(shí)間，集成AI技術(shù)的無人機(jī)全自動(dòng)飛行系統(tǒng)有效提高了輸電線路巡檢效率與質(zhì)量，具有極大的利用價(jià)值，隨著化石能源向可再生能源的轉(zhuǎn)變，以及監(jiān)測太陽能、風(fēng)力發(fā)電場等與電網(wǎng)連接的需要，基于AI的無人機(jī)巡檢將有更廣闊的利用前景。