水電廠無人機智能巡檢技術的應用

柳玉賓，紀宇飛，梁振飛，王 勇，周宏利

（1.華電電力科學研究院有限公司北京分院，北京 100045；2.華電湖北發電有限公司新能源分公司，湖北 武漢 430062）

水電廠在人們生活中有著重要的作用，水電廠的運行情況將影響著人們生活中使用水電的質量水平。為了提高發電設備的巡檢質量，不斷加強巡視技術的創新，現階段，無人機智能巡檢技術已在水電廠巡視工作中廣泛應用。無人機具備低成本、高效率、高安全性等技術優勢，在實際巡視中，無需復雜的操作步驟，操作人員很容易上手，極大程度地減少了工作人員的工作負擔。本文對水電廠中無人機智能巡檢技術的應用進行了詳細的分析和探討，進一步提高無人機在水電廠巡查中的應用質量和效率。

1 巡檢無人機對智能型水電廠建設的重要性

隨著經濟的發展，多數的水電廠已經實現了自動化和智能化，對水電廠的設備檢測主要依靠于各個單元的監測控制進行，逐步實現了全面的智能化控制，減少了相關工作人員的工作壓力。但是各個單元系統往往會出現不統一的情況，工作人員不能實時保持對現場的巡查和監控，導致監測死角的存在[1]，存在較大的質量漏洞，嚴重影響水電廠的穩定運行，設備故障不能及時發現和處理，任其發展下去，便會引發較大的安全事故。為了保證水電廠中的各個環節的設備均能得到全方位的巡視，需要利用無人機智能技術的支持。水電廠的危險故障排解及較多的復雜電力結構的巡視均需要使用無人機，從而提高巡視質量和效率，保證巡視安全。

2 無人機在水電廠巡視中的制約因素

2.1 續航能力不足

無人機具有兩種類型，一種是純電動無人機，另一種便是油電混合的無人機，而無人機的續航能力則是工作人員最為在意的內容。如果在巡視過程中，沒有完成巡視目標就由于電量耗盡而停止工作，便會降低工作效率。通常情況下，純電動無人機的續航時間為0.5 h，油電混合無人機續航能力為2 h，但是混油性無人機隱患較大，可能會在運行的過程中發生爆炸現象，使得智能無人機推廣存在一定限制。

2.2 飛巡空域限制條件較多

無人機在巡查的過程中需要在高空中進行，由于現階段空域管制嚴格，水電廠在高空作業時，申請流程復雜且周期長，將會延誤巡查時間。設置的空域管制機構較多，具體的管轄位置不明確，并且相關的機構管理人員滿足不了咨詢需求，通訊占線率高，飛巡空域限制條件多，導致無人機巡視施工無法順利開展。因此，需要優化空域申請的管理流程，提高申請效率。

2.3 圖像傳輸距離短

工作人員需要對無人機在巡視過程中拍攝的圖像繼續進一步的分析和探討，但是受到外界條件的影響，無人機信號受到干擾，便會降低圖像傳輸質量。在多建筑或者郊區區域進行巡視，只能保持2km左右的圖像傳輸。無人機在巡視過程中易被桿塔線或植被遮擋，嚴重限制了傳輸距離，只能保持在1 km內，降低了巡視質量。

2.4 信號容易被干擾

自主巡檢是對無人機的基本要求，是實現智能化的重要標準，無人機在執行自主巡視程序時，需要較強的RTK網絡信號的支持[2]，但是在水電廠中網絡信號不穩定，導致自主巡檢不能順利地完成巡視目標，嚴重影響對水電廠設備的檢測效果。

2.5 手動無人機電力巡檢效果差

為了保證圖像數據滿足生產需求，某些水電廠使用的是手動無人機對電力進行巡檢。此過程中，需要保證輸電線路通道和桿塔本體巡視軌道達到要求，由專業的工作操作人員進行控制無人機飛行，避免高電壓帶來較大的風險。

2.6 數據存儲容量不足

無人機在巡視的過程中需要對不同的地方進行精確的拍攝，并及時保存。隨著水電建設規模的壯大，無人機的儲存量不足以滿足巡視要求，無法進行后續的巡視工作，因此需要配置大容量分布式陣列存儲器，保證無人機正常運行。

3 應用優化策略

無人機智能巡視逐漸代替了傳統人工巡視，不僅順應了時代的發展，并且在水電廠巡視過程中占據了技術優勢，解放勞動力。通過實踐發現，其巡視效果可以滿足巡視基本要求，并且還降低了線路運行維護成本。面對復雜且危險系數較高的輸電設備，可以利用無人機對線路本體運行狀態進行精準把控，保護了工作人員的生命安全，提高線路抗風險水平。

3.1 利用“巢-巢”巡檢新模式

為了解決無人續航能力差這一問題，可以在線路及供電密集的區域內設置變電站部署無人機機巢，供無人機進行補電。建立無人機機巢主要依靠激光導航、視覺識別、R TK精確定位等技術豐富其功能[3]，以達到幫助無人機提高續航能力的目的。當無人機的續航狀態不佳時，可以在無人機機巢的條件下，實現精準降落，并自主更換電池，以滿足無人機的用電要求，實現快速充放電等功能。主要以遠程指令實現“巢-巢”，便可以持續為無人機進行續航，保證重要負荷地區水電廠的穩定巡視。

3.2 “5G+”通信實現低延遲

現階段，無人機的網絡信號使用的是4G模式，在實際應用中，信號存在200 ms左右的延遲，導致在巡視的過程中，往往會因為網絡延遲不能精準懸停和精準拍攝，無法保證獲取數據的準確性，飛行時還會出現碰撞等事故。目前，5G通信技術已經被廣泛推廣，具有低延遲、高效等優勢，可以充分應用到無人機中，極大程度地提高了無人機自主巡檢影像數據采集的精準度，更加精確地控制其飛行軌道，保證巡檢過程的安全可靠，避免了信號不穩定的問題出現。

3.3 超短波遠程高清圖傳技術

壓縮算法可以實現對圖像的壓縮，在無人機中得到了一定應用，并且可以提高巡檢圖像傳輸的效率，但是不能保證圖像的清晰度。在外界環境的影響下，受到無線電信號的干擾，便會降低其傳輸效率和質量，并且圖傳距離滿足不了遠距離自主巡檢的需求。

3.4 全過程實時智能識別

圖像缺陷是無人機在巡視過程中常有的情況，為了避免有效信息的缺失，可以結合實際情況在機巢等部署邊緣計算處理器，無人機巡視中拍攝的圖像數據可以傳輸到處理器中，然后對圖片數據信息進行AI識別，將存在較大缺陷的圖片進行處理，并實現流式計算，利用該技術可以精確地識別細小缺陷，相比人眼識別更加可靠和高效。

4 結語

在水電廠保證巡視質量的前提下，無人機技術節約了大量的人力和物力，但由于其智能化水平不足，導致狀態監測效果不佳，然而隨著新型技術的開發，將5G技術、超短波通信技術、AI識別等在無人機領域加以應用，便會彌補其現有缺陷，延伸其應用前景，從而提高水電廠智能化運行維護水平。