輸電線路無人機智能精益化巡檢技術應用

盧銀均，陳克勇，姜金節，劉 闖，鄧德慧

(國網湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北 荊門 448000)

0 引 言

隨著經濟的快速發展，輸電線路規模逐年增大，遍及區域廣、途經地形復雜、在高山迎風面附近還存在微地形和微氣象，人工線路運維量持續增加，以人工巡檢為主的模式已不能滿足當前線路精益化管理的要求，亟需優化作業模式[1]。

無人機智能巡檢技術是當前最有效、最具發展前景的新方法，采用高效智能的無人機巡檢模式來降低線路運維壓力，可以有效保障電力主網安全，提高設備運行狀態管控水平[2-3]，更好地彌補人工巡檢勞動強度大、耗時長、效率低等不足。利用小型化的智能設備，配合無人機智能巡檢移動平臺，可以對長距離、主干電網和人工巡檢無法到達的地區進行智能巡檢，使輸電線路安全運行在可控、能控和在控水平。無人機智能巡檢示意圖如圖1所示。

圖1 無人機智能巡檢示意圖

1 智能巡檢運用現狀

相較于傳統巡視，無人機的智能巡視效率更高，但受線路人員結構、運檢管理模式等因素影響，制約著無人機巡檢技術在輸電線路上的深化應用[4]。

1)線路運維人員匱乏。由于線路專業新員工補充不足，老員工相繼退休，造成線路專業的年齡層次跨度較大，能夠實際開展工作的人員較少，班組人員除常規巡線、檢修任務外，還需要承擔大量的特巡和保電工作，工作強度大。并且，老員工對新事物、新技術、新方法的接受能力不高。

2)無人機巡檢管理流程不夠規范。員工普遍認為無人機只是線路巡檢的一種工具，對無人機智能巡檢技術在線路上的作用沒有給予足夠的重視，對采集回的數據未進行深入的分析。在安排無人機巡檢時具有隨意性，管理模式不清、管理流程不夠規范、職責不夠明確，未能有效發揮無人機巡檢的效用。

3)智能巡檢設備利用率不高。無人機和智能巡檢設備價格一般較高，在進行零購項目和專項成本預算時，未安排資金對無人機和運檢設備進行采購。無人機在精細化巡檢時需操作人員具備一定的技能水平，由于缺乏相關專業人員開展無人機智能巡檢工作，造成裝備利用率低下。

4)新技術與運檢業務未充分融合。從無人機運檢自主化、智能化發展來看，運檢前端數據要與運檢后端業務充分融合，實現大數據關聯與分析。在技術應用中，常規無人機巡檢作業與檢修策略制定以及狀態評價等評估分析關聯性不強，業務之間的集成度不高，缺乏創新引領能力和價值創造能力。

5)班組結構制約智能巡檢發展。現有的輸電班組多為運維、檢修和帶電作業班組，由于無人機管理流程缺乏規范性，運維班組缺乏專業性，運維班組對采用人工巡檢和無人機巡檢責任劃分不明確，各班組之間信息交流和分享不及時、不暢通，嚴重制約無人機智能巡檢發展。

2 無人機智能巡檢模式分析

2.1 創新運檢模式，提高精益管理水平

1)搭建智能巡檢平臺，強化智能管理效率提升，加大新技術、新設備的投入。結合線路運檢隱患實際，以多旋翼無人機為平臺，通過掛載不同類型的圖像及點位數據采集智能設備以實現對電力線路及附屬設備的全方位故障檢測,提高數據智能化采集效率。通過軟件與硬件融合搭建無人機智能巡檢平臺，集成數據中央處理、分析前端顯示和隱患后端管理，智能開展無人機巡檢計劃管理和隱患消缺管理，按照精益化的管理要求對圖片和點位數據進行歸檔存儲。通過智能巡檢系統進行大數據分析，深度融合無人機巡檢和人工巡檢數據，生成報表和數據，并實現三維可視化展示，為輸電運檢提供可靠數據支撐[5-6]。

2)固化巡檢工作流程，實現規范有序閉環管理。搭建自上而下、實時反饋的無人機智能巡檢網絡，將無人機巡檢和人工巡檢進行整合，實行統一部署，對所有線路的運維和檢修實行計劃式管理。編制標準化的無人機巡檢作業指導書，規范巡檢全過程工藝流程，使作業人員隨時保持清晰的思路，減少人為因素對巡檢質量的影響。繪制簡明、合理的無人機巡檢拍攝路徑圖冊，簡化多余無人機移位路徑和冗余拍攝動作，更加高效地完成巡檢工作。通過巡檢計劃下達、任務劃分、數據上傳和歸檔，系統自主開展隱患分析和計劃更新，通過計劃預警指導巡視計劃調整，通過隱患分析結果制定檢修策略，將結果反饋至班組進行處理，實現計劃下達至缺陷消除閉環管理，應用流程如圖2所示。

圖2 無人機智能巡檢技術應用流程圖

3)強化巡檢工作評估，建立科學監督指導體系。通過對無人機智能巡檢工作及時開展綜合成效評估，每月定期對無人機作業人員、班組、無人機巡檢質量、無人機智能巡檢系統保障體系進行評估，將評估結果通過文件下發，對評估中需要整改的問題下發督辦單，將結果及時向輸電運檢室和班組反饋。通過督導整改發現問題，及時對智能巡檢運用存在的不足進行補充，快速補齊短板，發揮高效智能巡檢效用，引領無人機巡檢向智能化、科學化的方向發展。

2.2 推動管理革新，促進運檢質效提升

1)革新班組架構，有效減輕班組運檢壓力。在無人機智能巡檢模式下，充分結合人巡優勢，對班組架構進行綜合調整，如圖3所示。班組根據班員專業水平進行小組劃分，形成以無人機巡視小組為主體，人工巡視為輔助，檢修小組為基礎的立體化班組結構，將原有線路運維班組和檢修班組進行整合。班組架構變革后，在線路運檢班組內部細化為無人機巡檢小組、人工巡視小組、線路檢修小組。通過班組架構調整，利用無人機替代人工，智能運檢設備“補員”作用明顯，班組內部實現互相補位和專業化運作， 有效化解人少設備多的固有矛盾，各專業分工更加明確，職責更加清晰，有效緩解因輸電剛性缺員造成的線路運維壓力。

圖3 班組架構調整示意圖

2)轉變管理模式，提升運檢過程管控能力。依托無人機智能運檢平臺，由之前單一“人巡”模式向“機巡為主、人巡為輔”的轉變，無人機巡視小組每月按照計劃開展無人機巡視，人工巡視小組對線路通道和線路本體進行摸排巡視，線路檢修小組根據無人機巡視小組和人工巡視小組統計的反饋缺陷，按照隱患嚴重程度進行及時消缺，各小組密切配合，一一對接。狀態管控由班組對線路管控,向由作業小組對單基桿塔的常態化狀態監控轉變，職責更加清晰，綜合檢修、運檢、通道管理等實現專業化管理，缺陷消除及時性和消除率得到有效保障，輸電設備的管控能力和班組管理的縱向穿透力得到大幅提升。

3)凝聚創新思維，著力形成科技創新合力。運用因果矩陣和排列圖等質量工具，結合冬季微氣象地區氣候條件和作業環境等實際情況，對大跨越、陡峭山區使用的無人機設備需改進的性能指標進行確定，對不同場景下的作業難點進行梳理排查[7-8]，提出針對性防控措施和改進方案，有效彌補短板，具體改進如表1所示。強化無人機智能巡檢隊伍建設，購置無人機飛行模擬器，邀請智能分析軟件商與UTC無人機培訓機構在公司駐點開展跟蹤服務和培訓，組織開展無人機輸電線路巡檢勞動競賽。組建無人機創新小組，開展無人機智能巡檢新型工器具研發和科技創新研究。

表1 無人機設備定制改進

2.3 強化成果應用，實現業務技術融合

1)構建全程智能管控，實現運維檢修全局在控。輸電線路運維和檢修數據實現實時共享，對巡檢計劃進行及時更新和預警，根據篩選排查隱患根據隱患治理策略、編制治理計劃，對檢修過程實現跟蹤管控，確保檢修工作安全有效。通過無人機智能運檢平臺對機巡和人巡進行實施管控，通過三維雷達掃描對線路進行三維建模重建和隱患篩選分析，實現近端可視化[9]。

2)大數據多維度統計，實現數據處理深度融合。理順無人機智能巡檢數據采集與數據處理的配合環節，強化分析結果的及時反饋和深度融合，促進巡檢成果的最大化運用。將巡視數據采集、數據處理、成果管理和消缺管理各環節高效銜接，實現智能巡檢平臺各環節緊密配合，運檢效率得到有效提高[10]。以大數據、云計算、物聯網和移動互聯網等新技術為基礎，通過人工巡視和無人機巡視實現大規模、全方位和多渠道的采集輸電線路本體結構和隱患數據，通過無人機巡檢智能平臺將人巡、機巡、檢修檢測和樹障外破等數據進行深度融合，對無人機巡檢大數據進行統計分析、精確定位，完整展示輸電線路運行狀況、巡視情況、消缺情況、計劃執行情況。

3)強化環節貫穿銜接，顯著提升運檢管理水平。強化巡視計劃的制定、展示和前置管理，啟動巡檢計劃之后，無人機智能巡檢平臺自動統計巡視任務進程，及時掌握無人機巡視進度，形成運行數據和運維資源自主分析、分配建議和科學調配。配合輸電線路實際運行狀態、微地形、微氣象特殊氣候等多樣性的線路運維環境，分析重點巡檢環節和區域，優化線路巡檢周期、線路通道砍伐，支持差異化運維管理。將所有的人巡和機巡成果數據、缺陷消除前后圖片數據，支持二維圖片和三維點位全景模型上傳，隨時從巡檢平臺查閱數據資料，通過將海量的圖片數據和結果數據進行深度融合，充分利用無人機智能巡檢平臺的海量運檢數據，為檢修策略的制定和對輔助設備進行狀態評價提供有力的數據支撐。

3 應用成效

荊門電網公司充分推廣應用無人機智能巡檢技術，以較低的人工成本，獲取高精度隱患信息，準確判別隱患狀態，在提高輸電設備運維管理上取得一定成效。

1)有效提高線路巡檢效率。無人機采用自主智能巡檢平臺，定位精度為厘米級，隱患自動識別檢出率和準確率達到人工巡線的10倍以上，無人機智能巡檢與傳統人工操控無人機相比，工作效率提高了45%，每年節約線路運檢費用逾210萬元。

2)推動智能巡檢技術應用。通過線路通道掃描，動態監控流動外破。利用傾斜攝影技術對線路通道進行照片采集和三維建模，通過點云數據分析，得出樹障缺陷報告和現場實際距離的誤差僅有0.2 m，所得照片均可識別銷釘級缺陷，有效彌補線路運維人員欠缺，給基層班組運維人員減負。

3)打造素質過硬的無人機團隊。立足泛在物聯網建設，通過無人機系統培訓，擁有AOPA多旋翼無人機執照飛行員11人，UTC多旋翼無人機飛行證飛行員46人，AOPA固定翼無人機執照飛行員1人，實現輸電運檢人員熟練掌握無人機飛行技術和開展無人機智能巡檢工作的能力。

4)提升線路精益管理水平。線路運檢由原來的粗放型管理向信息化精益化轉變，開展線路通道和樹障巡視逾2 600 km，巡視桿塔逾9 000基，發現嚴重及以上缺陷2 637條，銷釘機危急缺陷985條，危急隱患消除量增加了5倍以上，設備運維管理能力明顯提升。

5)形成科技創新合力。組建無人機創新小組，開展無人機智能巡檢新型工器具研發，形成QC成果。結合生產實際，開展科技創新，已授權專利5項，發表科技論文10余篇，研發工器具榮獲省級以上獎勵3項。

4 結 語

1)全面推進“大云物移智”等技術在輸電運檢專業上的深度融合，推進智能裝備在輸電線路上的應用，構建結構體系完善、硬件設施齊備、軟件高度集成的高效智能無人機輸電運檢新模式。

2)通過搭建系統化的組織架構、編制高效率操作流程實現無人機智能巡檢體系化、標準化管理。以無人機智能運檢設備為基礎，依靠大數據分析、全程智能管控，實現運檢高度融合和可控預警。

3)強化無人機智能巡檢系統成果應用，促進輸電生產指揮和決策高度智能化和集約化。理順無人機智能巡檢各環節考核層次，重點緊抓細節評估，以切實有效措施促進發展。