電網(wǎng)無人機(jī)巡檢技術(shù)應(yīng)用研究

李文樂

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司超高壓分公司大同分部，山西大同 037000）

0 引言

當(dāng)今時(shí)代，無人機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，為多個(gè)領(lǐng)域帶來了創(chuàng)新性應(yīng)用，為電網(wǎng)巡檢提供了前所未有的機(jī)會(huì)。國(guó)家電網(wǎng)敏銳地捕捉到這一趨勢(shì)，2020 年制定了《無人機(jī)智能巡檢作業(yè)體系建設(shè)工作方案》。這個(gè)方案不僅是對(duì)無人機(jī)新技術(shù)應(yīng)用的探索，更是對(duì)傳統(tǒng)電力巡檢模式的一次顛覆性創(chuàng)新。

運(yùn)用先進(jìn)無人機(jī)技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)處理和分析能力，構(gòu)建一個(gè)高效準(zhǔn)確的智能巡檢體系。而這一體系的建設(shè)不僅僅是技術(shù)層面的創(chuàng)新，更涉及管理和運(yùn)營(yíng)的深度變革。首先，國(guó)家電網(wǎng)提出了以無人機(jī)為主導(dǎo)的協(xié)同自主巡檢模式，這意味著在未來的電力巡檢中，無人機(jī)將扮演主角，大大提高巡檢的效率和安全性。與此同時(shí)，這種模式還強(qiáng)調(diào)了協(xié)同作業(yè)，即通過各種技術(shù)手段和管理策略，確保無人機(jī)、人工智能以及其他相關(guān)技術(shù)的高效整合與協(xié)作。

國(guó)網(wǎng)電力輸出明確以提升無人機(jī)自主巡檢作業(yè)和智能分析能力為核心目標(biāo)。這表明，未來的電力巡檢不僅僅是簡(jiǎn)單地采集圖像和數(shù)據(jù)，更重要的是能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和問題。為了支撐這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，方案還提出了完善無人機(jī)智能巡檢作業(yè)的管理體系和技術(shù)支持體系，確保從技術(shù)到管理，從策略到執(zhí)行，整個(gè)體系都能夠高效運(yùn)作。

1 應(yīng)用無人機(jī)電力巡檢技術(shù)的重要性

隨著電力網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和覆蓋范圍的擴(kuò)大，輸電線路的巡檢和維護(hù)顯得尤為重要。大型電力網(wǎng)絡(luò)不僅覆蓋廣泛的地理區(qū)域，還常常面臨各種各樣的天然環(huán)境和人為挑戰(zhàn)。從平原到高山，從沙漠到雨林，電力線路往往經(jīng)過最為險(xiǎn)峻和惡劣的地形，這給巡檢工作帶來了巨大的難度。

由于各種地理和氣候條件，輸電線路、電線桿和鐵塔的運(yùn)行環(huán)境往往相對(duì)惡劣。例如，在高山或丘陵地帶，巡檢人員需要攀登或長(zhǎng)時(shí)間徒步，以到達(dá)線路或鐵塔的位置。此外，由于電力網(wǎng)絡(luò)的廣泛分布，巡檢人員需要長(zhǎng)時(shí)間在戶外工作，面對(duì)風(fēng)吹日曬、雨淋雪打等自然條件。這不僅給他們的身體健康帶來風(fēng)險(xiǎn)，也增加了工作的難度和時(shí)間。然而，巡檢的重要性是不可或缺的。電力線路和相關(guān)設(shè)施的維護(hù)狀況直接關(guān)系到電力的穩(wěn)定供應(yīng)和用戶的安全。任何小小的故障或損壞都可能導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷或電力事故。因此，及時(shí)準(zhǔn)確地檢查并維護(hù)電力線路和設(shè)施，對(duì)于電力公司和用戶來說都是至關(guān)重要的。

但在實(shí)際操作中，由于人員、物資和技術(shù)的限制，傳統(tǒng)的巡檢方式往往難以滿足需求。尤其是在廣大的農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)，地形和氣候的挑戰(zhàn)使巡檢工作難度大大增加。這不僅影響了電力的穩(wěn)定供應(yīng)，也給電力公司帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)壓力，因此可以用無人機(jī)巡檢代替偏遠(yuǎn)山區(qū)人工技術(shù)。

在各級(jí)城市中，生產(chǎn)一線線路檢查的人員較少，國(guó)網(wǎng)電線則綿延數(shù)千公里。雨雪等氣候環(huán)境較差，電力傳輸功能可能會(huì)受到削弱，因此線路檢查工作很難很好地完成。

在這樣的背景下，無人機(jī)技術(shù)的引入無疑為電力巡檢帶來了革命性的變革。作為一種新型的電檢工具，無人機(jī)集成了多種先進(jìn)技術(shù)，如無線遙控、自動(dòng)導(dǎo)航和高清攝像等，使其在電力巡檢中顯示出卓越的性能。無人機(jī)的遠(yuǎn)程控制能力意味著巡檢人員不再需要親自到達(dá)線路或鐵塔的位置，而只需要在地面操作無人機(jī)，即可完成巡檢任務(wù)。這大大減少了人員的體力消耗和安全風(fēng)險(xiǎn)，也縮短了巡檢的時(shí)間和成本。

無人機(jī)的高清攝像技術(shù)可以為巡檢人員提供清晰準(zhǔn)確的圖像信息。這不僅使員工能夠更加詳細(xì)地檢查線路和設(shè)備的狀況，也消除了傳統(tǒng)巡檢中肉眼視覺偏差和光學(xué)器件性能問題帶來的誤差。無人機(jī)的低成本和可操控性，使其成為電力巡檢的首選工具。與傳統(tǒng)的人工巡檢相比，使用無人機(jī)可以大大減少人力、物資和時(shí)間的消耗，也大大提高了巡檢的精確性和效率。

無人機(jī)技術(shù)的引入為電力巡檢帶來了革命性的變革。其高效、安全、準(zhǔn)確的性能不僅滿足了電力公司的需求，也為用戶帶來了穩(wěn)定、安全的電力供應(yīng)。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，無人機(jī)在電力巡檢中的作用將會(huì)更加突出，也將為電力行業(yè)帶來更多的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。

2 電網(wǎng)無人機(jī)巡檢關(guān)鍵技術(shù)

2.1 續(xù)航技術(shù)

由于無人機(jī)具備一定的通信中繼、邊緣計(jì)算等功能，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)半自動(dòng)蛙跳式巡檢。固定式機(jī)巢一般安裝于供電所或固定線路桿塔，根據(jù)巡檢任務(wù)無人機(jī)自動(dòng)起飛，在完成巡檢任務(wù)后自動(dòng)降落至機(jī)巢中進(jìn)行充電，同時(shí)通過機(jī)巢進(jìn)行初始數(shù)據(jù)處理并將數(shù)據(jù)上傳至巡檢監(jiān)控平臺(tái)，該模式最大限度地實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)自主巡航。

2.2 數(shù)據(jù)收集技術(shù)

數(shù)據(jù)收集技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)、AI 技術(shù)、人工智能、5G、邊緣計(jì)算、云計(jì)算等，它們?cè)跓o人機(jī)智能巡航中扮演著重要的角色，這些技術(shù)的全面發(fā)展和綜合運(yùn)用是實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人機(jī)智能自主巡航的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，使無人機(jī)能夠?qū)崟r(shí)獲取大量的數(shù)據(jù)。AI 技術(shù)和人工智能則賦予了無人機(jī)自主決策和智能分析的能力，使其能夠更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境。5G 技術(shù)提供了高速穩(wěn)定的通信支持，邊緣計(jì)算和云計(jì)算則可以處理和存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。這些技術(shù)的協(xié)同作用可以進(jìn)一步提升輸電線路巡檢工作的效率，確保電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。因此，無人機(jī)需要多領(lǐng)域技術(shù)協(xié)同發(fā)展，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的電網(wǎng)巡檢需求。

2.3 自主巡檢技術(shù)

在現(xiàn)代電力輸電體系中，無人機(jī)技術(shù)的引入被視為一種創(chuàng)新手段，它能夠幫助工程師和技術(shù)人員更高效、安全地檢查和維護(hù)輸電線路。值得注意的是，不同地理和氣候條件下的輸電線路巡檢，都對(duì)無人機(jī)技術(shù)提出了不同的需求和挑戰(zhàn)。例如，地形地貌的復(fù)雜性、不穩(wěn)定的風(fēng)速和風(fēng)向等因素，都會(huì)對(duì)無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性和拍攝質(zhì)量產(chǎn)生影響。此外，由于無人機(jī)的軟硬件條件限制，如續(xù)航能力、重量和尺寸等，使其無法滿足長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的巡檢需求。這意味著，傳統(tǒng)的無人機(jī)巡檢模式往往需要人工干預(yù)，且需要多次更換無人機(jī)和電池，增加了作業(yè)的復(fù)雜性和成本。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了一種輸電線路無人機(jī)自主巡檢的解決方案。首先，通過固化作業(yè)點(diǎn)和建立標(biāo)準(zhǔn)化航線庫(kù)，無人機(jī)可以自主執(zhí)行巡檢任務(wù)，無需人工干預(yù)。用戶只需在無人機(jī)運(yùn)維管控系統(tǒng)中一鍵觸發(fā)巡檢任務(wù)，無人機(jī)就會(huì)自動(dòng)飛行、拍攝，并實(shí)時(shí)回傳巡檢視頻。此外，運(yùn)維管控系統(tǒng)還可以自動(dòng)下載巡檢圖像，分類、分析并生成巡檢報(bào)告，大大減少了人工篩選、識(shí)別和存儲(chǔ)的工作量。

無人機(jī)自主巡檢技術(shù)的引入，不僅提高了巡檢的效率和準(zhǔn)確性，還大大降低了運(yùn)維人員的工作難度。傳統(tǒng)的無人機(jī)巡檢需要專業(yè)的操控技能，而自主巡檢技術(shù)則允許運(yùn)維人員擺脫煩瑣的數(shù)據(jù)整理工作，將更多的精力投入輸電專業(yè)核心技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究中。實(shí)際應(yīng)用中，自主巡檢技術(shù)還顯示出對(duì)電力通道隱患的高效治理和檢查能力。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)自主巡檢技術(shù)將更加完善，更多的功能和特性將被引入，如智能識(shí)別、自動(dòng)決策等。這將進(jìn)一步提高無人機(jī)在電力輸電線路巡檢中的作用和價(jià)值，也將為電力行業(yè)帶來更多的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。

2.4 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別作為現(xiàn)代技術(shù)的一部分，對(duì)紅外成像、紫外成像以及POS 系統(tǒng)進(jìn)行深度判讀。這種技術(shù)能夠準(zhǔn)確地找出線路中的微小問題，并及時(shí)地進(jìn)行修復(fù)。這不僅提高了線路的安全性，還能大大減少由于設(shè)備故障導(dǎo)致的電力停供時(shí)間。在電力巡檢中，采集的數(shù)據(jù)量巨大。為了提高數(shù)據(jù)處理的效率，多傳感器立體過濾技術(shù)應(yīng)用而生。它可以對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速有效的過濾，只保留對(duì)巡檢有意義的數(shù)據(jù)，從而大大提高了工作效率。

深度學(xué)習(xí)模型，特別是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），已經(jīng)在圖像識(shí)別領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。這些模型可以自動(dòng)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)特征，并進(jìn)行準(zhǔn)確的分類。在電力巡檢中，這意味著可以自動(dòng)識(shí)別出線路中的各種缺陷，如裂紋、腐蝕等，從而大大提高巡檢的準(zhǔn)確性和效率。電力線路周圍的環(huán)境變化快速，導(dǎo)致圖像背景復(fù)雜，增加了圖像識(shí)別的難度。為了解決上述問題，研發(fā)人員正在探索多種優(yōu)化策略。其中之一是增強(qiáng)學(xué)習(xí)，它可以使無人機(jī)在飛行中自動(dòng)調(diào)整其飛行姿勢(shì)，以獲得最佳的拍攝效果。引入更先進(jìn)的圖像識(shí)別算法，如遷移學(xué)習(xí)，可以幫助模型更好地適應(yīng)復(fù)雜的背景，從而提高識(shí)別的準(zhǔn)確性。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)和圖像處理技術(shù)將在電力巡檢中發(fā)揮更大的作用。不僅能夠提高巡檢的效率，還能大大降低人為因素帶來的風(fēng)險(xiǎn)，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

3 無人機(jī)巡檢技術(shù)在電網(wǎng)傳輸中的應(yīng)用

3.1 植被管理應(yīng)用

在電網(wǎng)管理中，植被的控制至關(guān)重要，因?yàn)檫^近的植被可能對(duì)電力線路造成威脅。傳統(tǒng)的植被管理方法依賴于地面觀察和載人飛機(jī)巡查，這些方法不僅成本高昂，而且在復(fù)雜地形中的準(zhǔn)確性有限，無人機(jī)可以提供一種高效的解決方案。

無人機(jī)能快速掃描電力線路走廊，并創(chuàng)建精確的二維和三維模型，這些模型能夠測(cè)量植被與電線之間的準(zhǔn)確距離，從而幫助電力公司設(shè)置安全的間隔。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于，無人機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)覆蓋大面積區(qū)域，且在數(shù)據(jù)獲取和處理上遠(yuǎn)比傳統(tǒng)方法高效。

通過使用無人機(jī)，電網(wǎng)公司能夠更有效地管理植被，減少由植被引起的電網(wǎng)故障和停電事件，提高電網(wǎng)的整體可靠性和安全性。

3.2 詳細(xì)檢查與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

詳細(xì)檢查是電網(wǎng)巡檢中的一個(gè)核心環(huán)節(jié)，涉及對(duì)電網(wǎng)構(gòu)件的細(xì)致審查。在傳統(tǒng)巡檢模式中，這一過程不僅耗時(shí)而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，因?yàn)闄z查人員需要親自檢視每個(gè)電塔的所有組件。此外，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，傳統(tǒng)檢查所收集的數(shù)據(jù)難以進(jìn)行自動(dòng)化分析和缺陷識(shí)別。

無人機(jī)技術(shù)在此方面進(jìn)行了顯著改進(jìn)。無人機(jī)可以被編程執(zhí)行自動(dòng)化飛行路線，以高精度檢查高聳的電網(wǎng)資產(chǎn)。它們能夠創(chuàng)建詳細(xì)的3D 點(diǎn)云圖，無需人工操作員冒險(xiǎn)攀爬高空，大大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，無人機(jī)攜帶的高分辨率攝像頭和傳感器可以捕獲電網(wǎng)構(gòu)件的每一個(gè)細(xì)節(jié)，無論是腐蝕、裂紋還是其他形式的損傷。

無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)具有高度的標(biāo)準(zhǔn)化，這意味著這些數(shù)據(jù)可以被直接輸入分析軟件中，自動(dòng)識(shí)別潛在的缺陷和問題。這種標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)輸出極大地提高了巡檢的效率，減少了人為錯(cuò)誤，并且使電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商能夠更快速、準(zhǔn)確地做出維護(hù)和修復(fù)決策。

通過無人機(jī)技術(shù)，電網(wǎng)巡檢過程變得更加閉環(huán)和高效。從數(shù)據(jù)的收集、處理到故障的診斷和響應(yīng)，每個(gè)環(huán)節(jié)都得到了優(yōu)化，確保了數(shù)據(jù)的完整性和巡檢的高效率。

3.3 熱成像檢查

熱成像檢查在電網(wǎng)巡檢中起著至關(guān)重要的作用，它幫助識(shí)別因過熱可能導(dǎo)致的電網(wǎng)問題。在無人機(jī)技術(shù)出現(xiàn)之前，這種檢查通常依賴于地面設(shè)備或昂貴的直升機(jī)巡檢，這些方法不僅成本高，而且難以覆蓋所有高大結(jié)構(gòu)，反應(yīng)時(shí)間較慢。

無人機(jī)改變了熱成像檢查的方式，配備了放射熱傳感器的無人機(jī)可以從多個(gè)角度捕捉電網(wǎng)資產(chǎn)的圖像，這不僅提高了檢查的全面性，也增強(qiáng)了檢查的精確性。無人機(jī)的操作簡(jiǎn)單快捷，能夠迅速起飛，不受復(fù)雜設(shè)置要求的限制，對(duì)電網(wǎng)的響應(yīng)更為及時(shí)。

在進(jìn)行熱成像檢查時(shí)，無人機(jī)可以提供關(guān)于電網(wǎng)資產(chǎn)的可視化和實(shí)時(shí)溫度讀數(shù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于快速識(shí)別問題至關(guān)重要，如過熱的變壓器或有缺陷的絕緣體，通過實(shí)時(shí)捕捉這些信息，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可以迅速采取行動(dòng)，進(jìn)行必要的維護(hù)或更換，從而預(yù)防可能的故障和停電。

無人機(jī)的靈活性允許它們?cè)趶?fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行操作，如高山或密林地區(qū)，這些區(qū)域?qū)τ趥鹘y(tǒng)熱成像方法來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，無人機(jī)不僅提升了熱成像檢查的效率，還擴(kuò)大了巡檢的范圍，保證了電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性。

3.4 故障檢查與響應(yīng)

電網(wǎng)系統(tǒng)中的故障檢查是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它要求快速準(zhǔn)確地識(shí)別和響應(yīng)潛在的問題，以避免更大規(guī)模的電力中斷或設(shè)備損壞。在無人機(jī)技術(shù)未被廣泛應(yīng)用之前，這一過程主要依賴于人工巡檢和地面設(shè)備，這些方法不僅耗時(shí)，而且很難涵蓋所有可能的故障點(diǎn)。

無人機(jī)為故障檢查帶來了顯著的改進(jìn)。由于其獨(dú)特的空中視角，無人機(jī)能夠快速地捕捉電網(wǎng)資產(chǎn)的全貌，這使得檢查團(tuán)隊(duì)能夠迅速準(zhǔn)確地定位任何故障，從而及時(shí)采取必要的維護(hù)或修復(fù)措施。這種快速反應(yīng)的能力在緊急情況下尤為重要，因?yàn)榧皶r(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)故障能夠顯著減少由停電引起的損失。

3.5 夜間巡檢解決方案

夜間巡檢是電網(wǎng)管理中一個(gè)特別具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。在光線不足的情況下，傳統(tǒng)的巡檢方法效率低下，且風(fēng)險(xiǎn)較高。人工巡檢在夜間視線受限的條件下難以執(zhí)行，而使用載人飛機(jī)或地面車輛進(jìn)行巡檢則成本昂貴且效果有限。無人機(jī)技術(shù)為這一挑戰(zhàn)提供了有效的解決方案。

配備了探照燈和熱傳感器的無人機(jī)能夠在低光照條件下，甚至在夜間進(jìn)行有效的巡檢。這些設(shè)備使無人機(jī)能夠清晰地捕捉到電網(wǎng)設(shè)施的圖像，即使在環(huán)境光線極為有限的情況下也可以進(jìn)行巡檢。

無人機(jī)在夜間巡檢中的使用大大提高了巡檢的安全性和有效性。通過遠(yuǎn)程操作無人機(jī)，減少了工作人員在夜間或惡劣天氣條件下的直接暴露風(fēng)險(xiǎn)。此外，無人機(jī)的靈活性和機(jī)動(dòng)性使得它們可以迅速部署到關(guān)鍵地點(diǎn)，執(zhí)行必要的檢查工作，打破了傳統(tǒng)巡檢方法的局限。

通過無人機(jī)進(jìn)行的夜間巡檢不僅提高了電網(wǎng)資產(chǎn)的監(jiān)測(cè)頻率，還為電網(wǎng)管理提供了額外的層次，確保了電網(wǎng)在24 小時(shí)內(nèi)的連續(xù)安全運(yùn)行。這種全天候的監(jiān)控能力對(duì)于預(yù)防故障和及時(shí)響應(yīng)至關(guān)重要。

4 結(jié)語(yǔ)

通過利用無人機(jī)進(jìn)行巡檢，可以有效地解決傳統(tǒng)巡檢方法無法解決的問題。在電力輸送領(lǐng)域，傳統(tǒng)的巡檢方式早已無法滿足現(xiàn)代社會(huì)日益增長(zhǎng)的需求，特別是在高壓電力線巡檢方面，無人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為此問題提供了一個(gè)創(chuàng)新的解決方案。與傳統(tǒng)方式相比，無人機(jī)技術(shù)在巡檢高壓電力線時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它可以覆蓋更廣闊的區(qū)域，而且可以更快速地完成任務(wù)。無人機(jī)可以在各種天氣和地理環(huán)境下工作，大大提高了巡檢的靈活性和可靠性。無人機(jī)還可以攜帶多種傳感器，如紅外線、紫外線和高分辨率相機(jī)等，能夠捕捉到傳統(tǒng)方法遺漏的問題。

無人機(jī)技術(shù)為電力輸送領(lǐng)域帶來了革命性的改變。它不僅提高了工作效率，降低了成本，還為確保電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支持。因此，這是一個(gè)值得繼續(xù)深入研究和推廣的領(lǐng)域。