一、光伏發(fā)電站巡檢

（一）需求分析

由于光伏發(fā)電行業(yè)具有特殊性，因此，光伏發(fā)電站往往地點偏遠，設備眾多，且分布范圍區(qū)域廣闊。一旦發(fā)生設備故障或污損，將造成直接財產(chǎn)損失及安全隱患?，F(xiàn)有的人力巡檢方法存在效率低、錯誤率高、巡檢時間長等諸多問題。如今無人機的普及問世，對光伏電站巡檢、運維可以說是錦上添花，既省時省力又省錢，一臺小小的無人機可以輕松自如的完成光伏電站的巡檢運維工作，代替了人工危險的高空作業(yè)和超大的工作量。

（二）解決方案

系統(tǒng)功能：

1.編輯無人機巡檢區(qū)域，以“S形”自主完成區(qū)域內(nèi)太陽能板的日常巡檢（見圖7-3）。

2.全屏測溫，數(shù)據(jù)采集到地面站后進行視頻/圖像分析。

3對溫度超限太陽能板位置進行自動記錄和存儲。

圖7-3無人機光伏巡檢

系統(tǒng)包括以下三層結構：                  

數(shù)據(jù)采集層： 

1紅外及可見光視頻。                                        

2.紅外測溫數(shù)據(jù)，大氣、環(huán)境、地理信息等全方位傳感信息采集。

數(shù)據(jù)傳輸層：

1.支持傳統(tǒng)圖像傳輸鏈路。

2.支持混合數(shù)據(jù)鏈及多通道數(shù)據(jù)鏈。

數(shù)據(jù)處理層：

1.包括無人機智能控制導航系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲分析系統(tǒng)等。

2.提供云端接口，進行數(shù)據(jù)云傳輸、云存儲及云計算。

多光譜熱成像相機在屋頂光伏板檢測與大型光伏電站的運維上具備明顯優(yōu)勢。多光譜熱成像相機可以短時間內(nèi)掃描處于工作狀態(tài)中的光伏板，能清晰地用影像呈現(xiàn)溫度異常（見圖7-4）。

圖7-4熱成像效果圖

通過使用熱成像進行檢測，能迅速確定出現(xiàn)故障的光伏板，及時進行修復，保障發(fā)電站保持最佳的狀態(tài)。使用多旋翼無人機飛行平臺搭載熱成像相機，續(xù)航時間長達30分鐘，一次飛行可以檢測大片區(qū)域。多功能云臺還可搭載攝像頭，可拍攝和記錄清晰的4K視頻，是光伏板陣列檢測的得力工具。檢測人員只需通過航拍素材初步判定故障區(qū)域，然后前往確認即可，與傳統(tǒng)的步行全場檢測方式相比，工作效率顯著提升。

通過熱成像拍攝，巡檢人員可以快速篩查出損壞或過熱的電池板，即使一個電池損壞，也可能造成整個系統(tǒng)短路，從而讓整個機構癱瘓，最終導致昂貴的維修成本。通過3D建模、點云數(shù)據(jù)、高分辨率照片、紅外線視頻和成像，多光譜熱成像相機為光伏巡檢節(jié)省了大量時間，另外，無人機高清圖傳技術還為光伏巡檢提供了更高的廣度、清晰度和可靠性。在安裝熱成像像機時，顯示器能呈現(xiàn)經(jīng)過加密和調(diào)色的低延時熱成像畫面。

（三）應用案例

2017年6月15日，上海某公司攜帶自主研發(fā)的無人機巡檢系統(tǒng)，為某工廠的分布式電站進行熱斑檢測。光伏組件分布于工廠廠房的房頂，整體概況如圖所示，此房頂電站容量400KW，數(shù)據(jù)采集時間30分鐘，大體流程為：（1）現(xiàn)場勘查:無人機搭載可見光相機，首先對工廠進行基礎勘測。（2）自動航線巡檢:無人機搭載熱紅外相機，地面站自動規(guī)劃飛行航線，采集紅外數(shù)據(jù)；（3）軟件分析處理：將無人機采集的紅外數(shù)據(jù)上傳軟件進行處理分析，生成熱紅外溫度信息概況圖，直觀的呈現(xiàn)出測區(qū)熱斑分布情況，同時定位出光伏組件熱斑的具體位置。通過無人機智能航線飛行，采集可見光、紅外熱成像溫度數(shù)據(jù)，軟件智能分析處理后得到的熱斑位置圖，以及標注出熱斑溫度的位置圖，其中位置圖呈現(xiàn)的方向和地圖一致。

二、風力發(fā)電站巡檢

（一）需求分析

在電力巡線中，風力發(fā)電站的發(fā)電機巡檢更為復雜，也更具挑戰(zhàn)。目前，檢測風力發(fā)電機需要將工作人員運送到高空中進行作業(yè)。這樣不僅有很大的安全隱患，而且需要在檢測前停工，影響發(fā)電效率。與傳統(tǒng)手段相比，使用無人機讓風力發(fā)電機檢測變得安全、便捷。無人機定位精準，可從空中接近風力發(fā)電機，檢測人員的安全風險大幅降低。而且目前多旋翼無人機先進的環(huán)境感知與避障功能可有效避免撞擊事故，確保飛行安全。無人機搭載的攝像頭能拍攝超清圖片及4K視頻，用這款相機可以清晰地辨識發(fā)電機外部的損傷和故障隱患。通過高清圖傳系統(tǒng)，可實時進行檢測，也可以通過飛行器儲存的超高清視頻素材進行后續(xù)分析。全新的技術大幅縮短了停機檢修時間，提升了工作效率。

（二）解決方案

在進行風電巡檢時，我們面臨的最大挑戰(zhàn)是要靠近風力渦輪機，查看是否存在損壞或對渦輪機正常工作造成的隱患，大部分無人機配備廣角鏡頭，要距離風力渦輪機一米左右，才能進行全面檢測，我們需要搭載可變焦鏡頭，這樣才能讓飛行器與渦輪機保持安全距離，同時能夠看清設備上的所有細節(jié)，甚至是數(shù)字和字母，變焦鏡頭有10～30倍光學變焦，飛行器只需與渦輪機保持二三十米距離即可，與客戶進行巡檢作業(yè)時無人機操作便捷式顯示尤為重要，指點變焦功能，可快速準確地捕捉畫面，選點指定拍照，相機則會自動放大目標，可在地面實現(xiàn)技術討論（見圖7-5）。

圖7-5飛行安全距離

連拍模式在巡檢時非常實用，將連拍模式搭配航點飛行一起使用，連拍3～5張照片，讓巡檢更全面，為客戶提供所需資料，大大超出預期（見圖7-6）。

圖7-6航線連拍模式

（三）應用案例

龍源電力中能科技開發(fā)公司在福建南海上完成風電場無人機葉片智能巡檢試飛工作，無人機葉片巡檢開始進入海上風電場運維。

該巡檢技術使用無人機飛行平臺作為載體，搭載高分辨率可見光相機觀察記錄葉片表面狀態(tài)，巡檢作業(yè)人員將無人機部署到船舶或塔底平臺起飛點位后，通過“一鍵巡檢”功能即可進行風電機組葉片表面狀態(tài)的圖像采集。

巡線工作組到達作業(yè)地點后，即可輕松使用掛載多功能變焦鏡頭開展空中巡檢工作。高清實時圖傳讓巡檢員在飛行中就能快速發(fā)現(xiàn)故障點。同時，這款相機可拍攝1600萬像素照片和4K影像，為巡檢后期分析提供充分的畫質保證。全新的飛控支持導航系統(tǒng)，使得飛行器獲得厘米級別的懸停精度。此外，還可通過地面站，設置標準飛行模式，實現(xiàn)自主飛行或利用基站同時控制5臺飛行器對不同的線路段進行檢測（見圖7-7）。

圖7-7無人機觀察葉片表面狀態(tài)

三、輸電線路巡檢

（一）需求分析

隨著經(jīng)濟高速發(fā)展與社會用電需求的與日俱增，超特高壓遠距離輸電技術得到了快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷升級擴大。輸電線路里程的迅速延伸及走廊環(huán)境的日益復雜，線路維護人力、物資成本的不斷提高，給線路運維檢修工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。無人機在輸電工作中應用范圍不斷擴大。主要包括以下幾個應用場景:

人機協(xié)同巡線、故障巡視、診斷性巡視、施工檢修前的現(xiàn)場勘察、運行情況監(jiān)測、輸電線助架線、緊急情況人員搜救、輸電線路數(shù)據(jù)測量。

（二）解決方案

電力線路巡檢是管理電力線路的核心工作，通過一系列精細化的巡視，對電路線路進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，為人們的生活和生產(chǎn)用電提供保障，無人機技術的發(fā)展迎合了電網(wǎng)對信息化及自動化的需求，使用無人機進行巡檢，已成為一種趨勢，過去傳統(tǒng)的巡檢方式，通過望遠鏡進行觀察或者通過爬塔近距離檢查，山區(qū)的基塔都建在上頂上，人力到達山頂需要翻山越嶺幾個小時，其危險性和對工作人員的經(jīng)驗要求極高，像這樣的山區(qū)，一個人一天大概可以巡查2個基塔，現(xiàn)在一般使用小型四軸多旋翼如大疆精靈4P作為小型巡檢工具，它方便攜帶，相機分辨率高，且成像清晰，一次精細化巡檢可以巡視3～4個22萬伏線路塔或2～3個50萬伏線路塔，對一個塔多部位進行拍攝，就可以滿足巡檢需求，一個架次18分鐘左右的飛行最多覆蓋5千米的區(qū)域，無人機的工作效率是原來人工巡檢的8～10倍，讓每天的工作效率有了質的提升，也大大降低了巡檢人員的風險（見圖7-8）。

圖7-8無人機電力巡檢

隨著無人機介入日常線路巡檢工作，輸電線路巡檢的整個工作模式和精細化程度都迎來了很大的變化。在線路巡檢上，線路發(fā)生跳閘后，重合閘成功的線路處于帶電狀態(tài)，受電磁干擾，無人機很有可能發(fā)生撞擊電線導致墜毀的情況，這時我們使用續(xù)航時間較長的六旋翼加D-RTK技術可以避免電磁干擾，增加安全性，同時還可以搭載多光譜熱成像相機，可以近距離測溫，準確性高，且發(fā)熱部位易于確認，檢測到導線和絕緣子異常發(fā)熱時，能及時地檢修，消除隱患，防止故障發(fā)生。

無人機巡檢系統(tǒng)指利用無人機搭載可見光、紅外等檢測設備，完成架空輸電線路巡檢任務的作業(yè)系統(tǒng)。無人機巡檢系統(tǒng)一般由無人機分系統(tǒng)、任務載荷分系統(tǒng)和綜合保障分系統(tǒng)組成。無人機分系統(tǒng)由無人駕駛航空器、地面站和通信系統(tǒng)組成，通過遙控指令完成飛行任務。任務載荷分系統(tǒng)指為完成檢測、采集和記錄架空輸電線路信息等特定任務功能的系統(tǒng)，一般包括光電吊艙、云臺、相機、紅外熱像儀和地面顯控單元等設備或裝置。綜合保障分系統(tǒng)是保障無人機巡檢系統(tǒng)正常工作的設備及工具的集合，一般包括供電設備、動力供給（燃料或動力電池）、專用工具、備品備件和儲運車輛等。

線路的維護與巡檢在電力系統(tǒng)中有著相當重要的作用，也得到了更多電力專家的重視。通過相關的數(shù)據(jù)和圖像資料可以清楚地看到，在觀察設備外觀情況時，無人機技術可以起到相當關鍵的作用，通過無人機，電力部門相關人員可以清楚判斷重要部件是否受到損壞，保證輸電線路的安全，保障居民的用電。除正常巡檢和特殊巡檢外，還可將無人機應用在電網(wǎng)災后故障巡檢。當災害導致道路受阻、人員無法巡檢時，無人機可以發(fā)揮替代作用，開展輸電線路巡查，準確定位桿塔、線路故障，且視角更廣，能避免“盲點”。無人機巡檢提高了電力維護和檢修的速度和效率，使許多工作能在完全帶電的情況下迅速完成，比人工巡線效率高出40倍。在巡檢過程中，還可通過無人機清除線路上的風箏、氣球、塑料袋等異物。

經(jīng)過EPRI對電網(wǎng)故障檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，故障50%是紫外發(fā)現(xiàn)的、28%是紅外發(fā)現(xiàn)的、22%是可見光發(fā)現(xiàn)的。電力缺陷巡檢的質量實質上是多光譜設備協(xié)同作用的結果，目前無人機主要巡檢設備主要都是基于可見光單光譜巡檢，少部分紫外或者紅外的單光譜檢測設備。在單光譜檢測中，尤其是可見光，可以對顯而易見的問題進行查找；而如果采用單光譜輪替進行，會急劇增多檢測工作量，提高作業(yè)成本。此外，紅外和紫外圖像非對巡檢人員視覺友好型，無法通過紅外和紫外圖像直接引導巡檢人員操作無人機飛行，需要專業(yè)的無人機操作手執(zhí)行飛行任務（見圖7-9）。

圖7-9多光譜巡檢

（三）應用案例

    南京百家湖科技基于智能圖像識別技術、視覺深度學習技術，結合無人機、巡檢車、固定攝像機等對輸電線路巡檢自動拍攝的影像資料，對輸電線路桿塔、導地線、絕緣子、大尺寸金具、小尺寸金具，基礎通道環(huán)境、接地裝置和附屬設施等缺陷隱患進行自動識別、分析，搜索典型的缺陷隱患?？勺詣虞敵龅湫偷囊伤迫毕蓦[患識別圖（見圖7-10）。

圖7-10疑似缺陷隱患識別

四、激光雷達巡檢

（一）需求分析

    桿塔精細化巡檢，主要利用無人機針對高壓電線桿塔本身進行拍攝，拍攝后通過對照片分析，查找桿塔有無缺陷。而激光雷達巡檢主要以無人機搭載激光雷達作業(yè)，經(jīng)掃描后獲取三維點云模型，最終起到電力線與下方樹木之間的距離預警作用。

   激光雷達巡檢前期準備工作和桿塔精細化巡檢準備工作基本相同，但激光雷達巡檢多了一項航線采集工作。因為激光雷達本身設備昂貴，所以對航線的要求和飛機的穩(wěn)定性、可靠性要求特別高（見圖7-11）。

圖7-11無人機自動化巡檢

（二）解決方案

利用機載激光雷達測量系統(tǒng)獲取的高精度點云可以檢測建筑物、植被、交叉跨越等對線路的距離是否符合運行規(guī)范，為輸電線路監(jiān)護人員提供數(shù)據(jù)基礎，發(fā)現(xiàn)輸電線路設施設備異常和隱患及線路走廊中被跨越物對線路的威脅（見圖7-12，圖7-13）。

圖7-12激光雷達巡檢

圖7-13無人機激光雷達巡檢

應用效果 

利用無人機激光雷達技術進行電力巡線是一項先進的技術手段。采用該項技術進行電力巡線，不僅可以大幅度提高工作效率，也能大大減少野外工作，降低巡線成本。在傳統(tǒng)的巡線工作中，100千米線路需要20個巡線人員工作1天才能完成，而利用無人機進行巡視，

需要4個架次共計2人1天就能完成，大大提高了巡視效率，且不受地理環(huán)境的限制。無人機激光雷達技術通過對電力走廊上電線塔、電力線、周圍植被等地物的點云數(shù)據(jù)采集、處理，可以實現(xiàn)電線桿塔、電力線的真實三維重建，實現(xiàn)植被與電力線的精確量測，發(fā)現(xiàn)線路存在的安全隱患，為管理者的決策提供真實、有效的數(shù)據(jù)支持，避免線路事故停電，可以挽回高額的停電費用損失。

線路資產(chǎn)管理

通過巡線采集的點云和高清影像數(shù)據(jù)，處理成標準的DOM、DEM，結合分類后的點云可以實現(xiàn)電力線路的三維建模，恢復電力線沿線地表形態(tài)、地表附著物（建筑、樹木等）、線路桿塔三維位置和模型等，并將線路的屬性參數(shù)錄入，實現(xiàn)線路資產(chǎn)管理（見圖7-14）。

無人機圖像目標自動檢測

目標自動檢測適用于目標特征明顯、能反映地物信息的場景。智慧工地的巡檢就是一個很好的例證。在工地施工領域，無人機通過探測以下基礎設施來捕捉房屋在不同階段的建造進度：地基(開始)——墻面板(正在進行)——屋頂(部分完成)——護墻(收尾)——熱水器(可以搬入)（見圖7-15）。

圖7-15無人機圖像目標自動檢測

檢測到完整的房子

下面是每個類的平均精度：

無人機自動識別目標屋頂：95.1%；熱水器：88%；墻面板：92%；護墻：81%。

測試與集成：在模型訓練好后，將API直接集成到智慧工地管理系統(tǒng)中。

最后一步，圖像被拼接起來并使用與每幅圖像相關聯(lián)的GIS數(shù)據(jù)創(chuàng)建整個景觀視圖（見圖7-16）。

圖7-16拼接的全景視圖

可見光樹障分析

可見光樹障分析軟件是針對無人機樹障巡視而研發(fā)的自動化數(shù)據(jù)分析軟件，支持多旋翼和固定翼無人機的可見光、激光雷達數(shù)據(jù)來源，可實現(xiàn)輸電導線弧垂建模、點云分類、樹障安全距離分析、樹障危險性分析，快速定位樹障位置，識別樹障類型，并生成樹障分析報告（見圖7-17）。

圖7-17自動生成樹障報告

預測的圖像拼接在一起創(chuàng)造了整個景觀視圖

太陽能發(fā)電廠的日常檢測和維護是一項艱巨的任務。傳統(tǒng)的人工檢測方式只能支持每三個月一次的檢測頻率。由于環(huán)境惡劣，因此，太陽能電池板可能會有缺陷。損壞的太陽能電池板部件會降低功率輸出效率（見圖7-18）。

圖7-18左圖太陽能電池板的原始圖像 自動化系統(tǒng)檢測的缺陷定位和分類

（三）應用案例

2019年，廣西玉林供電局采用無人機三維激光掃描技術對110千伏寨隍線線路通道開展了帶電巡視。通過新技術的運用，輸電線路走廊內(nèi)的樹木、地形等顯露無遺，影響電力線路正常供電的樹障隱患也能第一時間發(fā)現(xiàn)。此前，該局線路通道內(nèi)的樹障觀測要靠電力工人上桿或者爬到更高處才能完成，由于外部條件限制，對樹障判別容易產(chǎn)生誤差，導致在極端天氣情況下樹木與輸電線路安全距離不夠產(chǎn)生放電，線路停電情況時有發(fā)生。無人機三維激光掃描技術的出現(xiàn)有效彌補了這方面的不足，通過對高科技的應用，樹障與導線的距離判斷能精確到厘米級，能夠準確發(fā)現(xiàn)樹障隱患，進一步提高了供電的穩(wěn)定性，同時還可以極大程度地減輕人力資源損耗。

五、輸電線路故障排查

（一）需求分析

新形勢下，電力行業(yè)快速發(fā)展，高壓、超高壓輸電工程不斷增多，滿足了用戶用電需求的同時，電網(wǎng)的大規(guī)模與復雜性，增大了輸電線路的故障發(fā)生幾率。此時，面對大規(guī)模的電網(wǎng)與四通八達的輸電線路，傳統(tǒng)的故障點檢查方式已經(jīng)無法保障電網(wǎng)可靠運行。積極引進小型無人機，全方位監(jiān)察輸電線路，快速查找輸電線路路上的故障點，具有重要意義。無人機在輸電線路故障點查找中的應用優(yōu)勢，無人機的普及，大大提高了我國輸電線路的可靠性（見圖7-19）。

圖7-19無人機桿塔自動化巡檢

（二）解決方案

無人機根據(jù)巡檢事前編好的電塔GPS坐標點（或者讀取高頻RFID芯片），進行自動飛行巡檢，巡檢內(nèi)容包括：引流線（有無斷股）、桿塔（有無鳥窩、損壞、變形、緊固金具松脫金具被盜）、絕緣子（有無脫落、破損、污穢、異物懸掛）、防震錘（有無變形、存在異物）、線夾（有無松脫）、導線（有無斷股、異物懸掛）、地面環(huán)境（有無在規(guī)定范圍建筑房屋和超范圍生長的植物）等（見圖7-20）；無人機執(zhí)行巡檢監(jiān)控，并實時同步傳輸?shù)降孛婀ぷ魅藛T；無人機完成巡檢任務后，地面工作人員根據(jù)巡檢內(nèi)容信息判斷巡檢結果，并根據(jù)具體情況制定相應的解決措施。

圖7-20無人機巡查線路

無人機通過掛接熱成像設備，對巡檢線路進行巡檢，通過溫度異常變化對比值，發(fā)現(xiàn)隱蔽性較強的故障點，結合傳統(tǒng)可見光巡線，熱成像巡線將大大提高故障點檢測的準確性。無人機搭載熱成像設備夜間巡檢輸電設備判斷依據(jù)：導線（有無紅色發(fā)熱點）、線夾（有無接觸點發(fā)熱）、引流線（有無發(fā)熱點）、絕緣子（有無擊穿發(fā)熱）、桿塔（有無擊穿發(fā)熱）、耐張管（有無發(fā)熱）（見圖7-21）。

圖7-21無人機熱成像巡檢圖

（三）應用案例

青海省剛察縣熱水鎮(zhèn)江倉地區(qū)海拔3000多米，國家電網(wǎng)在使用無人機對110千伏熱倉線開展故障排查工作。

線路巡視人員前期運用航線規(guī)劃設定好無人機飛行路徑和數(shù)據(jù)采集點，無人機在距離設備2.5米處進行近距離拍攝，通過可見光拍攝及紅外測溫，可以精準發(fā)現(xiàn)螺栓、銷釘、螺帽等設備是否脫落，極大地減少了人工巡檢的勞動強度和作業(yè)風險，還能夠發(fā)現(xiàn)人眼發(fā)現(xiàn)不了的隱患及細小缺陷，在效率和精度上都具有明顯的優(yōu)勢（見圖7-22）。

圖7-22海上風電場無人機葉片智能巡檢