韦必伦
中国南方电网有限责任公司超高压输电公司百色局 广西百色 533000
摘要：随着社会经济的发展与人们生活各方面的提升，人们对电力使用的安全稳定性有了更高的要求。同时，由于电力系统改革的深化，电力行业快速发展，电网规模也越来越大，但这也给电力巡检任务带来了一定困难，亦提出了更高的要求。在传统的人工巡检无法应对当下巡检任务的背景下，无人机凭借其较高的灵活度与工作效率，为电力输电线路巡检带来了更自动化、智能化的解决方案。
关键词：电力巡检；无人机巡检；输电线路；应用
引言
传统的电力巡检主要依靠专业的巡检人员前往现场对输电线路进行排查和检修，一方面，这样的人工巡检效率较低，耗时较长；另一方面，野外复杂地形的设备运输和高空作业的安全保障等都面临严峻考验。因此，电力巡检亟需向智能化和自动化方向发展。为了解决上述问题，无人机越来越多地应用于电力巡检解决方案中，其体型小、重量轻，且具有较强的灵活性和自主性，可以较好地实现输电线路的全方位检查。
1输电线路巡检无人机技术应用意义
我国幅员辽阔、地大物博，很多输电线路架设在环境恶劣的地区，且输电线路多是暴露在外，未经任何保护措施，长期经受风吹日晒与自然灾害影响，很容易产生一系列故障，这要求电力企业定期对输电线路进行巡检工作，以及时发现问题并解决问题。但是以前多采用人工巡检的方法，对输电线路进行巡检工作，但是受环境因素影响，巡检效率一直不高，且容易忽略掉很多细微的问题，导致出现用电安全问题。
无人机技术兴起之后，电力系统安全方面人员开始将无人机技应用于输电线路巡检工作，通过无人机搭载巡检设备完成巡检工作，相对于传统的人力巡检方式有着多方面的积极意义，主要表现在三个方面：其一，将无人机技术应用在输电线路巡检工作中，能够有效避免恶劣环境对巡检人员的伤害，极具安全性；其二，在任何时候都能进行巡检工作，排查电力系统中的问题，极具便利性；其三，无人机巡检速度最快可达一小时数十公里，相比于传统形式的人工建立巡检工作，极具高效性。虽然无人机技术应用还处于起步和发展阶段，有着诸多的不足，但是随着科技的发展，这些问题都将得到解决，且如今的无人机输电线路安全巡检系统有效结合了电子通讯技术、雷达定位技术、信息化分析技术等，让无人机在输电线路安全巡检中的应用焕发出更强的生命力。
2输电线路无人机智能巡检技术应用
2.1自主巡检技术
与人工操控无人机相比，无人机自主巡检技术能实现无人机自动飞行、自动定点、精准拍摄等功能，减少了人员参与度，进一步提高巡检的质量和效率。常规技术路线主要有两种：示教航线学习和建模与定位技术。
示教航线学习由熟悉输电线路的无人机巡检作业人员操控无人机对输电线路进行巡检。在巡检过程中，无人机会记录作业的精准航点位置信息和相应姿态，储存于任务列表中。下次巡检调取并执行相应的任务时，无人机根据储存的信息，自动完成巡检任务。
建模与定位技术基于RTK技术，通过三维点云航迹规划，实现无人机自主巡检。点云采集可由激光雷达扫描或倾斜摄影实现，激光雷达扫描技术具有精度高、全天候、数据处理快、采集方式多样等优势。通过激光雷达扫描，得到高精度激光点云，构建三维地图模型，并提取关键特征的空间参数。基于三维地图模型进行航迹规划，利用深度学习算法能自动选定精细化巡检的精准航点。无人机根据规划航迹，在RTK定位技术下就可以实现自主巡检。
此外，基于AI航线预测与AI目标识别的输电线路全自主飞行技术已研究并应用。
数据采集系统装有机载AI边缘计算模块，集成5G模块，实现前端AI目标识别与跟踪、高清图像及视频实时传输、远程控制等功能，能够基于航线预测，实现自主跟踪巡检。
随着无人机自主巡检技术应用和发展，采用人工示教、点云规划等方式逐步组建自主巡检航线库，并逐步推进航线自动生成与调用、“一键作业”及标准化巡检拍摄等功能实用化。结合前端智能识别模块、5G、边缘计算等技术，无人机能全自主规划航线，根据识别构件及环境自主选择拍照的距离和角度，实现全自主巡检，解放人员“生产力”，做到去人化甚至无人化，无人机自主作业质量和效率将得到有效提升。
2.2影像智能识别技术
线路设施较密集，大多具有多尺度三维结构，并可能出现相互遮挡、背景干扰较强、缺陷难判别等因素，故人工智能处理算法中的深度神经网络架构较复杂、技术路线分支较多，致使缺陷识别标注难度大，需大量样本积累训练、验证。2018年5月和2019年12月，国网公司组织开展了两次智能算法验证工作，修正了算法评价指标，采用发现率、误报率、错误输出率、识别效率4项指标进行验证，组建无人机巡检影像样本库并不断丰富，预计2021年样本数量将达到百万级。
输电线路样本缺陷归纳为杆塔、导线和地线、绝缘子、大尺寸金具、小尺寸金具、基础、通道环境、接地装置和附属设施9类。2020年3-7月，公司各单位共识别缺陷85728个，缺陷发现率呈上升趋势，整体发现率为62.49%，杆塔和小尺寸金具类缺陷发现率较高，达80%以上。但是，算法错误输出率较高，输出框数过多，对正常部件频繁误报。例如当销钉、垫片、螺栓等小尺寸金具出现缺陷时，由于目标占比很小，需先检测其他连接件再检测目标，如先检测到杆塔上很多部位有螺栓、螺帽等再检测目标，这样就容易造成误检。
无人机巡检影像质量对缺陷智能识别非常重要，因此应推广定位拍摄技术。丰富样本数量和质量，增加样本积累和集中标注，样本涵盖不同电压等级、不同设备种类和各种缺陷类型。开展算法集中培育和优化，提升缺陷发现率，降低误报率。如针对销钉缺失类的小目标缺陷，应形成细粒度分类，先检测大致部位，再详细分类，来应对图像差异性小的特点。逐步构建算法“推广应用、滚动提升、效益共享”的应用生态链，提高实用化水平，满足应用要求。
3无人机输电线路智能巡检案例分析
2018年5月南网超高压某局通过“无人机机巡+人巡”模式开展线路隐患排查。人巡通过高倍望远镜发现±800kV普侨直流线线1197号小号侧6至第7个间隔棒上方地线（光缆）断股，该档距664m，由于档距大，光缆距离地面较远，不能准确判定断股数目。考虑到无人机快速、灵活的特点，随后组织无人机开展断股确认。
为便于操作，操作手首先使无人机悬停在横线路方向且与导线同等高度的安全位置，调整载荷相机方向对准拍摄导线的方向，并调整焦距至拍摄导线清晰可见的倍率，程控手顺线路方向监视无人机飞行姿态及与线路安全距离，操作手始终观测实时图传画面，然后以不大于3m/s的飞行速度，沿线路方向进行连拍或者录像飞行。通过操作手通过实时图传画面结合程控手传达的各种信息及时调整无人机飞行姿态，图传画面发现损伤点后，第一时间确认该点的高度和距离，悬停无人机进行精细化拍摄或录像。最后通过图片核实，发现断股3处，然后同时利用多旋翼无人机拍摄了故障周边地形，为后续施工提供了有效资料。最后安全收回无人机至降落点，工作完毕。
4结束语
综上所述，随着电力行业的高速发展，电力行业开始逐渐提升无人机输电线巡检比例。实现无人机在输电线路巡检工作中的合理运用，需要相关工作者结合输电线路巡检实际情况与无人机现状进行不断的探索与改革，进而促进两者的高速融合，提升输电线路无人机智能巡检质量与效率，保障电力行业的可持续发展。
参考文献
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