關于AR“駐塔式”無人機機巢在輸電線路中的應用

甘肅送變電工程有限公司天水輸電運檢中心 王新忠 常浩鵬 焦小強 徐 東 馬 濤 孫永林 閻 森

近年來工業、農業、商業和民生電力需求量呈幾何級數增長，輸電線路網絡體量隨之不斷擴大，輸電線路拓撲形式也隨之變得紛繁復雜，輸電線路的質量直接關系到電力系統的整體質量，顯而易見輸電線路鋪設以及維護的難度必定會呈幾何級數增長。這種大規模的復雜情況對于傳統的人工結合無人機模式帶來了極大考驗，這種巡視和維護輸電線路的舊技術無法勝任大規模的復雜情況。

為此，天水輸電運檢中心積極引進新技術，打造數字化、智慧化線路。無人機的引入很大幅度上提升了輸電線路建設和檢修的效率，融入物聯網、人工智能等先進技術，將人工巡檢為主的舊模式轉變為以無人機為主的協同自主巡檢新模式，大幅提升輸電線路精益管理水準。

1 目前無人機巡檢模式

以天水輸電運檢中心為例，目前的無人機巡檢模式主要以DJI Pilot、圖維智巡等APP 為平臺開展的無人機自主巡視，在飛行的過程中按照打點軌跡對線路桿塔、金具、附屬設施進行拍攝檢查。操作人員首先根據地形地貌、道路環境規劃好要巡視的桿塔段，抵達桿塔附近后啟動無人機進行自主巡視作業。待巡視結束，操控無人機安全著陸至此一基桿塔巡視結束，接下來作業人員會對另一基桿塔重復剛才的步驟、繼續作業[1]。對于規劃好要巡視的桿塔段巡視完成之后，此桿塔段無人機巡視報告需要操作人員整理好再交給其他相關人員。操作人員獲取無人機巡視的照片，對這些巡視照片進行分類整理、系統分析和初步處理，最后總結報告。

在無人機巡視作業和操作人員處理巡視照片形成報告階段，現有無人機巡檢模式仍存在以下不足：嚴重依賴操作人員。現有無人機巡檢模式不自動化，無人機起飛降落、巡視照片分析等環節仍需操作人員參與；路途遙遠及轉場耗時耗力，工作時間的40%就被轉場乘車所占用；在寒冷的冬季和炎熱的夏季，飛手仍需在現場進行無人機巡視作業；數據時效性不足、準確度也還不夠，尤其在特殊時間段例如鳥害高發期等需要頻繁進行特殊巡視時；天水運檢中心大部分架空輸電線路區段地處無網絡信號的山區、林區。由于網絡載波相位差分技術高精度定位信號通過4G 或5G 網絡信號傳輸，因此限制了無人機自主巡檢在電網的規模化應用，無人機作業僅能采用人工飛行模式，巡檢效率低且風險高[2]。

2 AR“駐塔式”無人機機巢巡檢模式

AR“駐塔式”無人機機巢巡檢模式為：通過遠程發送命令控制安裝在桿塔上的無人機機巢，實現輸電設備運行巡檢管理中無人機的遠距離全自動無干預自主巡檢。無人機機巢整合了無人機預編程操控技術、深度學習計算機視覺技術、5G 通信技術、云計算技術等各方面前沿技術，實現以無人機為主的協同自主巡檢新模式、巡視照片自主分析生成報告、結果自主提交，無需人工干預。

具體內容為：在桿塔建立360°遠程監控的“駐塔式”機巢，在班站辦公室建設機巢控制系統；通過云端的監管系統實現監控,并設置了空域監管接口以便于受有關機構的監督；使用可長時間飛行的無人機（飛行時間不得少于40分鐘，飛行最大距離不小于15分鐘）。利用中央控制系統發送指令對無人機機巢、無人機進行遠程管理，控制無人機按提前規劃的軌跡點進行自主巡視拍照；無人機巡視任務完成后在“駐塔式”機巢安全著陸，通過云端的監管系統控制“駐塔式”機巢系統為無人機能源維護并自動傳輸照片，自動、智能地分析數據并將其上傳到后臺。

AR“駐塔式”無人機機巢優勢：利用AR“駐塔式”無人機機巢自主巡檢，一定程度減少了巡視人員工作量，達到了智能安全，同時也為智慧化線路建設提供了依據，此次設計旨在通過智能機庫+無人機+云端系統的創新技術系統性組合，實現無人機飛行、巡航、數據采集的全自主化，使其可以突破傳統行業無人機技術瓶頸，化解其不能飛、沒人飛、飛不遠、效率低、成本高、不持續等“痛點”，實現電力巡檢、信息化測繪在內的智能化、自主化飛行及數據采集[3]。

3 AR“駐塔式”無人機機巢應用場景

3.1 故障隱患快速排查

天水輸電運檢中心所轄線路均屬隴東地區，70%以上的線路桿塔處于高山峻嶺，當電網發生故障時會減緩人工排查速度，整體效率低下。明顯延長人工到達時耗，不能有效開展工作。鑒于目前無人機自主巡檢特點，在鐵塔頂端搭設AR“駐塔式”無人機機巢，并在本基鐵塔建立巡視模型及相關參數，可及時檢測這些處于復雜地形、信號較差區域設備的損失及故障情況，在巡視階段將故障排除時間減少至較低水平，提高輸電線路巡檢管理的隱患故障情況排除率，降低風險。

3.2 降低人力成本，提高工作效率。

天水輸電運檢中心以±800kV 直流線路為試點開展智能輸電線路建設，立足于設備狀況、運行特點，通過前期排查線路屬地特點，在高山大嶺、地質災害頻發區及巡視人員巡視困難區段（林區）的鐵塔頂端搭設無人機機巢，利用太陽板為無人機提供電源,采用“人工+AI”模式建立無人機自主巡檢模型，便于巡視人員在辦公室可以遠程操作，使無人機自主完成相關任務并將資料利用終端傳回于辦公室進行比對分析，以滿足發生突發情況時第一手資料的收集[4]。

3.3 AR“駐塔式”無人機機巢技術要求

AR“駐塔式”無人機平臺包括具有360°無死角遠程監控的“駐塔式”無人機機巢、人工智能機巢控制系統和低能耗比、大能量密度以及能夠長時間滯空的無人機。

“駐塔式”無人機機巢應具備無人機快速自動充電系統，氣象檢測系統、高速率數據傳輸系統等，具備無人機快速充電、極端天氣智能分析檢測、無人機及機巢安全保障、無人機及機巢狀態實時反饋、即時通訊、信息遠程傳輸等功能；中央控制系統可遠程發送指令，讓無人機起飛、按航提前規劃的打點軌跡進行拍照，任務完成結束后可在機巢平穩、安全著陸。控制無人機機巢快速自動充電系統對無人機快速充電、將巡視照片傳輸給人工智能系統。控制人工智能系統計算機視覺分析巡視照片，將其結果上傳到后臺。

基于智能充電技術與長航時電池，無人機的最大飛行時間不小于30分鐘，飛行最大距離不得小于15公里，無人機在20分鐘內完成充電。配備高清可見光或紅外云臺攝像機，內置嵌入式終端和5G 通信系統，可通過5G 信號實現發送指令和數據傳輸，同時自動充電；遠程5G 通信控制模塊：通過5G 網絡實現遠程實時通信和控制，通過機巢控制系統向無人機遠程發送指令，控制無人機將航行狀態、實時巡視圖像等信息傳輸至控制系統，以達到超視距遠程控制。另外，無人機巡視的各條線路均是采用5G云端監控平臺管理，使飛行過程更為安全與快捷。

遠距離精確起飛著陸功能：通過RTK 差分、可見光引導著陸、紅外引導著陸、雷達避障、光流速度測量、雙目避障等先進技術，確保飛行安全，引導無人機實現遠程精確著陸；全方位安全保障體系：為應對更復雜的運行環境，無人機機身材料結構防護性能采用7級抗風、IP54級設計，航行安全性得到極大保障。“駐塔式”無人機機巢采用生物防潮防蟲設計，將因潮濕或蚊蟲造成故障的可能性降到最低。通過電池過載保護，從源頭避免電池燃爆[5]。

3.4 AR“駐塔式”無人機機巢發展趨勢

隨著我國電力行業的快速發展，無人機的研發步伐也越來越快。將無人機技術應用于電力建設和維護。彌補傳統人工巡視期間，因鐵塔本體較高、利用望遠鏡等巡視設備觀察電氣部位時模糊不清等其他不足的問題，已經成為一種發展趨勢。因此，要針對不足的問題，采用最新科學技術構建新型無人機的智慧化建模系統，將人工無法觀察到的細小的缺陷利用無人機放大，達到充分消缺，使輸電線路安全穩定運行，為電力行業的發展提供有效保障。

4 結語

“AR‘駐塔式’無人機機巢”巡檢模式，針對于傳統模式當中的不足之處，完成對輸電線路以無人機為主的全程自動化巡檢。在全程自動化巡檢的過程中，隨著無人機自主巡視作業頻率提高，會匯總處理大量復雜輸電線路在各種極端天氣條件下的數據，結合目前頂尖的數據分析算法，將為大規模復雜條件下的輸電線路狀態檢測、狀態分析和狀態管理等奠定堅實基礎，同時也將促進深度學習計算機視覺、狀態預警等技術的發展。

“AR‘駐塔式’無人機機巢”巡檢模式對于全國大部分地市級公司來說，都可解決目前運維模式中的不足之處。未來推廣出去后，在實踐過程中對高電壓等級線路進行科學驗證，發現問題、解決問題，逐步應用于電壓等級較高的較長線路中，并可在電力系統中廣泛應用。