无人机技术在电力行业中的应用研究

王振国

摘要：随着我国电网建设的发展，布设线路的规模不断扩大，公里数持续增加，且由于这些线路绝大多数架设在野外，所处的地理环境复杂，周围气象条件多变，无疑给电力线路巡检、线路规划及线路架设作业带来了极大的挑战与不便，考虑利用无人机来替代人工巡线等工作，可以减少作业难度、较好的提高工作效率、从而减轻作业人员的工作量并降低工作危险系数，具有重要的现实意义和价值。本文结合实际业务的开展，基于云大物移技术重点研究介绍了无人机的关键技术以及无人机技术在电力行业中的应用探索。

关键词：无人机;电力线路巡检;云大物移;机巡数据中心

随着经济发展速度的不断加快，无人机作为全球新一轮科技产业革命的核心与热点，将成为中国经济增长的新动力。我国加大对无人机的研究与应用，推动无人机产业走向了国际市场，并以产品的形式在市场上创造了新的奇迹，目前，我国绝大部分无人机厂商实现了从制造到创造的升级转型，自主创造的无人机也逐步应用于各行各业中。在电网方面，我国电网布设线路的规模不断扩大，架设线路的公里数持续增加，且由于这些线路绝大多数架设在野外，所处的地理环境复杂，周围气象条件多变，铁塔、导线、绝缘子和避雷器等电力设备在各种环境、外力的长期作用下，不可避免地会出现损坏、腐蚀或断股等问题，较传统的方式是采用人工巡线模式，但这种方式应用于电网架空线比较危险，需要大量的人力和物力，且巡检工作质量和效率均相对较差 [1]。因此，采用无人机技术开展对电网架空线更加高效准确的巡检应用具有重要的现实意义和价值。

1 无人机技术研究现状

无人机是无人驾驶飞机的简称（UAV），是一种由动力驱动、可操控、无人驾驶却能携带多设备、执行多任务，并可重复使用的无人驾驶航空飞行器[2]，也被称为“空中机器人。广义地看临近空间飞行器（从20公里至100 公里空域）也属于无人机，如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。

1.1 国外无人机技术研究现状

国外无人机的研究特别是美国无人机主要聚焦在军用领域，民用无人机相比于军用无人机发展较晚。随着现实需求的快速增长，美国始终坚持自主创新，掌控了无人机行业核心技术，始终处于全球无人机行业的龙头地位。在无人机设计制造技术方面，以色列是全球范围昀为先进的国家之一，主要是在中东战争的炮火催生下发展起来的，其军用无人机领域覆盖了通信技术、反辐射技术和侦察及干扰等多个方面，形成了长航时无人机发展到战术无人机再到攻击无人机的完整过渡体系。从无人机作战性能来说，部分以色列无人机甚至赶超美国。另外，欧洲各大国在无人机的研制上主要采用联合研制方式，目前在航空技术领域方面处于领先的地位。

1.2 国内无人机技术研究现状

为满足军用和民用的现实需求，近几年我国多措并举推进无人机领域研发，目前无人机领域的发展呈现出蓬勃之势。但由于起步晚，基础薄，经验少，在军用无人机领域我国尚未推出国家层面的战略规划，需进一步对军用无人机的需求方向、研制技术和发展规模进行探索研究与明确定位。在民用无人机领域，我国进步较快。随着无人机技术的快速发展和我国配套工业产业链的应用成熟，中国制造应运而生，并从纯生产加工制造转型为自主研发与创新，在民用无人机制造技术方面，我国目前已进入世界前列。

目前我国无人机主要应用于电力线路巡检、石油管道巡检、农林植物保护、国土地形测绘和航空遥感巡逻等诸多实用场景。引用宇辰网则的预计数据，我国民用无人机行业应用将继续保持快速发展态势，到2020 年，我国民用无人机产品销售量将达到265 亿元。

进而分析国内无人机在电力系统方面的现状。为充分利用现有资源，解决电力线路巡检和运维人员工作量大、工作难度大且人员严重不足等问题，近几年，无人机在电力系统的应用越来越广泛，为电力系统巡检和更好的保障电力系统的运行提供新技术支撑。在电网应用方面，国家电网公司于2009 年开始试点应用无人机巡检，2016年在十个省份推广新兴巡检模式。南方电网公司于2011年也开始试点运用无人机代替人工巡线，2013年在整个南网全面推广输电线路机巡作业。中国电力企业联合会标准化中心首次建立了电力行业无人机作业标准，于2015 年7 月对外发布了《架空输电线路无人机巡检作业技术导则》，为无人机在电力行业的应用提供指导。

2 无人机技术在电力行业的应用研究

无人机在电力行业的应用主要包括线路巡检（绝缘子爆片、防震锤脱落、导地线泡股断股、间隔棒断角、杆塔倾斜、基础滑坡、树障巡视）、线路架设（导线牵引）和线路规划（地质勘测）等。以无人机作为平台进行高分率可见图像拍摄、红外图像、激光采集，涉及飞行控制技术、机体稳定控制技术、数据链通讯技术、现代导航技术、机载遥测遥感技术、快速对焦摄像技术以及故障诊断等多个高尖技术领域取得突破[3-4]。

机巡作业管控体系整体业务架构采用了物联网架构体系，使用RFID、智能芯片、传感器、智能终端等技术和设备建立基础感知层，为机巡作业管控中心提供硬件支持。采用5G等通信技术建立传输层网络，为传感设备的互联互通提供网络基础通道。将全部数据统一存储在云数据平台，作为数据的存储加工层，对海量感知数据进行存储分析和组织管理，为应用层提供数据服务。应用层包括PC端应用和移动端应用，对应用功能进行聚焦，建设定制化的移动APP 应用服务。

通过体系和中心的建设，着力推进无人机建设和保障支撑体系的完善，不断强化数据分析及应用，实施差异化、精益化管控，激光点云隐患识别，确保输电设备、作业安全，实现无人机日常巡视、特殊巡视、灾情巡视的自动化与智能化。从而促进输配电设备全生命周期管理，不断强化数据分析及应用，实施差异化、精益化管控，提高工作质量、提升工作效率，降低劳动强度，确保输配电设备、作业安全，为实现设备精益化管理和作业精细化管控奠定坚实基础。以“资产全生命周期管理为主线，技术监督和设备管理规范化达标为抓手，着力提高设备精益化管理水平、着力做好信息系统推广应用、着力抓好可靠性提升管理、着力提升输配电线路防灾能力，把好输配电设备选型、入口、验收、运维、检修关”的工作思路，统筹规划，实现作业过程全统一，多维数据全融合，建立响应快速、高效、敏捷的输配电运维管控工作模式。

机巡数据中心主要对无人机巡检数据进行采集、存储、处理和分析。在数据采集方面打通企业管理系统数据通道，实现巡视任务闭环管理;构建无人机智能机库，智能管理无人机、电池、配件;融合环境、气象、三维GIS，保障飞行辅助决策;协调无人机生产厂家，提升无人机续航、远距离通信、抗风、避障能力。

在数据处理方面实现巡视原始数据的自动命名和归类整理、缺陷标记、报告自动生成和激光、倾斜影像点云化等功能。在数据分析方面主要基于激光和可见光巡视通道隐患（树障、交叉跨越、基础滑坡、杆塔倾斜、鸟害、覆冰等）自动分析、告警;基于可见光和红外巡视对象缺陷（绝缘子爆片、防震锤脱落、导线泡股断股、间隔棒断角锈蚀等）自动分析、告警;巡视轨迹和飞行控制策略自动生成;三維走廊重现。

目前数据存储方面的深层次研究还处于空白区，未来可汇聚无人机采集照片影像、巡视对象台账、树障、在线监测、生产GIS、自然灾害预测等数据，实现结构化和非结构化数据按用户、按时间、按位置存储，同时具备数据加密、比对、加水印、自动销毁、数据自动分析处理（倾斜影像、激光到点云数据转换、缺陷隐患分析）能力。

3 结束语

随着经济的发展和科技的进步，无人机技术已经越来越成熟，利用无人机在巡检电力系统中巡检线路，不仅可降低在人工巡检过程中出现的故障率，也有效的降低了电力企业的成本预算，并且提高了电力巡检工作的效率，具有非常广阔的应用和发展前景。

参考文献

[1]秦宇翔，李明明，王瑞琦，等.无人机在电力系统中的应用[J].硅谷，2014，7（12）：106+72.

[2]雷金奎，原丹丹，李海生.基于 ARM 的双冗余微小型无人机飞行控制系统的设计[J].电子设计工程，2016，24（1）：162-164+168.

[3]张文超. 无人机在电力行业的应用研究[J]. 机电信息，2017（12）.

[4]宁柏锋.无人机技术在电力行业中的应用前景[J].计算机产品与流通，2018（4）：158.