一種輸電線路無人機“巢
------巢”巡檢新模式

（國網江西省電力有限公司贛西供電分公司，江西新余 338025）

0 引言

架空輸電線路是電網的重要組成部分，而架空輸電線路巡視又是線路運維工作的重點。巡視的頻度、準確率越高，成果越及時全面，線路設備管控水平就會越高，這也是輸電運檢工作精益化管理的要求和行業發展方向。

目前輸電線路巡視已由以往單純的依靠人工地面巡視，發展成為了無人機+人工+直升機的協同立體巡檢模式。雖然巡視的效率有了提高，但是無人機巡視仍然存在著一些不足，制約著輸電線路巡視向自主化、智能化方向發展。

1 目前的無人機巡檢模式

以國網江西省電力有限公司贛西供電分公司為例，目前的無人機巡檢模式主要以無人機智能操控終端APP為平臺，在飛行的過程中按照設定的高程、拍攝角度、拍攝頻率對輸電線路設備、通道進行持續拍攝。智能操控終端APP主要功能模塊有通道巡視、樹障巡視、快速測繪和全景采集等。

首先作業人員根據線路長度規劃好線路的若干個作業點，然后通過乘坐車輛到達作業點，釋放無人機進行作業。無人機作業完成后手動控制降落，前往下一個作業流程。

現場巡視完成后，作業人員需對無人機拍攝回來的照片進行人工整理分析處理，然后形成巡視報告發送至相關人員。

2 現有無人機巡檢模式的不足

從現場飛行至人工數據處理，目前的無人機巡視模式依然存在以下不足：

1）無人機巡線方案不夠智慧，飛機起降、數據拷貝、數據處理等環節還需要人工干預，耗費大量人力。

2）無人機作業路途及轉場耗時耗力，每天車旅時間就占工作時間約3/8；

3）寒冬酷暑期間，輸電人員依然需要在野外艱苦開展機巡作業；

4）數據處理及時性、準確性還不夠，尤其在特殊天氣、特殊時期例如鳥害高發期等需要頻繁開展特殊巡視時。

3 無人機巢-巢巡檢新模式

3.1 巢-巢巡檢模式介紹

無人機“巢-巢”巡檢新模式為：在有條件的變電站或桿塔部署無人機機巢，通過遠程發送指令控制，實現輸電線路無人機遠程無人自主巡視。新的巡檢模式融合了無人機控制技術、人工智能圖像識別技術、4G通信技術、云計算技術等相關領域前沿技術，實現無人機自動巡視、數據自動處理分析、成果自動上傳，無需人工干預，詳見圖1。

圖1 “巢-巢”智慧巡檢流程示意圖

具體內容為：1）在變電站或桿塔建設全方位遠程監控的無人值守機場（機巢），在運檢部辦公室建設中央控制系統；2）在云端部署監控平臺進行監管，并預留空域管理接口便于接受相關部門的監管；3）采用長航時無人機（航時不小于50 min，單向巡航里程不小于30 km）。通過中央控制系統遠程管理機巢系統、無人機設備和氣象站等輔助設備，遠程發送指令，控制無人機自動開機、起飛、按航線自主飛行拍照，完成任務后異地精準降落；控制機巢系統進行自動充電、數據自動傳輸；控制云端對數據自動智能分析、成果自動上傳管控平臺。

“巢-巢”巡檢技術關鍵點包括無人機續航、無人機遠程控制、數據自動傳輸、數據自動智能分析、遠程精準起降等。經過深入研究，利用長航時電池解決了無人機續航問題；利用4G通信控制技術解決無人機遠程控制和無線數據傳輸問題；利用深度學習人工智能圖像識別技術解決了數據自動智能分析問題，利用多傳感器技術解決了遠程精準起降問題。

3.2 巢-巢巡檢模式創新點

1）無人機平臺：無人機平臺包括全方位遠程監控的無人值守機場（機巢）、中央控制系統、長航時無人機。詳見圖2。

（1）機巢配備充電樁，氣象站、數據傳輸模塊等，具備自動充電、氣象監控、安全防護、狀態監控、實時通信、數據自動傳輸等功能。

圖2 無人值守機場展示圖

（2）中央控制系統（見圖3）可遠程發送指令，控制無人機自動開機、起飛、按航線自主飛行拍照，完成任務后異地精準降落。控制機巢系統進行自動充電、數據自動傳輸。控制云端進行數據智能分析、成果自動上傳管控平臺等。

圖3 中央控制系統界面

（3）基于智能充電技術與長航時電池，采用的U880（見圖4）長航時無人機航時不小于50 min，單向巡航里程不小于30 km，充電時間約20min，可搭載可見光或紅外云臺相機、內置微型PC和4G通信模塊，可實現4G遠程控制、在“變電站”傳輸數據的同時自動充電。

圖4 U880四旋翼無人機

2）圖像識別模塊：深度學習人工智能圖像識別技術能夠解決數據自動智能分析問題。基于卷積神經網絡技術的圖像自動識別軟件如圖5所示：

圖5 圖像自動識別軟件界面

不同于以往簡單的圖像對比識別，基于深度卷積神經網絡的電力巡檢圖像目標智能識別算法采用“端對端”的特征學習，通過多層處理機制揭示隱藏于數據中的非線性特征。能夠從大量訓練集中自動學習全局特征（這種特征被稱為“學習特征”），是其能夠在影像中自動提取目標重要原因。具有強大的自學能力、容錯能力、無需事先假設概率模型等特點。通過該技術可高效智能識別如施工外破、漂浮物、速生樹種、鳥窩等缺陷隱患，能夠將結果形成工單直接推送到相應班組移動作業端，真正做到及時準確，見圖6。

圖6 智能識別效果

3）遠程4G通信控制模塊：通過4G網絡實現遠程實時通信和控制（見圖7、8），作業人員在辦公室通過中央控制系統遠程給無人機下發任務及控制，同時遠程獲取無人機的飛行信息、實時影像等，實現云平臺超視距控制無人機，保證無人機+機槽+云平臺的互聯互通。此外無人機每條航線都是通過4G+云監控平臺監管，使飛行更加安全高效。

圖7 4G+云監控示意圖

4）遠程精準起降模塊：通過RTK差分、可見光引導降落、紅外引導降落、雷達避障、光流測速、雙目避障等多種先進技術保障飛行安全并引導無人機實現遠程精準降落。

圖8 多傳感器示意圖

5）全方位安全保障體系：（1）硬件保障。無人機本體，防護性能采用抗風7級、IP54等級設計，適應更復雜的作業環境，飛行可靠性大大增強。機巢，防潮防蟲設計，避免雨水昆蟲侵擾；充電保護設計，避免電池過充防止火災。（2）軟件保障。飛控系統，冗余飛控設計，飛行更加安全、精準；增加飛行前安全檢查關口，避免帶傷飛行；遠程控制系統：數據2道冗余備份；雙密鑰啟動設計，只有通過中央認證與現場認證才能開始飛行，避免黑客侵入與擅自飛行。

4 巢-巢巡檢模式效果分析

1）更少的人力、物力投入。通道巡視無需人員乘車到現場作業，在中央控制室即可實現機群作業、數據自動處理反饋，實現了人力資源、車輛的節約。

2）更高效的作業能力。每架無人機均可遠程操作異地起降，單架次作業里程超過30 km，省去無人機返航耗時、人員轉場時間。

3）更快速的工作響應、更及時的成果反饋。只要天氣條件允許，計劃下達即可執行，一鍵啟動任務。成果在很短時間內即可回傳，實現輸電線路巡視即時服務模式。

4）更安全的保障體系。融合多種先進技術，具備氣象監控、安全防護、狀態監控、實時通訊等功能，滿足安全規程作業要求。具備云監控平臺，未通過云監控平臺的無人機不能起飛，預留空域管理接口便于接受相關部門的監管。

5）巡檢新模式的運用提升了輸電線路設備狀態管控力，大幅減少線路跳閘次數和停電時長，保障電網安全穩定運行，為社會經濟發展、人民日常生活用電打下堅實基礎。

2018年初，贛西公司在新余南部輸電網架密集的地區選擇了220 kV白沙變、珠珊變和110 kV坂橋變作為基站，覆蓋了新余南部近400 km架空輸電線路，實現輸電線路“巢-巢”智慧巡檢。

5 結語

1）“巢-巢”巡檢模式能夠實現輸電線路無人機完全自主化巡視。此外，通過智慧巡檢作業的開展，飛行作業頻次大幅增加，快速積累海量線路通道各種狀態數據，以大數據平臺為支撐，為輸電線路狀態管控、運行分析與檢修決策打下堅實基礎，同時也會推動圖像智能識別、狀態預警等技術發展。

2）對于大多數地市級公司，現狀和贛西公司相似，巢-巢巡檢模式能夠推廣出去。通過后期對高電壓等級線路的測試與驗證，可逐步應用于更高電壓等級的更長線路上，在電力系統可大范圍推廣。