一种输电线路无人机“巢------巢”巡检新模式

（国网江西省电力有限公司赣西供电分公司，江西新余 338025）

0 引言

架空输电线路是电网的重要组成部分，而架空输电线路巡视又是线路运维工作的重点。巡视的频度、准确率越高，成果越及时全面，线路设备管控水平就会越高，这也是输电运检工作精益化管理的要求和行业发展方向。

目前输电线路巡视已由以往单纯的依靠人工地面巡视，发展成为了无人机+人工+直升机的协同立体巡检模式。虽然巡视的效率有了提高，但是无人机巡视仍然存在着一些不足，制约着输电线路巡视向自主化、智能化方向发展。

1 目前的无人机巡检模式

以国网江西省电力有限公司赣西供电分公司为例，目前的无人机巡检模式主要以无人机智能操控终端APP为平台，在飞行的过程中按照设定的高程、拍摄角度、拍摄频率对输电线路设备、通道进行持续拍摄。智能操控终端APP主要功能模块有通道巡视、树障巡视、快速测绘和全景采集等。

首先作业人员根据线路长度规划好线路的若干个作业点，然后通过乘坐车辆到达作业点，释放无人机进行作业。无人机作业完成后手动控制降落，前往下一个作业流程。

现场巡视完成后，作业人员需对无人机拍摄回来的照片进行人工整理分析处理，然后形成巡视报告发送至相关人员。

2 现有无人机巡检模式的不足

从现场飞行至人工数据处理，目前的无人机巡视模式依然存在以下不足：

1）无人机巡线方案不够智慧，飞机起降、数据拷贝、数据处理等环节还需要人工干预，耗费大量人力。

2）无人机作业路途及转场耗时耗力，每天车旅时间就占工作时间约3/8；

3）寒冬酷暑期间，输电人员依然需要在野外艰苦开展机巡作业；

4）数据处理及时性、准确性还不够，尤其在特殊天气、特殊时期例如鸟害高发期等需要频繁开展特殊巡视时。

3 无人机巢-巢巡检新模式

3.1 巢-巢巡检模式介绍

无人机“巢-巢”巡检新模式为：在有条件的变电站或杆塔部署无人机机巢，通过远程发送指令控制，实现输电线路无人机远程无人自主巡视。新的巡检模式融合了无人机控制技术、人工智能图像识别技术、4G通信技术、云计算技术等相关领域前沿技术，实现无人机自动巡视、数据自动处理分析、成果自动上传，无需人工干预，详见图1。

图1 “巢-巢”智慧巡检流程示意图

具体内容为：1）在变电站或杆塔建设全方位远程监控的无人值守机场（机巢），在运检部办公室建设中央控制系统；2）在云端部署监控平台进行监管，并预留空域管理接口便于接受相关部门的监管；3）采用长航时无人机（航时不小于50 min，单向巡航里程不小于30 km）。通过中央控制系统远程管理机巢系统、无人机设备和气象站等辅助设备，远程发送指令，控制无人机自动开机、起飞、按航线自主飞行拍照，完成任务后异地精准降落；控制机巢系统进行自动充电、数据自动传输；控制云端对数据自动智能分析、成果自动上传管控平台。

“巢-巢”巡检技术关键点包括无人机续航、无人机远程控制、数据自动传输、数据自动智能分析、远程精准起降等。经过深入研究，利用长航时电池解决了无人机续航问题；利用4G通信控制技术解决无人机远程控制和无线数据传输问题；利用深度学习人工智能图像识别技术解决了数据自动智能分析问题，利用多传感器技术解决了远程精准起降问题。

3.2 巢-巢巡检模式创新点

1）无人机平台：无人机平台包括全方位远程监控的无人值守机场（机巢）、中央控制系统、长航时无人机。详见图2。

（1）机巢配备充电桩，气象站、数据传输模块等，具备自动充电、气象监控、安全防护、状态监控、实时通信、数据自动传输等功能。

图2 无人值守机场展示图

（2）中央控制系统（见图3）可远程发送指令，控制无人机自动开机、起飞、按航线自主飞行拍照，完成任务后异地精准降落。控制机巢系统进行自动充电、数据自动传输。控制云端进行数据智能分析、成果自动上传管控平台等。

图3 中央控制系统界面

（3）基于智能充电技术与长航时电池，采用的U880（见图4）长航时无人机航时不小于50 min，单向巡航里程不小于30 km，充电时间约20min，可搭载可见光或红外云台相机、内置微型PC和4G通信模块，可实现4G远程控制、在“变电站”传输数据的同时自动充电。

图4 U880四旋翼无人机

2）图像识别模块：深度学习人工智能图像识别技术能够解决数据自动智能分析问题。基于卷积神经网络技术的图像自动识别软件如图5所示：

图5 图像自动识别软件界面

不同于以往简单的图像对比识别，基于深度卷积神经网络的电力巡检图像目标智能识别算法采用“端对端”的特征学习，通过多层处理机制揭示隐藏于数据中的非线性特征。能够从大量训练集中自动学习全局特征（这种特征被称为“学习特征”），是其能够在影像中自动提取目标重要原因。具有强大的自学能力、容错能力、无需事先假设概率模型等特点。通过该技术可高效智能识别如施工外破、漂浮物、速生树种、鸟窝等缺陷隐患，能够将结果形成工单直接推送到相应班组移动作业端，真正做到及时准确，见图6。

图6 智能识别效果

3）远程4G通信控制模块：通过4G网络实现远程实时通信和控制（见图7、8），作业人员在办公室通过中央控制系统远程给无人机下发任务及控制，同时远程获取无人机的飞行信息、实时影像等，实现云平台超视距控制无人机，保证无人机+机槽+云平台的互联互通。此外无人机每条航线都是通过4G+云监控平台监管，使飞行更加安全高效。

图7 4G+云监控示意图

4）远程精准起降模块：通过RTK差分、可见光引导降落、红外引导降落、雷达避障、光流测速、双目避障等多种先进技术保障飞行安全并引导无人机实现远程精准降落。

图8 多传感器示意图

5）全方位安全保障体系：（1）硬件保障。无人机本体，防护性能采用抗风7级、IP54等级设计，适应更复杂的作业环境，飞行可靠性大大增强。机巢，防潮防虫设计，避免雨水昆虫侵扰；充电保护设计，避免电池过充防止火灾。（2）软件保障。飞控系统，冗余飞控设计，飞行更加安全、精准；增加飞行前安全检查关口，避免带伤飞行；远程控制系统：数据2道冗余备份；双密钥启动设计，只有通过中央认证与现场认证才能开始飞行，避免黑客侵入与擅自飞行。

4 巢-巢巡检模式效果分析

1）更少的人力、物力投入。通道巡视无需人员乘车到现场作业，在中央控制室即可实现机群作业、数据自动处理反馈，实现了人力资源、车辆的节约。

2）更高效的作业能力。每架无人机均可远程操作异地起降，单架次作业里程超过30 km，省去无人机返航耗时、人员转场时间。

3）更快速的工作响应、更及时的成果反馈。只要天气条件允许，计划下达即可执行，一键启动任务。成果在很短时间内即可回传，实现输电线路巡视即时服务模式。

4）更安全的保障体系。融合多种先进技术，具备气象监控、安全防护、状态监控、实时通讯等功能，满足安全规程作业要求。具备云监控平台，未通过云监控平台的无人机不能起飞，预留空域管理接口便于接受相关部门的监管。

5）巡检新模式的运用提升了输电线路设备状态管控力，大幅减少线路跳闸次数和停电时长，保障电网安全稳定运行，为社会经济发展、人民日常生活用电打下坚实基础。

2018年初，赣西公司在新余南部输电网架密集的地区选择了220 kV白沙变、珠珊变和110 kV坂桥变作为基站，覆盖了新余南部近400 km架空输电线路，实现输电线路“巢-巢”智慧巡检。

5 结语

1）“巢-巢”巡检模式能够实现输电线路无人机完全自主化巡视。此外，通过智慧巡检作业的开展，飞行作业频次大幅增加，快速积累海量线路通道各种状态数据，以大数据平台为支撑，为输电线路状态管控、运行分析与检修决策打下坚实基础，同时也会推动图像智能识别、状态预警等技术发展。

2）对于大多数地市级公司，现状和赣西公司相似，巢-巢巡检模式能够推广出去。通过后期对高电压等级线路的测试与验证，可逐步应用于更高电压等级的更长线路上，在电力系统可大范围推广。