張宏波 國網(wǎng)冀北電力有限公司秦皇島供電公司

架空輸電線路是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的主要設(shè)施，隨著社會人群對電能的需求越來越大，該線路數(shù)量大幅增長，整體架構(gòu)也變得更加復(fù)雜，這時線路運維、檢修工作的難度大幅增長，以往普遍使用的人工巡檢模式已經(jīng)無法滿足工作要求。為此，架空輸電線路管理部門引進了無人機巡檢技術(shù)，該項技術(shù)成功彌補了人工巡檢模式的不足，能夠幫助人工了解架空輸電線路情況，做好運維、檢修工作。

我國在2008 年開始正式研究架空輸電線路無人機巡檢技術(shù)，對該項技術(shù)的應(yīng)用進行了探索并得出了一些成果，顯示該項技術(shù)確實具有良好的應(yīng)用價值與可行性，但因為當時技術(shù)水平有限，所以技術(shù)應(yīng)用還存在缺陷。由此大量研究人員投身于該項技術(shù)的發(fā)展性研究中，使得該項技術(shù)不斷發(fā)展，逐步走向成熟，這時無人機巡檢技術(shù)成了執(zhí)行架空輸電線路相關(guān)工作的主要手段。而不可否認的是，無人機巡檢技術(shù)在架空輸電線路相關(guān)工作中仍舊有很大的發(fā)展空間，因此為了解技術(shù)發(fā)展趨勢與應(yīng)用現(xiàn)狀，有必要分析其研究進展。

一、無人機的控制巡檢技術(shù)

無人機的飛控系統(tǒng)是相當精密的，它所建立的無人機平臺擁有分系統(tǒng)，其中包含了大量的飛控計算機核心組件，其性能優(yōu)劣與整個飛控系統(tǒng)的性能關(guān)存在直接關(guān)聯(lián)關(guān)系。一般來說，無人機的飛控計算機性能表現(xiàn)都十分強勁，如此才能保障無人機安全穩(wěn)定飛行。在這里，飛控系統(tǒng)就承擔了兩大重要責任：信息采集以及無人機飛行參數(shù)傳輸，它們合理有序控制了無人機的飛行速率，可實現(xiàn)對飛行路線的有針對性解算與控制，基于路線相關(guān)模塊發(fā)送指令，完成飛行任務(wù)管理與調(diào)度工作內(nèi)容。

在無人機進行架空輸電線路巡檢過程中，它主要運用到了多余度飛控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可滿足無人機飛行需求，建立多部件與系統(tǒng)協(xié)調(diào)體系，確保在統(tǒng)一協(xié)調(diào)機制背景下完成同一任務(wù)內(nèi)容。在建立余度結(jié)構(gòu)過程中，還需要對架空輸電線路中的二余度、三余度內(nèi)容進行分析，保證順利完成巡檢任務(wù)。而在架空輸電線路巡檢過程中，無人機主要利用飛控計算機建立雙余度結(jié)構(gòu)，如此可保證簡化結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，實施針對監(jiān)控輸電線路巡檢過程中的主從機控制，降低系統(tǒng)故障覆蓋率。在設(shè)計這一雙余度結(jié)構(gòu)過程中還需要建立與架空輸電線路的交聯(lián)環(huán)境，調(diào)整無人機的飛控方式，檢測區(qū)域環(huán)境復(fù)雜程度，對巡檢過程進行人工決策優(yōu)化調(diào)整，采用自主控制方式來盡量減少巡檢工作中的諸多不確定性因素。在巡檢技術(shù)應(yīng)用過程中，應(yīng)該利用無人機建立巡檢動態(tài)建模與代理信息模式，提高無人機巡檢效率。

二、架空輸電線路無人機巡檢關(guān)鍵技術(shù)研究進展

（一）自主巡檢技術(shù)

自主巡檢技術(shù)是架空輸電線路無人機巡檢技術(shù)研究中的重點課題，該項技術(shù)在理論上能夠讓無人機自主飛行、運作，基本可以擺脫人工。根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知，可以使用激光雷達、實時動態(tài)高精度定位技術(shù)來實現(xiàn)無人機自主巡檢，其中激光雷達技術(shù)能夠自動獲取飛行線路的高精度三維點云數(shù)據(jù)，由此能對飛行線路進行規(guī)劃，而實時動態(tài)高精度定位技術(shù)能夠?qū)o人機實際飛行路線進行控制，確保無人機飛行路線與規(guī)劃路線吻合。

現(xiàn)實情況中自主巡檢技術(shù)尚處于研究階段，因為該項技術(shù)的實施涉及無人機飛行時的航高、坐標、慣性等多種不確定的因素，所以該項技術(shù)在目前研究中的成本會比較高。同時，無人機在對架空輸電線路進行巡檢時要考慮到桿塔巡檢的精細程度，而激光雷達技術(shù)在這方面還不夠成熟，無法投入實際運用，這是該項技術(shù)未來的研究方向。此外，自主巡檢技術(shù)還有很多待研究的點，如無人機續(xù)航問題、地面工作站巡檢任務(wù)采集功能等，這些問題不但尚未解決，也沒有產(chǎn)生對應(yīng)的技術(shù)，這也是后續(xù)需要研究的重點[2]。

（二）作業(yè)安全管控

無人機巡檢技術(shù)在任何應(yīng)用領(lǐng)域中都需要得到安全管控，這一點在架空輸電線路巡檢中更加重要，稍有不慎是可能損害電路的，甚至會引起一些災(zāi)害。針對安全管控問題，現(xiàn)代無人機巡檢技術(shù)都是嚴格依照國家提出的安全作業(yè)標準來實施的，此舉確實大幅提升了技術(shù)實施的安全性，但也導致無人機巡檢技術(shù)的功效未能充分發(fā)揮。

這一條件下，為了同時兼顧作業(yè)安全管控與無人機應(yīng)用價值的充分發(fā)揮，國內(nèi)相關(guān)組織通過研發(fā)得出了無人機可視化綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備無人機視頻實時回傳、無人機實時管理、遠程操控等功能，能讓無人機在巡檢中保持良好的安全性。但該系統(tǒng)提出的時間比較短，只適用于型號特定的無人機上，且此類無人機一般不滿足架空輸電線路巡檢要求。同時，國內(nèi)電網(wǎng)公司還在2017 年研發(fā)提出過無人機巡檢作業(yè)飛行數(shù)據(jù)記錄器、無人機巡檢業(yè)務(wù)模塊，借助記錄器與業(yè)務(wù)模塊能實現(xiàn)無人機巡檢作業(yè)全過程監(jiān)管、且沒有明顯的缺陷，因此記錄器與業(yè)務(wù)模塊至今仍在沿用，其主要研發(fā)方向是完善兩者功能。

（三）問題識別技術(shù)

在相對較早的無人機巡檢技術(shù)應(yīng)用中可知，架空輸電線路巡檢人員一般是操作無人機，利用無人機搭載的攝像設(shè)備對線路局部進行拍攝，隨后人工對拍攝圖像進行分析，最終得出判斷結(jié)果，確認問題位置、類型、規(guī)模等。這種方式確實行之有效，但依舊依賴人工，在人工不穩(wěn)定性的影響下有可能作出錯誤判斷，同時無人機拍攝圖像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判斷。因此，在現(xiàn)代無人機巡檢技術(shù)研發(fā)中提出了問題識別技術(shù)概念，該項技術(shù)主要就是讓無人機系統(tǒng)具備自主判斷問題的能力，根據(jù)當前研究成果可知，該項技術(shù)已初具雛形，即近些年國家電網(wǎng)公司在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐下，結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、大數(shù)據(jù)和圖像識別技術(shù)等實現(xiàn)了問題識別技術(shù)，使得無人機系統(tǒng)能夠自動分析架空輸電線路上的問題，并生成巡檢報告，免去了人工分析的環(huán)節(jié)。

該項技術(shù)的研發(fā)時間很短，目前還存在很多缺陷：問題識別中，有相當一部分問題還無法被量化判定，現(xiàn)在使用的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在識別問題時容易受問題類型相似性干擾，最終出現(xiàn)誤判，如絕緣子問題識別中，假設(shè)絕緣子上有明顯污跡，算法就會根據(jù)污跡是否存在、污跡存在位置特征來進行判斷，這時絕緣子附近的污跡也可能被列入算法范圍，受非絕緣子上的污跡影響，算法可能會認為絕緣子上存在污跡，需要進行清理，此類現(xiàn)象還有很多，說明該項技術(shù)有待完善；問題分類。即為了保障問題識別技術(shù)能順利實施，電科院對架空輸電線路的常見問題進行了分類，大體包括桿塔、導地線、絕緣子、大尺寸金具、小尺寸金具、基礎(chǔ)、通道環(huán)境、接地裝置、附屬設(shè)施，這是問題識別技術(shù)的實施基礎(chǔ)，技術(shù)系統(tǒng)可借助缺陷算法來進行分類判斷。但在相關(guān)實踐測試中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的缺陷算法還不夠完善，尤其在效率與準確性上不達標，這也說明問題識別技術(shù)還有待研究。

三、無人機避障巡檢技術(shù)的實踐應(yīng)用

當然，無人機還具備超聲波測距、雙目測距技術(shù)以及激光雷達測距三大測距技術(shù)，就以雙目視覺測距技術(shù)為例，它的主要測距原理是視差技術(shù)。無人機擁有自己的視覺系統(tǒng)，它其中設(shè)置了基于感應(yīng)器的雙目攝像機，合理利用雙目視覺技術(shù)從不同角度對同一景物進行分析，瞬間動態(tài)獲取兩幅數(shù)字圖像，構(gòu)成一套完整的單獨三角形體系，結(jié)合單攝與雙攝像機位置差距分析公共障礙物三維尺度，并深度了解其空間特征與三維坐標，建立景物三維形狀體系，最終完成對障礙物三維模型的構(gòu)建。整個過程中，無人機的雙目攝像機能夠?qū)崿F(xiàn)對圖像信息的完整采集，準確測量物體距離無人機攝像機雙目之間的直線距離，目前該技術(shù)已經(jīng)被靈活應(yīng)用于無人機架空輸電線路巡檢工作中，它的避障效率高，雙目視覺測距原理成熟，可為架空輸電線路日常巡檢提供安全保障。

四、無人機巢-巢巡檢技術(shù)的實踐應(yīng)用

（一）巢-巢巡檢技術(shù)模式的實踐應(yīng)用

巢-巢巡檢技術(shù)模式屬于無人機巡檢工作中的新技術(shù)模式，它可在有條件背景下完成變電站架空輸電線路的遠程巡檢工作，主要操作就是針對遠程架空輸電線路發(fā)送管控指令，建立遠程無人自主巡檢模式。該模式中除采用到無人機巡檢技術(shù)以外，還采用到人工智能AI 圖像識別技術(shù)、5G 通信技術(shù)以及云計算技術(shù)等等先進技術(shù)內(nèi)容，是典型的無人機智慧巡檢模式。

巢-巢巡檢技術(shù)體系就建立了無人機機巢與后臺管控中心巢之間的相互連帶體系，而其中則利用無人機完成自動化、智能化巡檢過程，所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容都通過無線數(shù)據(jù)傳輸完成，最后再采用深度學習人工智能圖像識別技術(shù)有效解決數(shù)據(jù)自動智能分析相關(guān)問題。而多傳感器技術(shù)在巡檢工作過程中則起到了解決遠程精準起降等關(guān)鍵技術(shù)問題。

（二）巢 - 巢巡檢技術(shù)模式的創(chuàng)新要點

巢 - 巢巡檢技術(shù)模式中存在諸多創(chuàng)新技術(shù)要點，下文將展開逐一闡述。（1）建立無人機平臺，該平臺被稱之為無人機后臺，它能夠全方位長時間遠程監(jiān)控無人機值守機場，即監(jiān)控“機巢”，而同時它也能同步監(jiān)控中央控制系統(tǒng)與無人機本體。（2）建立了機巢配備充電樁，該充電樁可與氣象站、數(shù)據(jù)傳輸模塊等等之間形成聯(lián)動，保證自動充電、氣象監(jiān)控功能實施到位。同時它也建立了安全防護與狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，可保證機巢與后臺控制中心隨時通信，建立數(shù)據(jù)自動傳輸功能體系。（3）建立了中央控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是發(fā)射遠程指令的關(guān)鍵系統(tǒng)。系統(tǒng)可控制無人機實現(xiàn)自動開機、起飛、遵循已制定好航線完成自主飛行拍照，巡線完畢后自動精準降落。當然，系統(tǒng)還可幫助無人機充電，控制云端數(shù)據(jù)智能化分析與處理過程，最終處理過成果會自動上傳到后臺管控中心平臺上。（4）為無人機建立了保姆式的管理平臺，合理監(jiān)控每次無人機的充能充電過程，它為無人機內(nèi)置了微型PC 系統(tǒng)以及5G 通信模塊，可構(gòu)建5G 遠程控制體系，確保無人機在傳輸數(shù)據(jù)過程中也能實現(xiàn)自動充能，隨時準備投入到架空輸電線路巡線工作中。（5）為無人機建立了圖像識別模塊，該模塊主要基于深度人工智能AI 系統(tǒng)建立智能識別體系，有效解決無人機可能存在的數(shù)據(jù)自動智能分析缺陷問題。這主要還是因為模塊中運用到了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，可實現(xiàn)對圖像自動識別軟件的優(yōu)化調(diào)整，確保無人機在電力巡檢過程中有效處理圖像，快速識別圖像中的某些目標內(nèi)容，建立目標智能化識別計算體系。整體來講，圖像識別模塊是基于“端對端”特征展開的，它所處理的數(shù)據(jù)都是非線性數(shù)據(jù)，應(yīng)用非常靈活。

五、結(jié)語

針對架空輸電線路的巡檢工作需要采用到無人機巡檢安全技術(shù)，該技術(shù)所建立的系統(tǒng)規(guī)模龐大，技術(shù)內(nèi)容豐富，可實現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)采集與檢測過程，提高架空輸電線路整體巡檢工作效率。