基于AI的无人机线路巡检

左齐

（西藏大学，西藏 拉萨 850000）

架空输电线路长期暴露在自然环境中运行，正常情况下要经受机械载荷和电力负荷的作用，还受到寒暑交替等自然因素的干扰，这些作用使得线路元件老化、疲劳、氧化腐蚀，降低元件的工作性能，形成缺陷，如不及时消除“短板”，缺陷就会由量变到质变发展成故障。

近几年，随着无人机技术、影像实时传播技术以及5G技术的发展成熟，无人机快速巡检线路在输电线路巡检中体现出一定的优势。

1 无人机巡检——提高巡检效率质量的新阶段

1.1 无人机巡检的实现方式

无人机即无人驾驶飞机，是利用无线电遥控设备和程序控制装置操纵的飞行平台，由人工操控或按照设定的程序进行飞行。搭载可见光、红外等检测设备，进行图像信息采集或实时传递数据到地面监控端，由巡检人员研判而完成架空输电线路巡检任务。

实际应用中，无人机一般采取固定翼、旋翼搭配的方式进行工作：

利用固定翼无人机的长航程对输电线路进行通道巡检，或者在灾后地区进行快速巡检，利用成像设备对通道上断点、故障点等进行排查——根据巡检事前编好的电塔GPS坐标点进行自动飞行，巡检内容包括线路、杆塔、金具有无变形、缺损，线路有无弧垂异常，有无悬挂物，线路走廊内有无施工、建筑或树木等内容。

使用旋翼无人机可以执行短航程的多任务精细化巡检；利用无人机进行多方位悬停，针对杆塔、导线、金具、绝缘子采集细节信息，检查紧固金具是否松脱、缺少，绝缘子有无闪络，诊断杆塔各部件完整性及生锈、腐蚀、污染、变形等情况，定性定量分析塔体外围及线路走廊潜在安全因素对线路安全的影响程度。

无人机的使用，给巡检工人增加了“飞行的眼睛”，降低了工作人员的工作强度，巡检人员不需攀缘即可穿越山林，不需要攀登杆塔即可获悉细节。从而可以专注于缺陷的定性及后期的消缺问题。

1.2 无人机巡检的优点及应用

迅速。无人机携带方便、操作简单、部署迅速，能快速飞达巡查区域，及时反馈巡查信息。

安全。采用无人机进行常规输电线路巡查，不需要巡检人员进入危险复杂区域，还可比直升机更接近带电线路观测细节，提升了工作者的人身安全。

经济。可减少巡检人力的投入，降低人工成本；提高了查缺陷（故障）的速度，可减少线路故障停电时间，避免高额的停电经济损失。

表1 巡检方式的发展阶段

2 基于AI的无人机快速巡检系统

2.1 现行无人机巡检存在的问题

准确地说，现行大多数无人机巡检是采取人工操控方式，这种工作方式是将无人机作为工具，完成此项工作更多的是对人的依赖：

对飞控人员要求高，采取遥控方式执行巡检任务时，须长时间控制操作无人机，要求巡检人员精神高度集中，以防止“炸机”“撞塔”等事故。

无人机图像的研判质量受监控端运检人员技术水平的制约，不同的人可能产生不同的结论。

无人机出动的频次受运检人员决定，或执行原人工巡检周期。

显然，过度依赖于巡检人员的无人机巡检频次、质量无法满足新时代能源互联网建设的更高需求。

2.2 解决的钥匙——AI

人工智能（artificial intelligence，AI）。从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，在某些应用领域已经成为人类的老师。

AI无人机能在熟悉的或陌生的环境中，自主地或与人交互地执行人类规定的任务。

在飞行方面，它能通过激光雷达，倾斜摄影等测绘手段获取电力杆塔和线路走廊内的高精度三维点云地图信息，构建周围环境与目标的3D地图，在SLAM、D-RTK厘米级定位精度下通过轨迹预测算法及绕行策略等实现精准飞行，例如专业无人机采取抗强电磁干扰措施后，可靠近带电体，可使得无人机完成环绕等复杂飞行动作。

在拍照摄影方面，采取自动AI识别、对准与拍摄，通过机器视觉识别目标，如绝缘子、导线等，通过图像算法控制云台锁定巡检目标始终处于画面中央，自动调整焦距进行拍摄，取得检视区域准确清晰的信息。

无人机在传输信息方面运用低延迟通信、低延迟视频分发、云端高吞吐、云端AI实时处理等技术，实现实时图像传输以及机载端与云端互动等功能，解决远程控制的延时问题。

AI在图像处理方面通过学习，可以提高判断缺陷的精准度，解决了图像需要人工识别、巡检质量不高等问题，提升巡检工作质量；实时对图像进行研判，实时上传缺陷信息到达管理端，提升了巡检的效率。

2.3 AI时代的无人机系统——全自动飞行巡检

AI技术的进步，使得无人机能具备自动巡检线路，自动起飞降落，自动研判总结、上传故障信息等功能，大大减少了人的参与程度。

如辅以全自动化的“机巢”解决无人机存储、换电、充电等问题，甚至不需要运检人员的参与，系统可以自主完成区域输电线路的巡检任务。

例如，广东电网公司在无人机应用方面注重无人机全自动飞行巡检体系建设，建成3.5万km数字化运行通道，每周有1000多架次无人机执行自动飞行方案，并计划2025年实现全自动飞行，据统计，全自动飞行巡检发现和处理缺陷的效率是人工巡检的11倍。

例如，云南保山电网进行了无人机全自动飞检的尝试，在适当点位布置自动无人机机场，进行输电线路自动巡检，并取得了不错的成果。

采用全自动飞行巡检，由系统自动生成航点动作与飞行航迹，自动起降换电，支持高频作业，实时的AI图像识别，极大提高了缺陷诊断的效率和质量，作业效率和巡检精细化程度较无人机人工巡检提升至少3倍。

3 结束语

利用无人机作业极大减轻了巡检作业人员的劳动强度和劳动时间，集成AI技术的无人机全自动飞行系统有效提高了输电线路巡检效率与质量，具有极大的利用价值，随着化石能源向可再生能源的转变，以及监测太阳能、风力发电场等与电网连接的需要，基于AI的无人机巡检将有更广阔的利用前景。