中國民用無人機(jī)電力巡檢解決方案介紹

　　一、市場規(guī)模和現(xiàn)狀

　　利用無人機(jī)進(jìn)行輸配電線路巡檢已經(jīng)成為近幾年電力行業(yè)的普遍現(xiàn)象。“十三五”期間，全國電網(wǎng)設(shè)備規(guī)模快速發(fā)展，2018年全國110(66)千伏及以上架空輸電線路長度共121.4萬公里，包括國家電網(wǎng)運(yùn)營的99.2萬公里和南方電網(wǎng)運(yùn)營的22.2萬公里，且每年都在以5%左右的規(guī)模持續(xù)增長。

　　輸電線路分布于戶外廣闊地域，線路設(shè)備大多暴露在野外環(huán)境運(yùn)行，氣象條件復(fù)雜、現(xiàn)場環(huán)境多變，導(dǎo)線、避雷線、絕緣子、金具在長時(shí)間運(yùn)行后，由于各種力的長期作用，可能發(fā)生斷股、銹蝕、過熱等情況。傳統(tǒng)的人工巡視模式效率低，輸電專業(yè)人員數(shù)量與設(shè)備規(guī)模持續(xù)增長的矛盾日益突出。到了2013年，國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司都積極開展了“架空輸電線路直升機(jī)、無人機(jī)和人工協(xié)同巡檢”相關(guān)工作，大力推廣無人機(jī)巡檢應(yīng)用，建立無人機(jī)巡檢管理和技術(shù)支撐體系，輸電線路運(yùn)檢效益明顯提升。

　　無人機(jī)在線路巡檢工作的優(yōu)勢主要有：

　　1、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。很多巡檢環(huán)境復(fù)雜，地處交通死區(qū)、無人區(qū)等，無人機(jī)通過遠(yuǎn)程控制或者線路自主規(guī)劃，彌補(bǔ)了維護(hù)人員不具備有利交通條件的缺陷。

　　2、作業(yè)精細(xì)化。無人機(jī)可搭載可見光成像設(shè)備、紅外熱成像儀、激光雷達(dá)設(shè)備，精確采集輸電線路通道空間立體信息及桿塔本體各部位信息數(shù)據(jù)，并對線路運(yùn)行狀況進(jìn)行精細(xì)化檢查與分析，有效地降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率。

　　3、高效性。以塔桿巡檢為例，一名巡檢員一天一般可巡檢6-10個(gè)桿塔，而無人機(jī)一小時(shí)之內(nèi)即可完成人工一天的巡檢量。廣東電網(wǎng)機(jī)巡中心利用無人機(jī)巡檢的比例逐年增加，已率先實(shí)現(xiàn)了輸配電(即輸電、變電、配電)機(jī)巡線全覆蓋，年作業(yè)量超13萬公里，其中無人機(jī)巡檢占85%，作業(yè)量全球第一，綜合效率提升了2.6倍。

　　二、常見的無人機(jī)類型及產(chǎn)品代表

　　發(fā)展至今，無人機(jī)已經(jīng)成為行業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)工具，電力無人機(jī)通過搭載不同的任務(wù)設(shè)備來執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。根據(jù)布局形式，目前常用的電力無人機(jī)主要用多旋翼、固定翼、垂直起降固定翼、無人直升機(jī)等多種機(jī)型。

　　如果說利用無人機(jī)進(jìn)行巡檢作業(yè)是“站在巨人的肩膀上”，那飛機(jī)平臺就是這個(gè)巨人，而布局形式?jīng)Q定了這個(gè)巨人的高度。布局形式的不同決定了飛行平臺各項(xiàng)模塊的性能參數(shù)，從而決定了其適用于不同的應(yīng)用場景。

　　三、無人機(jī)電力智能巡檢解決方案

　　基于無人機(jī)的立體巡檢體系包括應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行高精度數(shù)據(jù)采集、線路巡檢、數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用。

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　2019年，國家電網(wǎng)提出“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的概念，涉及對信息和數(shù)據(jù)的深入整合應(yīng)用，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全方位推廣，以及電力行業(yè)內(nèi)外生態(tài)的綜合構(gòu)建。

　　此外，南方電網(wǎng)在電網(wǎng)運(yùn)營規(guī)劃中加強(qiáng)了無人機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)的項(xiàng)目研究，并已于2018年開始采集數(shù)據(jù)，目前已完成全省6萬公里輸電線路高精度絕對坐標(biāo)系的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。

　　無人機(jī)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集工作中具有諸多優(yōu)勢，具有起降靈活、低空飛行、低成本、易維護(hù)的特點(diǎn)，可獲得高空間分辨率、高光譜分辨率及高時(shí)間分辨率的多光譜影像。

　　隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)載激光雷達(dá)逐漸進(jìn)入無人機(jī)行業(yè)，尤其是合成孔徑雷達(dá)(SAR)技術(shù)的發(fā)展，可以使人類具有“千里眼”能力。SAR是利用合成孔徑原理，實(shí)現(xiàn)高分辨的微波成像，具備全天時(shí)、全天候、高分辨、大幅寬等多種特點(diǎn)。理論上，對100km距離外的目標(biāo)，SAR很容易實(shí)現(xiàn)厘米級的分辨率。這種卓越的成像能力，對遠(yuǎn)距離目標(biāo)的高分辨率監(jiān)視應(yīng)用特別有吸引力。

　　廣東電網(wǎng)機(jī)巡中心于2018年推出了激光雷達(dá)高精度免像控航測解決方案，通過在垂直起降固定翼無人機(jī)上搭載激光雷達(dá)應(yīng)用于線路數(shù)據(jù)的采集，高效解決了大面積復(fù)雜地形測繪。

　　通過CW-30LiDAR獲取的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)

　　LiDAR設(shè)備與無人機(jī)高度集成，一體化控制，設(shè)備集成了激光掃描儀、GNSS 高精度定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、高速數(shù)采系統(tǒng)、時(shí)間同步系統(tǒng)、全畫幅相機(jī)等多部件，整機(jī)緊湊，集成度高;采用全頻 RTK+IMU 融合技術(shù)與激光雷達(dá)測量技術(shù)，測量精度高;地面站軟件可實(shí)時(shí)顯示與控制無人機(jī)及激光雷達(dá)設(shè)備。

　　無人機(jī)電力巡檢解決方案：巡檢系統(tǒng)

　　目前無人機(jī)在電力行業(yè)的應(yīng)用主要用于線路巡檢。由于我國國土面積廣袤、地形復(fù)雜多樣、山區(qū)面積大，輸電設(shè)備分布廣、所處環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致故障的原因既有雷擊、鳥害、臺風(fēng)等自然因素，也有吊車、泵車等大型施工機(jī)械、樹木碰線等外力因素，更有設(shè)備絕緣老化、金具銹蝕斷裂等物資質(zhì)量因素。

　　無人機(jī)智能巡檢系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)類型搭載不同的任務(wù)吊艙系統(tǒng)，包括可見光成像設(shè)備、紅外熱成像儀、紫外成像儀、高分辨率航空數(shù)碼相機(jī)、激光雷達(dá)等。

　　數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用系統(tǒng)

　　利用無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理和應(yīng)用，廣東電網(wǎng)已建立6.8萬公里數(shù)字化通道，積累了23萬張照片的元件庫和5萬張照片的缺陷庫，絕緣子等9類元件和13類典型缺陷識別率達(dá)90%以上。

　　截至到2019年10月底，國網(wǎng)泰州輸電局已完成全部桿塔的無人機(jī)精細(xì)化巡檢、完成了220千伏線路桿塔自主巡檢航跡標(biāo)注，300多基桿塔的三維激光雷達(dá)掃描，以及1000公里輸電通道的復(fù)合翼無人機(jī)巡視。累計(jì)發(fā)現(xiàn)缺陷1萬多個(gè)，其中嚴(yán)重缺陷967個(gè)，危急缺陷179個(gè)。

　　隨著AI智能缺陷識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展，國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)都對數(shù)據(jù)采集、航線規(guī)劃、精度驗(yàn)證等方面提出了更高的要求。

　　泰州供電局通過整合創(chuàng)新，搭建了輸電智能管控平臺，圍繞設(shè)備模型三維化、多源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、智能算法實(shí)用化、應(yīng)用場景多樣化，提供輸電智能運(yùn)檢“一站式”解決方案。

　　南網(wǎng)也推出了兩大核心系統(tǒng)，即三維航線系統(tǒng)+智巡通無人機(jī)控制APP，可以根據(jù)用戶需求定制N種航線航路，并可提供高精度完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)做飛行安全檢測，讓飛行的每一步都在預(yù)先掌控之中。廣東電網(wǎng)研發(fā)的無人機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)通過云端服務(wù)器精確規(guī)劃無人機(jī)巡視軌跡，發(fā)送至現(xiàn)場作業(yè)無人機(jī)，無人機(jī)搭載可見光、紅外相機(jī)等傳感器，實(shí)現(xiàn)對輸電設(shè)備的高精度自動(dòng)巡視，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)缺陷分析。預(yù)計(jì)到2025年，電網(wǎng)無人機(jī)全部由手工遙控操作轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)駕駛。