電網無人機巡檢技術應用研究

李文樂

（國網冀北電力有限公司超高壓分公司大同分部，山西大同 037000）

0 引言

當今時代，無人機技術飛速發展，為多個領域帶來了創新性應用，為電網巡檢提供了前所未有的機會。國家電網敏銳地捕捉到這一趨勢，2020 年制定了《無人機智能巡檢作業體系建設工作方案》。這個方案不僅是對無人機新技術應用的探索，更是對傳統電力巡檢模式的一次顛覆性創新。

運用先進無人機技術，結合數據處理和分析能力，構建一個高效準確的智能巡檢體系。而這一體系的建設不僅僅是技術層面的創新，更涉及管理和運營的深度變革。首先，國家電網提出了以無人機為主導的協同自主巡檢模式，這意味著在未來的電力巡檢中，無人機將扮演主角，大大提高巡檢的效率和安全性。與此同時，這種模式還強調了協同作業，即通過各種技術手段和管理策略，確保無人機、人工智能以及其他相關技術的高效整合與協作。

國網電力輸出明確以提升無人機自主巡檢作業和智能分析能力為核心目標。這表明，未來的電力巡檢不僅僅是簡單地采集圖像和數據，更重要的是能夠對這些數據進行智能分析，及時發現潛在的風險和問題。為了支撐這一目標的實現，方案還提出了完善無人機智能巡檢作業的管理體系和技術支持體系，確保從技術到管理，從策略到執行，整個體系都能夠高效運作。

1 應用無人機電力巡檢技術的重要性

隨著電力網絡的復雜性和覆蓋范圍的擴大，輸電線路的巡檢和維護顯得尤為重要。大型電力網絡不僅覆蓋廣泛的地理區域，還常常面臨各種各樣的天然環境和人為挑戰。從平原到高山，從沙漠到雨林，電力線路往往經過最為險峻和惡劣的地形，這給巡檢工作帶來了巨大的難度。

由于各種地理和氣候條件，輸電線路、電線桿和鐵塔的運行環境往往相對惡劣。例如，在高山或丘陵地帶，巡檢人員需要攀登或長時間徒步，以到達線路或鐵塔的位置。此外，由于電力網絡的廣泛分布，巡檢人員需要長時間在戶外工作，面對風吹日曬、雨淋雪打等自然條件。這不僅給他們的身體健康帶來風險，也增加了工作的難度和時間。然而，巡檢的重要性是不可或缺的。電力線路和相關設施的維護狀況直接關系到電力的穩定供應和用戶的安全。任何小小的故障或損壞都可能導致電力供應中斷或電力事故。因此，及時準確地檢查并維護電力線路和設施，對于電力公司和用戶來說都是至關重要的。

但在實際操作中，由于人員、物資和技術的限制，傳統的巡檢方式往往難以滿足需求。尤其是在廣大的農村和偏遠地區，地形和氣候的挑戰使巡檢工作難度大大增加。這不僅影響了電力的穩定供應，也給電力公司帶來了巨大的經濟壓力，因此可以用無人機巡檢代替偏遠山區人工技術。

在各級城市中，生產一線線路檢查的人員較少，國網電線則綿延數千公里。雨雪等氣候環境較差，電力傳輸功能可能會受到削弱，因此線路檢查工作很難很好地完成。

在這樣的背景下，無人機技術的引入無疑為電力巡檢帶來了革命性的變革。作為一種新型的電檢工具，無人機集成了多種先進技術，如無線遙控、自動導航和高清攝像等，使其在電力巡檢中顯示出卓越的性能。無人機的遠程控制能力意味著巡檢人員不再需要親自到達線路或鐵塔的位置，而只需要在地面操作無人機，即可完成巡檢任務。這大大減少了人員的體力消耗和安全風險，也縮短了巡檢的時間和成本。

無人機的高清攝像技術可以為巡檢人員提供清晰準確的圖像信息。這不僅使員工能夠更加詳細地檢查線路和設備的狀況，也消除了傳統巡檢中肉眼視覺偏差和光學器件性能問題帶來的誤差。無人機的低成本和可操控性，使其成為電力巡檢的首選工具。與傳統的人工巡檢相比，使用無人機可以大大減少人力、物資和時間的消耗，也大大提高了巡檢的精確性和效率。

無人機技術的引入為電力巡檢帶來了革命性的變革。其高效、安全、準確的性能不僅滿足了電力公司的需求，也為用戶帶來了穩定、安全的電力供應。未來，隨著技術的進一步發展和應用，無人機在電力巡檢中的作用將會更加突出，也將為電力行業帶來更多的機會和挑戰。

2 電網無人機巡檢關鍵技術

2.1 續航技術

由于無人機具備一定的通信中繼、邊緣計算等功能，實現了無人機半自動蛙跳式巡檢。固定式機巢一般安裝于供電所或固定線路桿塔，根據巡檢任務無人機自動起飛，在完成巡檢任務后自動降落至機巢中進行充電，同時通過機巢進行初始數據處理并將數據上傳至巡檢監控平臺，該模式最大限度地實現了無人機自主巡航。

2.2 數據收集技術

數據收集技術包括物聯網、AI 技術、人工智能、5G、邊緣計算、云計算等，它們在無人機智能巡航中扮演著重要的角色，這些技術的全面發展和綜合運用是實現真正意義上的無人機智能自主巡航的關鍵。物聯網技術可以實現設備之間的互聯互通，使無人機能夠實時獲取大量的數據。AI 技術和人工智能則賦予了無人機自主決策和智能分析的能力，使其能夠更好地應對復雜環境。5G 技術提供了高速穩定的通信支持，邊緣計算和云計算則可以處理和存儲海量數據。這些技術的協同作用可以進一步提升輸電線路巡檢工作的效率，確保電力系統的可靠性和安全性。因此，無人機需要多領域技術協同發展，以應對日益復雜的電網巡檢需求。

2.3 自主巡檢技術

在現代電力輸電體系中，無人機技術的引入被視為一種創新手段，它能夠幫助工程師和技術人員更高效、安全地檢查和維護輸電線路。值得注意的是，不同地理和氣候條件下的輸電線路巡檢，都對無人機技術提出了不同的需求和挑戰。例如，地形地貌的復雜性、不穩定的風速和風向等因素，都會對無人機的飛行穩定性和拍攝質量產生影響。此外，由于無人機的軟硬件條件限制，如續航能力、重量和尺寸等，使其無法滿足長時間、大范圍的巡檢需求。這意味著，傳統的無人機巡檢模式往往需要人工干預，且需要多次更換無人機和電池，增加了作業的復雜性和成本。

研發團隊提出了一種輸電線路無人機自主巡檢的解決方案。首先，通過固化作業點和建立標準化航線庫，無人機可以自主執行巡檢任務，無需人工干預。用戶只需在無人機運維管控系統中一鍵觸發巡檢任務，無人機就會自動飛行、拍攝，并實時回傳巡檢視頻。此外，運維管控系統還可以自動下載巡檢圖像，分類、分析并生成巡檢報告，大大減少了人工篩選、識別和存儲的工作量。

無人機自主巡檢技術的引入，不僅提高了巡檢的效率和準確性，還大大降低了運維人員的工作難度。傳統的無人機巡檢需要專業的操控技能，而自主巡檢技術則允許運維人員擺脫煩瑣的數據整理工作，將更多的精力投入輸電專業核心技術的學習和研究中。實際應用中，自主巡檢技術還顯示出對電力通道隱患的高效治理和檢查能力。

隨著技術的不斷發展，無人機自主巡檢技術將更加完善，更多的功能和特性將被引入，如智能識別、自動決策等。這將進一步提高無人機在電力輸電線路巡檢中的作用和價值，也將為電力行業帶來更多的機會和挑戰。

2.4 圖像識別技術

圖像識別作為現代技術的一部分，對紅外成像、紫外成像以及POS 系統進行深度判讀。這種技術能夠準確地找出線路中的微小問題，并及時地進行修復。這不僅提高了線路的安全性，還能大大減少由于設備故障導致的電力停供時間。在電力巡檢中，采集的數據量巨大。為了提高數據處理的效率，多傳感器立體過濾技術應用而生。它可以對大量數據進行快速有效的過濾，只保留對巡檢有意義的數據，從而大大提高了工作效率。

深度學習模型，特別是卷積神經網絡（CNN），已經在圖像識別領域取得了突破性進展。這些模型可以自動從數據中學習特征，并進行準確的分類。在電力巡檢中，這意味著可以自動識別出線路中的各種缺陷，如裂紋、腐蝕等，從而大大提高巡檢的準確性和效率。電力線路周圍的環境變化快速，導致圖像背景復雜，增加了圖像識別的難度。為了解決上述問題，研發人員正在探索多種優化策略。其中之一是增強學習，它可以使無人機在飛行中自動調整其飛行姿勢，以獲得最佳的拍攝效果。引入更先進的圖像識別算法，如遷移學習，可以幫助模型更好地適應復雜的背景，從而提高識別的準確性。未來，隨著技術的不斷發展，無人機和圖像處理技術將在電力巡檢中發揮更大的作用。不僅能夠提高巡檢的效率，還能大大降低人為因素帶來的風險，確保電網的穩定和安全運行。

3 無人機巡檢技術在電網傳輸中的應用

3.1 植被管理應用

在電網管理中，植被的控制至關重要，因為過近的植被可能對電力線路造成威脅。傳統的植被管理方法依賴于地面觀察和載人飛機巡查，這些方法不僅成本高昂，而且在復雜地形中的準確性有限，無人機可以提供一種高效的解決方案。

無人機能快速掃描電力線路走廊，并創建精確的二維和三維模型，這些模型能夠測量植被與電線之間的準確距離，從而幫助電力公司設置安全的間隔。這種方法的優勢在于，無人機可以在短時間內覆蓋大面積區域，且在數據獲取和處理上遠比傳統方法高效。

通過使用無人機，電網公司能夠更有效地管理植被，減少由植被引起的電網故障和停電事件，提高電網的整體可靠性和安全性。

3.2 詳細檢查與標準化數據

詳細檢查是電網巡檢中的一個核心環節，涉及對電網構件的細致審查。在傳統巡檢模式中，這一過程不僅耗時而且勞動強度大，因為檢查人員需要親自檢視每個電塔的所有組件。此外，由于缺乏標準化，傳統檢查所收集的數據難以進行自動化分析和缺陷識別。

無人機技術在此方面進行了顯著改進。無人機可以被編程執行自動化飛行路線，以高精度檢查高聳的電網資產。它們能夠創建詳細的3D 點云圖，無需人工操作員冒險攀爬高空，大大降低了安全風險。此外，無人機攜帶的高分辨率攝像頭和傳感器可以捕獲電網構件的每一個細節，無論是腐蝕、裂紋還是其他形式的損傷。

無人機收集的數據具有高度的標準化，這意味著這些數據可以被直接輸入分析軟件中，自動識別潛在的缺陷和問題。這種標準化的數據輸出極大地提高了巡檢的效率，減少了人為錯誤，并且使電網運營商能夠更快速、準確地做出維護和修復決策。

通過無人機技術，電網巡檢過程變得更加閉環和高效。從數據的收集、處理到故障的診斷和響應，每個環節都得到了優化，確保了數據的完整性和巡檢的高效率。

3.3 熱成像檢查

熱成像檢查在電網巡檢中起著至關重要的作用，它幫助識別因過熱可能導致的電網問題。在無人機技術出現之前，這種檢查通常依賴于地面設備或昂貴的直升機巡檢，這些方法不僅成本高，而且難以覆蓋所有高大結構，反應時間較慢。

無人機改變了熱成像檢查的方式，配備了放射熱傳感器的無人機可以從多個角度捕捉電網資產的圖像，這不僅提高了檢查的全面性，也增強了檢查的精確性。無人機的操作簡單快捷，能夠迅速起飛，不受復雜設置要求的限制，對電網的響應更為及時。

在進行熱成像檢查時，無人機可以提供關于電網資產的可視化和實時溫度讀數。這些數據對于快速識別問題至關重要，如過熱的變壓器或有缺陷的絕緣體，通過實時捕捉這些信息，電網運營商可以迅速采取行動，進行必要的維護或更換，從而預防可能的故障和停電。

無人機的靈活性允許它們在復雜的環境中進行操作，如高山或密林地區，這些區域對于傳統熱成像方法來說是一個挑戰。因此，無人機不僅提升了熱成像檢查的效率，還擴大了巡檢的范圍，保證了電網的整體穩定性。

3.4 故障檢查與響應

電網系統中的故障檢查是一個關鍵環節，它要求快速準確地識別和響應潛在的問題，以避免更大規模的電力中斷或設備損壞。在無人機技術未被廣泛應用之前，這一過程主要依賴于人工巡檢和地面設備，這些方法不僅耗時，而且很難涵蓋所有可能的故障點。

無人機為故障檢查帶來了顯著的改進。由于其獨特的空中視角，無人機能夠快速地捕捉電網資產的全貌，這使得檢查團隊能夠迅速準確地定位任何故障，從而及時采取必要的維護或修復措施。這種快速反應的能力在緊急情況下尤為重要，因為及時發現和修復故障能夠顯著減少由停電引起的損失。

3.5 夜間巡檢解決方案

夜間巡檢是電網管理中一個特別具有挑戰性的領域。在光線不足的情況下，傳統的巡檢方法效率低下，且風險較高。人工巡檢在夜間視線受限的條件下難以執行，而使用載人飛機或地面車輛進行巡檢則成本昂貴且效果有限。無人機技術為這一挑戰提供了有效的解決方案。

配備了探照燈和熱傳感器的無人機能夠在低光照條件下，甚至在夜間進行有效的巡檢。這些設備使無人機能夠清晰地捕捉到電網設施的圖像，即使在環境光線極為有限的情況下也可以進行巡檢。

無人機在夜間巡檢中的使用大大提高了巡檢的安全性和有效性。通過遠程操作無人機，減少了工作人員在夜間或惡劣天氣條件下的直接暴露風險。此外，無人機的靈活性和機動性使得它們可以迅速部署到關鍵地點，執行必要的檢查工作，打破了傳統巡檢方法的局限。

通過無人機進行的夜間巡檢不僅提高了電網資產的監測頻率，還為電網管理提供了額外的層次，確保了電網在24 小時內的連續安全運行。這種全天候的監控能力對于預防故障和及時響應至關重要。

4 結語

通過利用無人機進行巡檢，可以有效地解決傳統巡檢方法無法解決的問題。在電力輸送領域，傳統的巡檢方式早已無法滿足現代社會日益增長的需求，特別是在高壓電力線巡檢方面，無人機技術的出現為此問題提供了一個創新的解決方案。與傳統方式相比，無人機技術在巡檢高壓電力線時具有明顯的優勢，它可以覆蓋更廣闊的區域，而且可以更快速地完成任務。無人機可以在各種天氣和地理環境下工作，大大提高了巡檢的靈活性和可靠性。無人機還可以攜帶多種傳感器，如紅外線、紫外線和高分辨率相機等，能夠捕捉到傳統方法遺漏的問題。

無人機技術為電力輸送領域帶來了革命性的改變。它不僅提高了工作效率，降低了成本，還為確保電網的穩定和安全運行提供了有力的技術支持。因此，這是一個值得繼續深入研究和推廣的領域。