智能識(shí)別技術(shù)在無人機(jī)電力巡檢中的應(yīng)用研究

內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司航檢分公司 毛鵬飛 謝曉君 楊曉宇 臻迪科技股份有限公司 林 盟

電力線路容易受到環(huán)境因素的影響，當(dāng)線路產(chǎn)生問題會(huì)對(duì)供電造成阻礙，難以保證生產(chǎn)及生活的質(zhì)量。當(dāng)電力長(zhǎng)期暴露在外部環(huán)境下桿塔及線路自身都會(huì)受到破壞，還會(huì)導(dǎo)致安全事故。當(dāng)前電力巡檢工作中引入了無人機(jī)設(shè)備及現(xiàn)代化技術(shù)，借助無人機(jī)進(jìn)行巡檢能夠提升工作的效率，還可保證巡檢效果，其中智能識(shí)別技術(shù)發(fā)揮了重要的作用[1]。

1 無人機(jī)巡檢技術(shù)概述

無人機(jī)巡檢作為一種新的方式，使用可見光紅外熱像儀、遙感設(shè)備及數(shù)據(jù)相機(jī)等設(shè)備，能對(duì)輸電線路進(jìn)行巡視檢查。該方式在當(dāng)前的電力線路巡檢中應(yīng)用逐漸普及，在系統(tǒng)中包括以下部分，分別為能夠容納系統(tǒng)操作員的GCS，操作人員以及天線系統(tǒng)的接口，還有運(yùn)載有效載荷的多旋翼以及飛機(jī)與GCS之間的通訊系統(tǒng)，能夠向飛行器發(fā)送控制輸入并將信息有效載荷以及其他的數(shù)據(jù)返回到GCS。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是能用于電力巡檢的UAS系統(tǒng)架構(gòu)。無人機(jī)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)包括了飛行控制系統(tǒng)、有效載荷，可發(fā)揮出檢測(cè)的作用。其中多旋翼無人機(jī)中有飛行控制系統(tǒng)、有效載荷，飛行控制系統(tǒng)能進(jìn)行任務(wù)管理及信號(hào)融合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的飛行；有效載荷中包括了視頻發(fā)射器及攝像機(jī)[2]。

1.1 無人機(jī)系統(tǒng)

多旋翼直升機(jī)。在無人機(jī)中的多旋翼直升機(jī)部分，通過微處理器、慣性測(cè)量單元及GPS系統(tǒng)的構(gòu)成來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，其控制器可結(jié)合檢查任務(wù)執(zhí)行三種飛行模式，分別為手動(dòng)飛行、GPS固定位置、GPS導(dǎo)航。其中手動(dòng)飛行是用戶進(jìn)行駕駛；GPS固定位置是手動(dòng)飛行中維持一個(gè)姿勢(shì)以及GPS位置；GPS導(dǎo)航是無人機(jī)結(jié)合用戶在GCS中定義的坐標(biāo)路徑進(jìn)行自主飛行。多旋翼無人機(jī)需要具有高度非線性特點(diǎn)的動(dòng)力系統(tǒng)，借助推進(jìn)旋轉(zhuǎn)組進(jìn)行使用。在飛行過程中需使用掃射攝像機(jī)來獲取圖像，將圖像發(fā)送到GCS中，使工作人員對(duì)圖像進(jìn)行處理分析。

地面控制站。飛行中需對(duì)無人機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，GCS作為圖形用戶界面，可操縱多個(gè)飛行參數(shù)，能監(jiān)控及發(fā)送數(shù)據(jù)到無人機(jī)，發(fā)揮了管理飛行任務(wù)的作用，便于手動(dòng)控制直升機(jī)并顯示直升機(jī)。無人機(jī)與地面站之間的連接通過無線電調(diào)制調(diào)解器來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)GCS有一個(gè)任務(wù)界面可用于設(shè)置飛行路線。

1.2 視覺系統(tǒng)

包括了TIR相機(jī)及彩色相機(jī)，采用視覺算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，可定性檢查電力線的關(guān)節(jié)，依據(jù)的原理是，電力線接頭的溫度由于電力線接頭位置電阻率的提升與接頭溫度之間成正比，因此對(duì)電力線關(guān)節(jié)溫度差異進(jìn)行檢測(cè)可判斷其故障問題。為實(shí)現(xiàn)該功能，需要在空間上位于圖像中的位置去除熱圖像的背景，電力線的接頭位于前景中，通過溫度比較進(jìn)行判斷，當(dāng)三個(gè)接頭的溫度相同表明不存在故障問題，當(dāng)產(chǎn)生了不同溫度時(shí)會(huì)檢測(cè)到故障。應(yīng)用該方式需考慮到環(huán)境帶來的影響。使用該系統(tǒng)能對(duì)電力線進(jìn)行高效的檢查，這種方式具有安全可靠的特點(diǎn)。

另外該系統(tǒng)能在其他領(lǐng)域中發(fā)揮作用，能夠擴(kuò)展或適應(yīng)更加復(fù)雜的任務(wù)，例如電線定量紅外檢測(cè)、無人機(jī)噴火燒電力線飄掛物等。但這種系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中易受電磁干擾的影響。為避免此影響，應(yīng)在不同的導(dǎo)管或單獨(dú)電纜盤中運(yùn)行電源線、儀器信號(hào)線，在控制面板中拔出分離。當(dāng)儀表接線需要穿過電源線、應(yīng)以90度角度交叉，還應(yīng)保持一定的間隔。應(yīng)避免在儀器接線中形成環(huán)路，使電線直線運(yùn)行?？墒褂秒p絞屏蔽電纜運(yùn)行儀表信號(hào)，借助屏蔽環(huán)繞儀器來避免電磁干擾，能夠減少電磁干擾造成的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 無人機(jī)電力巡檢的優(yōu)勢(shì)

相比傳統(tǒng)的人工電力巡檢方式，應(yīng)用無人機(jī)巡檢模式有較多優(yōu)勢(shì)：無人機(jī)能夠垂直起飛及降落，不需要輔助設(shè)置，也不需要鋪設(shè)專門的跑道及機(jī)場(chǎng)，可在野外隨時(shí)起飛降落，便于進(jìn)行電力巡檢工作；無人機(jī)的飛行具有較高的精度，能根據(jù)工作需求來靈活調(diào)整，使巡檢更加全面，還可采用多種飛行模式全方面地檢查線路，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題能及時(shí)將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到控制中心，使控制中心對(duì)問題線路進(jìn)行分析，還可采取有效的措施避免故障問題的發(fā)生。無人機(jī)電力巡檢方式還可解決人工巡檢方式在復(fù)雜地形中難以實(shí)現(xiàn)的問題，因此使用的范圍比較大。

最后，無人機(jī)能應(yīng)用智能控制技術(shù)，結(jié)合巡檢工作的要求來對(duì)無人機(jī)的飛行高度、方向等進(jìn)行調(diào)整，有著良好的容錯(cuò)性，能適應(yīng)野外負(fù)責(zé)的飛行任務(wù)。同時(shí)無人機(jī)內(nèi)部可搭載其他設(shè)備，包括紅外熱像儀、高清攝像頭等設(shè)備，在紅外線成像儀的支持下能監(jiān)測(cè)輸電線路溫度，當(dāng)輸電線路的溫度存在異常時(shí)可及時(shí)進(jìn)行分析，使問題得到有效解決。而高清攝像頭能夠拍攝巡檢線路電力設(shè)備的運(yùn)行情況，還可將拍攝的圖片等發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心來對(duì)獲取到的圖像、視頻等開展分析，得到電力線路的實(shí)際情況。

2 智能識(shí)別技術(shù)在無人機(jī)電力巡檢中的實(shí)際應(yīng)用

智能識(shí)別技術(shù)在無人機(jī)電力巡檢中的應(yīng)用能為其提供便捷的條件，通過智能識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確定位、高清攝像頭等功能來加強(qiáng)巡檢工作的效果，巡檢過程中無人機(jī)系統(tǒng)能及時(shí)向地面控制站傳輸報(bào)告并報(bào)告相應(yīng)的情況[3]。在巡檢系統(tǒng)中包含了較多的子系統(tǒng)，在各系統(tǒng)的運(yùn)行支持下，無人機(jī)能順利完成巡檢工作任務(wù)并獲取到詳細(xì)的巡檢結(jié)果，為工作人員提供了相應(yīng)的參考依據(jù)。當(dāng)前智能識(shí)別技術(shù)在無人機(jī)電力巡檢中的應(yīng)用包括以下內(nèi)容。

電網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理。建設(shè)電網(wǎng)的過程中，高空墜落是一種常見的施工安全事故現(xiàn)象，電網(wǎng)線路監(jiān)管人員在實(shí)際工作中僅在地面開展檢測(cè)維護(hù)工作，難以了解到高空作業(yè)的情況，針對(duì)該現(xiàn)象，可采用搭載智能識(shí)別技術(shù)的無人機(jī)來對(duì)高空情況進(jìn)行圖像跟蹤采集，保證高空作業(yè)安全的前提下繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)，使電網(wǎng)線路的維護(hù)管理工作能夠順利開展。

電網(wǎng)巡檢。用智能識(shí)別技術(shù)的無人機(jī)能實(shí)時(shí)對(duì)線路環(huán)境情況信息進(jìn)行獲取，并準(zhǔn)確找出線路維護(hù)施工中存在的隱患因素，便于人員對(duì)線路設(shè)施進(jìn)行有效的調(diào)整，避免造成事故問題。進(jìn)行巡檢時(shí)，無人機(jī)可通過自身的可見光攝像機(jī)識(shí)別金屬物體，還可借助紫外成像儀來進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確識(shí)別出其中的設(shè)備安全情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中存在隱患問題時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理，使電網(wǎng)建設(shè)能夠順利地進(jìn)行。

電網(wǎng)應(yīng)急響應(yīng)。建設(shè)電網(wǎng)時(shí)，當(dāng)發(fā)生災(zāi)害時(shí)地面道路的暢通性會(huì)受到影響，導(dǎo)致交通安全問題，操作員在這個(gè)過程中難以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的巡查，為保證安全性可采用智能識(shí)別技術(shù)無人機(jī)來進(jìn)行問題巡查，借助該方式能更加高效地找到問題。當(dāng)前無人機(jī)能靈活地進(jìn)行巡檢工作，完成相應(yīng)的任務(wù)，當(dāng)發(fā)生災(zāi)害時(shí)可借助無人機(jī)技術(shù)來對(duì)輸電線路進(jìn)行巡檢，拍攝相應(yīng)的照片，定位施工線路產(chǎn)生問題的區(qū)域，并對(duì)輸電線路問題及時(shí)排查處理。

雷擊故障點(diǎn)排查。輸電線路巡查工作的開展需對(duì)線路、電力設(shè)備及輔助設(shè)施等所處的環(huán)境進(jìn)行巡查，對(duì)線路的運(yùn)行情況進(jìn)行了解，并找到線路運(yùn)行中可能存在的安全隱患，使其能正常工作。在進(jìn)行安全巡檢工作時(shí)采用智能識(shí)別技術(shù)可發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，使故障的排查效率得到提升，還可保證排查的準(zhǔn)確性。例如在雷擊故障追蹤查找中可借助智能識(shí)別技術(shù)無人機(jī)來實(shí)現(xiàn)，通常在產(chǎn)生雷擊故障后需采用人工望遠(yuǎn)鏡巡檢的方式，但該方式較落后，難以檢測(cè)到雷擊及懸式絕緣子串放電后的破壞痕跡，檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況不相符。采用人工檢驗(yàn)的方式會(huì)產(chǎn)生一些漏洞，導(dǎo)致檢查不到位，不能全面解決故障問題，而借助智能識(shí)別技術(shù)可發(fā)現(xiàn)絕緣子燒損及放電的痕跡，根據(jù)檢查結(jié)果來采取有效措施解決問題，使檢查工作順利完成。

地線斷股等細(xì)微缺陷確認(rèn)。通常情況下電纜距離地面較遠(yuǎn)，難以確定斷股數(shù)量。要想實(shí)現(xiàn)便捷的操作，應(yīng)在距離導(dǎo)線50m之外的地面上設(shè)置起降點(diǎn)，之后根據(jù)操作流程來找到缺陷的位置，使用智能無人機(jī)高清自動(dòng)攝影成像功能來進(jìn)行拍照，將其傳輸?shù)降孛婊?。操作人員可結(jié)合斷股的位置來跟蹤分析斷股點(diǎn)，及時(shí)了解地線缺陷產(chǎn)生原因，為之后的問題解決提供相應(yīng)的條件，使缺陷能夠盡快得到處理，保證線路的正常運(yùn)行。

3 無人機(jī)電力巡檢智能化平臺(tái)建立及未來發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前無人機(jī)技術(shù)發(fā)展水平得到了提升，但設(shè)備的精益化管理與業(yè)務(wù)發(fā)展要求之間仍不匹配，由于巡檢無人機(jī)的監(jiān)管中設(shè)備僅依靠表單化的信息管理模式，巡檢數(shù)據(jù)的保存較分散，缺少合理的共享手段，難以形成統(tǒng)一應(yīng)用及閉環(huán)管理，這使巡檢數(shù)據(jù)得不到多維度的分析及應(yīng)用，也難以為輸電線路運(yùn)維部門提供準(zhǔn)確的依據(jù)。借助人工智能、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)可建立一體化的無人機(jī)智能管控平臺(tái)，使業(yè)務(wù)得到規(guī)范，能實(shí)現(xiàn)管控的智能化目標(biāo)，加強(qiáng)管理的效果，使無人機(jī)巡檢工作的管理需求得到滿足，提升管理的水平，充分發(fā)揮出其作用。

管控平臺(tái)能夠作為輸電運(yùn)檢管理的數(shù)據(jù)中心及生產(chǎn)監(jiān)控中心，其中包括了電力巡檢、在線監(jiān)測(cè)、資源數(shù)據(jù)及人員等相關(guān)信息，還有設(shè)備的運(yùn)行情況以及氣象等數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)的融合及共享，借助全局化分析手段來分析輸電線路的運(yùn)行情況，并進(jìn)行智能分析及準(zhǔn)確定位，可完整地使輸電設(shè)備的運(yùn)行情況展示出來，還可呈現(xiàn)巡視情況、周期執(zhí)行情況，使運(yùn)檢指揮工作的進(jìn)行有相應(yīng)的參考依據(jù)。同時(shí)該平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)可視化需求，對(duì)無人機(jī)巡檢進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可進(jìn)行記錄回放、電網(wǎng)資源及結(jié)果的可視化呈現(xiàn)，使巡檢管理效果大大加強(qiáng)，提升管理的效率。

通過對(duì)無人機(jī)巡檢設(shè)備及人員進(jìn)行智能化管控，可協(xié)調(diào)機(jī)巡及人巡兩方面內(nèi)容，提升管控的能力，使運(yùn)檢能夠達(dá)到更高的水平，對(duì)巡視采集、數(shù)據(jù)分析及成果管理進(jìn)行全面改善，并加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的銜接性，可提升運(yùn)檢工作的質(zhì)量。通過建立運(yùn)檢工作內(nèi)業(yè)、外業(yè)結(jié)合體系使前后端數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，能保證運(yùn)檢工作的效果，使巡檢工作得到規(guī)范，提升作業(yè)的安全性，還可促進(jìn)輸電運(yùn)維工作的發(fā)展，使運(yùn)檢的效果能達(dá)到預(yù)期要求。通過對(duì)輸電運(yùn)檢模式的創(chuàng)新，充分利用信息化技術(shù)，能夠全面發(fā)揮出技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升管控的智能化水平。

在智能技術(shù)及5G通信技術(shù)等發(fā)展下，無人機(jī)電力巡檢能夠得到進(jìn)一步的改善，通過對(duì)技術(shù)進(jìn)行融合能完善無人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景的感知能力有所提升，還可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)智能識(shí)別及追蹤、智能飛行控制、自主決策等目標(biāo)，使無人機(jī)系統(tǒng)具有更加全面的功能，使其在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮出良好的效果。借助無人機(jī)系統(tǒng)在線環(huán)境感知及信息處理功能，全面感知巡檢環(huán)境，規(guī)避故障物，避免無人機(jī)在巡檢作業(yè)中受到外界環(huán)境影響。

無人機(jī)電力巡檢還可實(shí)時(shí)地進(jìn)行自主航線規(guī)劃，根據(jù)任務(wù)的內(nèi)容自主決策，并生成優(yōu)化的巡檢線路，能夠在更加復(fù)雜、開放的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無人機(jī)電力巡檢的智能化、多機(jī)協(xié)同巡檢的體系，為電力巡檢工作的優(yōu)化帶來了良好的條件，提升了巡檢的智能化水平，也使巡檢質(zhì)量得到保障，加強(qiáng)了供電的可靠性。通過對(duì)無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的不斷改善，創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)，能滿足更多的功能需求，使其發(fā)揮出更好的作用，不僅能為電力巡檢工作的創(chuàng)新提供有效的支持，還可充分發(fā)揮出各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使無人機(jī)的應(yīng)用有更大的發(fā)展空間。

綜上，無人機(jī)電力巡檢作為一種高效可靠的模式，在電網(wǎng)線路的維護(hù)管理中起到了重要的作用，由于無人機(jī)可與多種技術(shù)相互結(jié)合，通過一定的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)多種功能，因此應(yīng)將其充分應(yīng)用在電力巡檢工作之中。可借助智能識(shí)別技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理、電網(wǎng)巡檢、電網(wǎng)應(yīng)急響應(yīng)以及雷擊故障點(diǎn)排查等，使巡檢的效果得到改善，為電網(wǎng)管理帶來保障。