中國民用無人機電力巡檢解決方案介紹

　　一、市場規模和現狀

　　利用無人機進行輸配電線路巡檢已經成為近幾年電力行業的普遍現象。“十三五”期間，全國電網設備規模快速發展，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，包括國家電網運營的99.2萬公里和南方電網運營的22.2萬公里，且每年都在以5%左右的規模持續增長。

　　輸電線路分布于戶外廣闊地域，線路設備大多暴露在野外環境運行，氣象條件復雜、現場環境多變，導線、避雷線、絕緣子、金具在長時間運行后，由于各種力的長期作用，可能發生斷股、銹蝕、過熱等情況。傳統的人工巡視模式效率低，輸電專業人員數量與設備規模持續增長的矛盾日益突出。到了2013年，國家電網和南方電網公司都積極開展了“架空輸電線路直升機、無人機和人工協同巡檢”相關工作，大力推廣無人機巡檢應用，建立無人機巡檢管理和技術支撐體系，輸電線路運檢效益明顯提升。

　　無人機在線路巡檢工作的優勢主要有：

　　1、環境適應性強。很多巡檢環境復雜，地處交通死區、無人區等，無人機通過遠程控制或者線路自主規劃，彌補了維護人員不具備有利交通條件的缺陷。

　　2、作業精細化。無人機可搭載可見光成像設備、紅外熱成像儀、激光雷達設備，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據，并對線路運行狀況進行精細化檢查與分析，有效地降低了人工勞動強度，提高了作業效率。

　　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個桿塔，而無人機一小時之內即可完成人工一天的巡檢量。廣東電網機巡中心利用無人機巡檢的比例逐年增加，已率先實現了輸配電(即輸電、變電、配電)機巡線全覆蓋，年作業量超13萬公里，其中無人機巡檢占85%，作業量全球第一，綜合效率提升了2.6倍。

　　二、常見的無人機類型及產品代表

　　發展至今，無人機已經成為行業應用的基礎工具，電力無人機通過搭載不同的任務設備來執行相應的任務。根據布局形式，目前常用的電力無人機主要用多旋翼、固定翼、垂直起降固定翼、無人直升機等多種機型。

　　如果說利用無人機進行巡檢作業是“站在巨人的肩膀上”，那飛機平臺就是這個巨人，而布局形式決定了這個巨人的高度。布局形式的不同決定了飛行平臺各項模塊的性能參數，從而決定了其適用于不同的應用場景。

　　三、無人機電力智能巡檢解決方案

　　基于無人機的立體巡檢體系包括應用無人機進行高精度數據采集、線路巡檢、數據的處理與應用。

　　數據采集系統

　　2019年，國家電網提出“泛在電力物聯網”的概念，涉及對信息和數據的深入整合應用，對物聯網技術的全方位推廣，以及電力行業內外生態的綜合構建。

　　此外，南方電網在電網運營規劃中加強了無人機自動駕駛技術的項目研究，并已于2018年開始采集數據，目前已完成全省6萬公里輸電線路高精度絕對坐標系的激光雷達點云數據采集。

　　無人機在基礎數據的采集工作中具有諸多優勢，具有起降靈活、低空飛行、低成本、易維護的特點，可獲得高空間分辨率、高光譜分辨率及高時間分辨率的多光譜影像。

　　隨著無人機技術的不斷發展，機載激光雷達逐漸進入無人機行業，尤其是合成孔徑雷達(SAR)技術的發展，可以使人類具有“千里眼”能力。SAR是利用合成孔徑原理，實現高分辨的微波成像，具備全天時、全天候、高分辨、大幅寬等多種特點。理論上，對100km距離外的目標，SAR很容易實現厘米級的分辨率。這種卓越的成像能力，對遠距離目標的高分辨率監視應用特別有吸引力。

　　廣東電網機巡中心于2018年推出了激光雷達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上搭載激光雷達應用于線路數據的采集，高效解決了大面積復雜地形測繪。

　　通過CW-30LiDAR獲取的三維激光點云數據

　　LiDAR設備與無人機高度集成，一體化控制，設備集成了激光掃描儀、GNSS 高精度定位系統、慣性導航系統、高速數采系統、時間同步系統、全畫幅相機等多部件，整機緊湊，集成度高;采用全頻 RTK+IMU 融合技術與激光雷達測量技術，測量精度高;地面站軟件可實時顯示與控制無人機及激光雷達設備。

　　無人機電力巡檢解決方案：巡檢系統

　　目前無人機在電力行業的應用主要用于線路巡檢。由于我國國土面積廣袤、地形復雜多樣、山區面積大，輸電設備分布廣、所處環境復雜，導致故障的原因既有雷擊、鳥害、臺風等自然因素，也有吊車、泵車等大型施工機械、樹木碰線等外力因素，更有設備絕緣老化、金具銹蝕斷裂等物資質量因素。

　　無人機智能巡檢系統根據任務類型搭載不同的任務吊艙系統，包括可見光成像設備、紅外熱成像儀、紫外成像儀、高分辨率航空數碼相機、激光雷達等。

　　數據處理與應用系統

　　利用無人機進行數據的采集、存儲、處理和應用，廣東電網已建立6.8萬公里數字化通道，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90%以上。

　　截至到2019年10月底，國網泰州輸電局已完成全部桿塔的無人機精細化巡檢、完成了220千伏線路桿塔自主巡檢航跡標注，300多基桿塔的三維激光雷達掃描，以及1000公里輸電通道的復合翼無人機巡視。累計發現缺陷1萬多個，其中嚴重缺陷967個，危急缺陷179個。

　　隨著AI智能缺陷識別技術、物聯網技術的深入發展，國家電網和南方電網都對數據采集、航線規劃、精度驗證等方面提出了更高的要求。

　　泰州供電局通過整合創新，搭建了輸電智能管控平臺，圍繞設備模型三維化、多源數據標準化、智能算法實用化、應用場景多樣化，提供輸電智能運檢“一站式”解決方案。

　　南網也推出了兩大核心系統，即三維航線系統+智巡通無人機控制APP，可以根據用戶需求定制N種航線航路，并可提供高精度完整點云數據做飛行安全檢測，讓飛行的每一步都在預先掌控之中。廣東電網研發的無人機自動駕駛系統通過云端服務器精確規劃無人機巡視軌跡，發送至現場作業無人機，無人機搭載可見光、紅外相機等傳感器，實現對輸電設備的高精度自動巡視，并實現實時缺陷分析。預計到2025年，電網無人機全部由手工遙控操作轉變為自動駕駛。