智能识别技术在无人机电力巡检中的应用研究

内蒙古电力（集团）有限责任公司航检分公司 毛鹏飞 谢晓君 杨晓宇 臻迪科技股份有限公司 林 盟

电力线路容易受到环境因素的影响，当线路产生问题会对供电造成阻碍，难以保证生产及生活的质量。当电力长期暴露在外部环境下杆塔及线路自身都会受到破坏，还会导致安全事故。当前电力巡检工作中引入了无人机设备及现代化技术，借助无人机进行巡检能够提升工作的效率，还可保证巡检效果，其中智能识别技术发挥了重要的作用[1]。

1 无人机巡检技术概述

无人机巡检作为一种新的方式，使用可见光红外热像仪、遥感设备及数据相机等设备，能对输电线路进行巡视检查。该方式在当前的电力线路巡检中应用逐渐普及，在系统中包括以下部分，分别为能够容纳系统操作员的GCS，操作人员以及天线系统的接口，还有运载有效载荷的多旋翼以及飞机与GCS之间的通讯系统，能够向飞行器发送控制输入并将信息有效载荷以及其他的数据返回到GCS。系统设计采用的是能用于电力巡检的UAS系统架构。无人机系统中的子系统包括了飞行控制系统、有效载荷，可发挥出检测的作用。其中多旋翼无人机中有飞行控制系统、有效载荷，飞行控制系统能进行任务管理及信号融合，实现稳定的飞行；有效载荷中包括了视频发射器及摄像机[2]。

1.1 无人机系统

多旋翼直升机。在无人机中的多旋翼直升机部分，通过微处理器、惯性测量单元及GPS系统的构成来实现自动驾驶，其控制器可结合检查任务执行三种飞行模式，分别为手动飞行、GPS固定位置、GPS导航。其中手动飞行是用户进行驾驶；GPS固定位置是手动飞行中维持一个姿势以及GPS位置；GPS导航是无人机结合用户在GCS中定义的坐标路径进行自主飞行。多旋翼无人机需要具有高度非线性特点的动力系统，借助推进旋转组进行使用。在飞行过程中需使用扫射摄像机来获取图像，将图像发送到GCS中，使工作人员对图像进行处理分析。

地面控制站。飞行中需对无人机进行监控，GCS作为图形用户界面，可操纵多个飞行参数，能监控及发送数据到无人机，发挥了管理飞行任务的作用，便于手动控制直升机并显示直升机。无人机与地面站之间的连接通过无线电调制调解器来实现，同时GCS有一个任务界面可用于设置飞行路线。

1.2 视觉系统

包括了TIR相机及彩色相机，采用视觉算法对图像进行处理，可定性检查电力线的关节，依据的原理是，电力线接头的温度由于电力线接头位置电阻率的提升与接头温度之间成正比，因此对电力线关节温度差异进行检测可判断其故障问题。为实现该功能，需要在空间上位于图像中的位置去除热图像的背景，电力线的接头位于前景中，通过温度比较进行判断，当三个接头的温度相同表明不存在故障问题，当产生了不同温度时会检测到故障。应用该方式需考虑到环境带来的影响。使用该系统能对电力线进行高效的检查，这种方式具有安全可靠的特点。

另外该系统能在其他领域中发挥作用，能够扩展或适应更加复杂的任务，例如电线定量红外检测、无人机喷火烧电力线飘挂物等。但这种系统在实际应用中易受电磁干扰的影响。为避免此影响，应在不同的导管或单独电缆盘中运行电源线、仪器信号线，在控制面板中拔出分离。当仪表接线需要穿过电源线、应以90度角度交叉，还应保持一定的间隔。应避免在仪器接线中形成环路，使电线直线运行。可使用双绞屏蔽电缆运行仪表信号，借助屏蔽环绕仪器来避免电磁干扰，能够减少电磁干扰造成的影响，使系统稳定运行。

1.3 无人机电力巡检的优势

相比传统的人工电力巡检方式，应用无人机巡检模式有较多优势：无人机能够垂直起飞及降落，不需要辅助设置，也不需要铺设专门的跑道及机场，可在野外随时起飞降落，便于进行电力巡检工作；无人机的飞行具有较高的精度，能根据工作需求来灵活调整，使巡检更加全面，还可采用多种飞行模式全方面地检查线路，当发现问题能及时将采集的数据信息发送到控制中心，使控制中心对问题线路进行分析，还可采取有效的措施避免故障问题的发生。无人机电力巡检方式还可解决人工巡检方式在复杂地形中难以实现的问题，因此使用的范围比较大。

最后，无人机能应用智能控制技术，结合巡检工作的要求来对无人机的飞行高度、方向等进行调整，有着良好的容错性，能适应野外负责的飞行任务。同时无人机内部可搭载其他设备，包括红外热像仪、高清摄像头等设备，在红外线成像仪的支持下能监测输电线路温度，当输电线路的温度存在异常时可及时进行分析，使问题得到有效解决。而高清摄像头能够拍摄巡检线路电力设备的运行情况，还可将拍摄的图片等发送到数据中心，由数据中心来对获取到的图像、视频等开展分析，得到电力线路的实际情况。

2 智能识别技术在无人机电力巡检中的实际应用

智能识别技术在无人机电力巡检中的应用能为其提供便捷的条件，通过智能识别技术的准确定位、高清摄像头等功能来加强巡检工作的效果，巡检过程中无人机系统能及时向地面控制站传输报告并报告相应的情况[3]。在巡检系统中包含了较多的子系统，在各系统的运行支持下，无人机能顺利完成巡检工作任务并获取到详细的巡检结果，为工作人员提供了相应的参考依据。当前智能识别技术在无人机电力巡检中的应用包括以下内容。

电网监测管理。建设电网的过程中，高空坠落是一种常见的施工安全事故现象，电网线路监管人员在实际工作中仅在地面开展检测维护工作，难以了解到高空作业的情况，针对该现象，可采用搭载智能识别技术的无人机来对高空情况进行图像跟踪采集，保证高空作业安全的前提下继续进行作业，使电网线路的维护管理工作能够顺利开展。

电网巡检。用智能识别技术的无人机能实时对线路环境情况信息进行获取，并准确找出线路维护施工中存在的隐患因素，便于人员对线路设施进行有效的调整，避免造成事故问题。进行巡检时，无人机可通过自身的可见光摄像机识别金属物体，还可借助紫外成像仪来进行检测，准确识别出其中的设备安全情况，当发现其中存在隐患问题时及时进行处理，使电网建设能够顺利地进行。

电网应急响应。建设电网时，当发生灾害时地面道路的畅通性会受到影响，导致交通安全问题，操作员在这个过程中难以对其进行及时的巡查，为保证安全性可采用智能识别技术无人机来进行问题巡查，借助该方式能更加高效地找到问题。当前无人机能灵活地进行巡检工作，完成相应的任务，当发生灾害时可借助无人机技术来对输电线路进行巡检，拍摄相应的照片，定位施工线路产生问题的区域，并对输电线路问题及时排查处理。

雷击故障点排查。输电线路巡查工作的开展需对线路、电力设备及辅助设施等所处的环境进行巡查，对线路的运行情况进行了解，并找到线路运行中可能存在的安全隐患，使其能正常工作。在进行安全巡检工作时采用智能识别技术可发现故障点，使故障的排查效率得到提升，还可保证排查的准确性。例如在雷击故障追踪查找中可借助智能识别技术无人机来实现，通常在产生雷击故障后需采用人工望远镜巡检的方式，但该方式较落后，难以检测到雷击及悬式绝缘子串放电后的破坏痕迹，检测结果与实际情况不相符。采用人工检验的方式会产生一些漏洞，导致检查不到位，不能全面解决故障问题，而借助智能识别技术可发现绝缘子烧损及放电的痕迹，根据检查结果来采取有效措施解决问题，使检查工作顺利完成。

地线断股等细微缺陷确认。通常情况下电缆距离地面较远，难以确定断股数量。要想实现便捷的操作，应在距离导线50m之外的地面上设置起降点，之后根据操作流程来找到缺陷的位置，使用智能无人机高清自动摄影成像功能来进行拍照，将其传输到地面基站。操作人员可结合断股的位置来跟踪分析断股点，及时了解地线缺陷产生原因，为之后的问题解决提供相应的条件，使缺陷能够尽快得到处理，保证线路的正常运行。

3 无人机电力巡检智能化平台建立及未来发展趋势

当前无人机技术发展水平得到了提升，但设备的精益化管理与业务发展要求之间仍不匹配，由于巡检无人机的监管中设备仅依靠表单化的信息管理模式，巡检数据的保存较分散，缺少合理的共享手段，难以形成统一应用及闭环管理，这使巡检数据得不到多维度的分析及应用，也难以为输电线路运维部门提供准确的依据。借助人工智能、大数据及物联网等技术可建立一体化的无人机智能管控平台，使业务得到规范，能实现管控的智能化目标，加强管理的效果，使无人机巡检工作的管理需求得到满足，提升管理的水平，充分发挥出其作用。

管控平台能够作为输电运检管理的数据中心及生产监控中心，其中包括了电力巡检、在线监测、资源数据及人员等相关信息，还有设备的运行情况以及气象等数据，能够实现海量数据的融合及共享，借助全局化分析手段来分析输电线路的运行情况，并进行智能分析及准确定位，可完整地使输电设备的运行情况展示出来，还可呈现巡视情况、周期执行情况，使运检指挥工作的进行有相应的参考依据。同时该平台能实现可视化需求，对无人机巡检进行实时监控，还可进行记录回放、电网资源及结果的可视化呈现，使巡检管理效果大大加强，提升管理的效率。

通过对无人机巡检设备及人员进行智能化管控，可协调机巡及人巡两方面内容，提升管控的能力，使运检能够达到更高的水平，对巡视采集、数据分析及成果管理进行全面改善，并加强各环节的衔接性，可提升运检工作的质量。通过建立运检工作内业、外业结合体系使前后端数据实现互联，能保证运检工作的效果，使巡检工作得到规范，提升作业的安全性，还可促进输电运维工作的发展，使运检的效果能达到预期要求。通过对输电运检模式的创新，充分利用信息化技术，能够全面发挥出技术的优势，提升管控的智能化水平。

在智能技术及5G通信技术等发展下，无人机电力巡检能够得到进一步的改善，通过对技术进行融合能完善无人机电力巡检系统，对复杂场景的感知能力有所提升，还可实现目标智能识别及追踪、智能飞行控制、自主决策等目标，使无人机系统具有更加全面的功能，使其在实际应用中发挥出良好的效果。借助无人机系统在线环境感知及信息处理功能，全面感知巡检环境，规避故障物，避免无人机在巡检作业中受到外界环境影响。

无人机电力巡检还可实时地进行自主航线规划，根据任务的内容自主决策，并生成优化的巡检线路，能够在更加复杂、开放的环境下实现无人机电力巡检的智能化、多机协同巡检的体系，为电力巡检工作的优化带来了良好的条件，提升了巡检的智能化水平，也使巡检质量得到保障，加强了供电的可靠性。通过对无人机巡检系统的不断改善，创新应用技术，能满足更多的功能需求，使其发挥出更好的作用，不仅能为电力巡检工作的创新提供有效的支持，还可充分发挥出各项技术的优势，使无人机的应用有更大的发展空间。

综上，无人机电力巡检作为一种高效可靠的模式，在电网线路的维护管理中起到了重要的作用，由于无人机可与多种技术相互结合，通过一定的设备来实现多种功能，因此应将其充分应用在电力巡检工作之中。可借助智能识别技术来实现电网监测管理、电网巡检、电网应急响应以及雷击故障点排查等，使巡检的效果得到改善，为电网管理带来保障。