架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)研究進(jìn)展

國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司 林旭鳴

架空輸電線路是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的主要設(shè)施，隨著社會人群對電能的需求越來越大，該線路數(shù)量大幅增長，整體架構(gòu)也變得更加復(fù)雜，這時(shí)線路運(yùn)維、檢修工作的難度大幅增長，以往普遍使用的人工巡檢模式已經(jīng)無法滿足工作要求。為此，架空輸電線路管理部門引進(jìn)了無人機(jī)巡檢技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)成功彌補(bǔ)了人工巡檢模式的不足，能夠幫助人工了解架空輸電線路情況，做好運(yùn)維、檢修工作。

我國在2008年開始正式研究架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)，對該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探索并得出了一些成果，顯示該項(xiàng)技術(shù)確實(shí)具有良好的應(yīng)用價(jià)值與可行性，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)技術(shù)水平有限，所以技術(shù)應(yīng)用還存在缺陷。由此大量研究人員投身于該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展性研究中，使得該項(xiàng)技術(shù)不斷發(fā)展，逐步走向成熟，這時(shí)無人機(jī)巡檢技術(shù)成為了執(zhí)行架空輸電線路相關(guān)工作的主要手段。而不可否認(rèn)的是，無人機(jī)巡檢技術(shù)在架空輸電線路相關(guān)工作中仍舊有很大的發(fā)展空間，因此為了解技術(shù)發(fā)展趨勢與應(yīng)用現(xiàn)狀，有必要分析其研究進(jìn)展。

1 架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)的技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)

無人機(jī)巡檢技術(shù)在架空輸電線路中的應(yīng)用已有一些年頭，我國在技術(shù)發(fā)展中也提出了相關(guān)的技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)，但較先進(jìn)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)在無人機(jī)巡檢的技術(shù)安全管理方面還比較薄弱，尚處于起步階段，是后續(xù)有待研究的重點(diǎn)。就現(xiàn)狀而言，國內(nèi)現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及到技術(shù)運(yùn)行的作業(yè)安全管理、設(shè)備配置方法、功能質(zhì)量要求等多個(gè)方面，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)大體可分為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、中電聯(lián)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。DL/T 1578—2016《架空輸電線路無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)》、DL/T1482—2015《架空輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》；企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Q/GDW 11399—2015《電力無人機(jī)巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程》、Q/GDW 11383—2015《架空輸電線路無人機(jī)巡檢系統(tǒng)配置導(dǎo)則》等；中電聯(lián)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，T/CEC 193—2018《電力行業(yè)無人機(jī)巡檢作業(yè)人員培訓(xùn)考核規(guī)范》。

在眾多標(biāo)準(zhǔn)中，《電力無人機(jī)巡檢作業(yè)安全工作規(guī)程》、《架空輸電線路無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)》、《電力行業(yè)無人機(jī)巡檢作業(yè)人員培訓(xùn)考核規(guī)范》最為重要，旨在全方位保障技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，也保障架空輸電線路巡檢工作質(zhì)量。此外，在技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展中可知，國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)正在編制《架空輸電線路固定翼無人機(jī)巡檢系統(tǒng)》，其屬于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目的是對無人機(jī)巡檢系統(tǒng)進(jìn)行分類，并對系統(tǒng)技術(shù)要求、試驗(yàn)方法提出規(guī)范[1]?？傮w而言，我國架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)的技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)體系比較完善，但標(biāo)準(zhǔn)水平略顯不足，需要通過進(jìn)一步研究來推動(dòng)發(fā)展。

2 架空輸電線路無人機(jī)巡檢關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 自主巡檢技術(shù)

自主巡檢技術(shù)是架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)研究中的重點(diǎn)課題，該項(xiàng)技術(shù)在理論上能夠讓無人機(jī)自主飛行、運(yùn)作，基本可以擺脫人工。根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知，可以使用激光雷達(dá)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主巡檢，其中激光雷達(dá)技術(shù)能夠自動(dòng)獲取飛行線路的高精度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由此能對飛行線路進(jìn)行規(guī)劃，而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位技術(shù)能夠?qū)o人機(jī)實(shí)際飛行路線進(jìn)行控制，確保無人機(jī)飛行路線與規(guī)劃路線吻合。

現(xiàn)實(shí)情況中自主巡檢技術(shù)尚處于研究階段，因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)的實(shí)施涉及到無人機(jī)飛行時(shí)的航高、坐標(biāo)、慣性等多種不確定的因素，所以該項(xiàng)技術(shù)在目前研究中的成本會比較高。同時(shí)，無人機(jī)在對架空輸電線路進(jìn)行巡檢時(shí)要考慮到桿塔巡檢的精細(xì)程度，而激光雷達(dá)技術(shù)在這方面還不夠成熟，無法投入實(shí)際運(yùn)用，這是該項(xiàng)技術(shù)未來的研究方向。此外，自主巡檢技術(shù)還有很多待研究的點(diǎn)，如無人機(jī)續(xù)航問題、地面工作站巡檢任務(wù)采集功能等，這些問題不但尚未解決，也沒有產(chǎn)生對應(yīng)的技術(shù)，這也是后續(xù)需要研究的重點(diǎn)[2]。

2.2 作業(yè)安全管控

無人機(jī)巡檢技術(shù)在任何應(yīng)用領(lǐng)域中都需要得到安全管控，這一點(diǎn)在架空輸電線路巡檢中更加重要，稍有不慎是可能損害電路的，甚至?xí)鹨恍?zāi)害。針對安全管控問題，現(xiàn)代無人機(jī)巡檢技術(shù)都是嚴(yán)格依照國家提出的安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施的，此舉確實(shí)大幅提升了技術(shù)實(shí)施的安全性，但也導(dǎo)致無人機(jī)巡檢技術(shù)的功效未能充分發(fā)揮。

這一條件下，為了同時(shí)兼顧作業(yè)安全管控與無人機(jī)應(yīng)用價(jià)值的充分發(fā)揮，國內(nèi)相關(guān)組織通過研發(fā)得出了無人機(jī)可視化綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備無人機(jī)視頻實(shí)時(shí)回傳、無人機(jī)實(shí)時(shí)管理、遠(yuǎn)程操控等功能，能讓無人機(jī)在巡檢中保持良好的安全性。但該系統(tǒng)提出的時(shí)間比較短，只適用于型號特定的無人機(jī)上，且此類無人機(jī)一般不滿足架空輸電線路巡檢要求。同時(shí)，國內(nèi)電網(wǎng)公司還在2017年研發(fā)提出過無人機(jī)巡檢作業(yè)飛行數(shù)據(jù)記錄器、無人機(jī)巡檢業(yè)務(wù)模塊，借助記錄器與業(yè)務(wù)模塊能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)巡檢作業(yè)全過程監(jiān)管、且沒有明顯的缺陷，因此記錄器與業(yè)務(wù)模塊至今仍在沿用，其主要研發(fā)方向是完善兩者功能。

2.3 問題識別技術(shù)

在相對較早的無人機(jī)巡檢技術(shù)應(yīng)用中可知，架空輸電線路巡檢人員一般是操作無人機(jī)，利用無人機(jī)搭載的攝像設(shè)備對線路局部進(jìn)行拍攝，隨后人工對拍攝圖像進(jìn)行分析，最終得出判斷結(jié)果，確認(rèn)問題位置、類型、規(guī)模等。這種方式確實(shí)行之有效，但依舊依賴人工，在人工不穩(wěn)定性的影響下有可能作出錯(cuò)誤判斷，同時(shí)無人機(jī)拍攝圖像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判斷。因此，在現(xiàn)代無人機(jī)巡檢技術(shù)研發(fā)中提出了問題識別技術(shù)概念，該項(xiàng)技術(shù)主要就是讓無人機(jī)系統(tǒng)具備自主判斷問題的能力，根據(jù)當(dāng)前研究成果可知，該項(xiàng)技術(shù)已初具雛形，即近些年國家電網(wǎng)公司在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐下，結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、大數(shù)據(jù)和圖像識別技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了問題識別技術(shù)，使得無人機(jī)系統(tǒng)能夠自動(dòng)分析架空輸電線路上的問題，并生成巡檢報(bào)告，免去了人工分析的環(huán)節(jié)。

該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)時(shí)間很短，目前還存在很多缺陷：問題識別中，有相當(dāng)一部分問題還無法被量化判定，現(xiàn)在使用的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在識別問題時(shí)容易受問題類型相似性干擾，最終出現(xiàn)誤判，如絕緣子問題識別中，假設(shè)絕緣子上有明顯污跡，算法就會根據(jù)污跡是否存在、污跡存在位置特征來進(jìn)行判斷，這時(shí)絕緣子附近的污跡也可能被列入算法范圍，受非絕緣子上的污跡影響，算法可能會認(rèn)為絕緣子上存在污跡，需要進(jìn)行清理，此類現(xiàn)象還有很多，說明該項(xiàng)技術(shù)有待完善；問題分類。即為了保障問題識別技術(shù)能順利實(shí)施，電科院對架空輸電線路的常見問題進(jìn)行了分類，大體包括桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、大尺寸金具、小尺寸金具、基礎(chǔ)、通道環(huán)境、接地裝置、附屬設(shè)施，這是問題識別技術(shù)的實(shí)施基礎(chǔ)，技術(shù)系統(tǒng)可借助缺陷算法來進(jìn)行分類判斷。但在相關(guān)實(shí)踐測試中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的缺陷算法還不夠完善，尤其在效率與準(zhǔn)確性上不達(dá)標(biāo)，這也說明問題識別技術(shù)還有待研究。

綜上，通過分析可知，我國針對架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)提出了相對完善的技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)，但各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的水平還略顯不足、亟待加強(qiáng)。在關(guān)鍵技術(shù)方面，國內(nèi)架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)研究方向明確，提出了多種有良好應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵技術(shù)概念，但這些技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中均存在缺陷，甚至有部分還無法投入實(shí)際應(yīng)用。依照現(xiàn)有研究成果可知，這些技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，屆時(shí)能讓國內(nèi)架空輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)水平達(dá)到新的層次。