無人機自主巡檢在輸電線路維護中的應用

孔照銘 國網福建省電力有限公司三明供電公司

在互聯網發展的基礎上，電力控制業務的覆蓋范圍也加廣泛，傳統的人工巡檢輸電線路無論從人數還是技術上都無法實現同步增長。隨著無人機技術的發展，無人機經濟性、靈活性、不受地形限制等特點使其成為電力巡檢中的研究熱點。人工操控無人機巡檢對飛手要求極高，難度較大，亟須發展智能化的無人機自主巡檢。

一、電力無人機概述

無人直升機與傳統直升機類似，但由操控人員在地面站進行操控，是早期電網無人機巡檢試驗方案之一。由于無人直升機體積較大，操控難度較高，存在與電力設施碰撞產生嚴重后果的潛在風險，且成本較高，目前已較少應用在電力巡檢領域。多旋翼無人機由多個旋翼產生升力，通過改變各個旋翼的轉速控制飛行器的姿態，具有小巧靈活、垂直起降、精準懸停的優點，但機動性和飛行高度較低，負載較小，續航時間短。因此，在架空線路巡檢中，多旋翼無人機通常負責小范圍精細作業，或桿塔精細化建模等任務。固定翼無人機依靠螺旋槳或渦輪發動機提供前進動力，由機翼與空氣的相對運動產生升力，其巡航速度快，續航時間長，但起降需要跑道，且無法懸停。在架空線路巡檢中，固定翼通常負責大范圍、有較高航程要求的任務。除此之外，還有結合固定翼與多旋翼的復合翼無人機，兼具垂直起降、精準懸停與巡航速度快的優點，在災后應急等惡劣復雜環境的應用場景中極具潛力，但在電力巡檢領域尚未有大范圍落地應用。從功能來說，無人機在電力巡檢中所扮演的角色主要為遙感承載平臺。

二、無人機自主巡檢在輸電線路維護中的應用

（一）激光雷達數據處理

電力巡檢是激光雷達在測繪領域的細分應用，相較于傳統的地圖測繪工作，電力通道測繪的難點主要集中在桿塔和導線的識別與重建：電力鐵塔是由細長塔材構成的鏤空結構建筑，不利于點云數據的三位重建；輸電線路導線的外徑一般為8～37 mm，由于測量距離和激光雷達角分辨率的限制，無法保證每個掃描周期都能掃描到電力線，即電力線的點云數據通常為一串不連續的點，需要后期進行識別并補充完整，與此同時，電力線三維重建又是多項電力檢測及預警的基礎，對檢測精度有直接影響。因此，該領域相關研究主要集中在電力線路走廊點云分類及典型目標識別、電力線三維重建、桿塔三維重建、危險點檢測等4 個方面。隨著技術的成熟，目前主流的數據處理軟件已經可以實現大部分流程的自動化處理。

（二）無人機在故障巡檢上的運用

①桿塔濕滑、積雪覆冰天氣的故障巡查工作。人工登桿塔進行故障巡查的安全風險大，勞動強度高，在這種情況下，采用無人機配合巡查，能夠克服天氣和架空輸電線路的不利因素，達到很好的效果。②屬于故障放電點位于導線檔距中央，比如吊車等大型施工車輛對于架空輸電線路造成的故障，或者故障放電點位于其他不容易人工拍照的位置。在這種情況下，運用無人機進行近距離查看，拍照取證，將大大縮減巡查的時間，為判定故障點的位置和具體原因提供有力的圖片保障。③山林、河溝蔓延區域的線路故障巡查工作。受地理環境的限制，故障巡查的進度嚴重延緩，此時運用無人機配合開展線路故障查找，也將取得事半功倍的效果。

（三）人工智能圖像識別技術

圖像識別模塊內置于中央控制系統中，對傳回的巡檢照片進行智能處理分析。圖像識別采用卷積神經網絡算法，具有強大的自學能力、容錯能力，通過大量樣本訓練進行深度學習，實現在圖像中自動提取目標。目前已建立70 萬張巡檢圖像樣本庫進行深度學習，可高效識別施工外破、漂浮物、速生樹種、鳥窩等缺陷隱患，巡檢圖像處理結果會自動上傳至輸電智能運檢管控平臺進行共享和大數據分析，危急缺陷可直接形成工單推送到相應班組人員的手持移動作業端，極大提高缺陷閉環效率。

（四）輸電線路所具有的快速巡檢功能

通過三維模型的建立，實現對安全線路航線的規劃工作，合理調整輸電線路的飛行高度，能夠實現自主飛行巡檢工作，通過視頻能夠實時監測并存儲輸電線路100m 范圍內的相關數據信息。輸電線路所具有的快速巡檢功能還能夠實現對線路存在異常物、塔桿實際狀態、輸電線路等實際情況的觀察，視頻的分辨率大小為1920×1080，能夠比較清晰的觀測到輸電線路以及塔基的走向及分布。

（五）噴火無人機清除架空輸電線路上的異物

風箏、橫幅、大棚薄膜漂浮物等異物，屬于架空輸電線路常見的懸掛異物。按照以前的處理方法，一般有兩種：①帶電情況下采用絕緣操作桿等工具將其取下；②對于導線檔中央的懸掛異物，由于距離桿塔較遠，需要停電采用出飛車等方法取下異物。以上兩種方法的任何一種，都存在改進的空間：①帶電作業，安全風險大；②停電作業，將造成電力負荷損失，同時出飛車取異物，費時費力，人工損耗大。采用噴火無人機，能夠克服以前兩種操作方法的缺點，簡單、快捷、高效地處理桿身、塔身、導線上、地線上懸掛的異物，無須采用絕緣操作桿桿塔上操作，不會有觸電風險；無須停電作業，不會造成負荷損失；不需要出線取異物，解放了勞動力。當然噴火無人機的運用，也需要做好相應的安全措施，需要備齊滅火器等必要的防火設施設備，尤其在山林地區使用過程中，更加需要做好必要的防火措施，確保防火工作萬無一失。

三、結語

無人機遠程自主巡檢系統實現了輸電線路巡視、數據傳理分析無人自主化和智能化，解決了之前手控或程控無人機巡檢過程中需要耗費大量人力物力、人員始終在野外等痛點問題，可在電力行業內廣泛應用，并可推廣至電信、石油等其他行業，有廣闊的應用前景。