论AI智能巡检飞行平台的优势——以易飞云巡检项目管理系统为例

李峰 李忠孝 吕彦霏

（内蒙古易飞航空科技有限公司，内蒙古 呼和浩特 011517）

0 引言

在无人机技术大放异彩的今天，采用无人机巡检成了很多行业的常态性工作。然而其管理工具和软件平台的更新却没能跟上实际工作需要。后果就是，不仅无人机巡检的数据没能充分利用起来，还在不必要的工作上浪费了很多时间和精力[1]。但AI智能巡检飞行平台系统，克服了以往无人机巡检中数据信息庞大却无法充分有效利用的缺点，着力提升作业效率和巡检精细化程度。

1 AI智能巡检飞行平台研究背景

巡检是很多行业的常态性工作，早期以人工作业为主，无人机因其几十倍于人力的高效成了巡检新利器。然而工作方式革新了，很多单位却没有对管理工具和软件平台进行迭代更新，还在用老一套的方式展开工作。后果就是，不仅无人机巡检的数据没有充分利用起来，还浪费了很多时间和精力。当巡检任务较重时，需要处理的巡检照片数量很大，几千张都算少的。业内人员为了能把巡检照片和图片信息对应起来，常常不厌其烦（迫于无奈）地一张照片一张照片地重命名，一不小心出现编错、编乱的现象，事后极难将其纠正捋顺。除此以外，无人机巡检的过程不是一气呵成的，个别细节需要单独多角度拍摄。飞手为了避免拍摄的照片命名混乱，就不敢多拍，有时会漏掉重要细节。以电力行业为例，无人机巡检在电力行业的应用，包括日常巡检、故障巡检、线路勘察验收等方面。随着经济的发展和人民生活水平的提高，无论是企业用电，还是居民用电，对电网可靠性的要求都越来越高了。加上我国地形复杂、气象条件多变，造成输电线路走廊环境复杂，容易发生输电线路故障。通过开展巡检工作，可及时发现故障并消除故障，恢复输电线路工作。无人机智能巡检技术已经成为电网运维工作的重要手段。相比人工巡检，无人机巡检机动灵活，几乎可以在任意位置任意角度进行拍摄，巡检盲区很小。然而随着无人机智能巡检技术在电网运维工作中的深入应用，我们急需一种无人机图像采集自动化智能缺陷分析系统，将之应用在输电线路巡检作业中，以便更多地节省时间和人力资源，精准捕捉巡检目标和路线，不受操作人员专业化程度限制，不受天气和气候影响，不受环境影响，随时调取历史数据进行比对，实现快速巡检、快速发现异常状况，实现无人机操作自动化、缺陷管理图像化、数据分析精细化的目标。

2 国内外相关技术现状与发展趋势分析

国外直升机巡检发展历程始于20世纪50年代初期。欧美等国家和地区较为广泛地开展有人直升机巡检始于20世纪90年代末。在无人机巡检领域，在国内仍处于硬件开发阶段时，但发达国家对无人机巡检技术的研究已经涉及图像、数据处理等方面。1995年，英国威尔士大学和英国电力行业贸易协会联合研制了专用于输电线路巡检的小型旋翼无人机，验证了其可行性。随后，美国、西班牙、日本等国家，在无人机巡检领域均有了突破性进展。虽然国外无人机企业较国内无人机起步更早，但国内无人机作为后起之秀，如今在该领域大放异彩，很值得我们关注和研究。2009年开始，国家电网有限公司（原国家电网公司）、中国南方电网有限责任公司、内蒙古电力（集团）有限责任公司等相继开展了无人机巡检研究和应用。此后取得了一系列突飞猛进的进展。近年来，电力行业正在大力推广无人机巡检业务。应用实践表明，无人机巡检不仅能够发现人工巡检中所发现的输电线路缺陷，也能够发现人工巡检难以发现的缺陷，比如金具锈蚀、螺栓螺帽缺失、雷击闪络故障等，且发现缺陷量较人工巡检大大提升。随着我国经济的迅猛发展，无人机行业已步入快速发展期。目前，无人机已应用在农业、电力、气象、通信、农林、救援等多个专业领域，应用场景不断拓展。尤其是我国电网高速发展，无人机技术必将在推动电力行业进程中发挥重要作用。无人机巡检是综合各种成像技术的原理，再利用合理的算法进行图像处理的技术。以输电线路巡检为例，其中就运用了红外检测、激光雷达巡检、多光谱巡检等多种技术，不同的检测技术根据其不同的特点会应用在不同的范围。综合起来，续航的稳定性尤其重要，在此基础上，还应该向着数据处理智能化、作业自主化的方向发展[2]。

综观国内外无人机发展历史及现状，无人机巡检技术发展趋势可概括为以下几点。

（1）多功能、智能化：今后的无人机平台应该是多功能、通用的。在进行系统设计时，采用模块化技术，可以有效共享数据，实现一机多用的功能。对于智能终端的设计，应该将有效管理巡检任务、有效监测无人机飞行状态、检查无人机飞行安全等结合为一体。未来，无人机应该可以更大限度地自主完成任务、自动识别和寻找目标，在人员监控时更加便捷、更加智能化。

（2）精确度高、适应性强：无人机利用智能平台进行数据收集和分析，进而开展相关工作。智能平台在存储、处理和应用数据时的精确度决定了其工作的效率。因此在智能巡检飞行平台的设计上，其配置和整理相关设备和数据的精准度是重点考虑的内容，其中包括对缺陷图片的比对技术以及处理后产生的巡检报告等。

此外，无人机机身轻巧，在生活和工作领域有着极强的便利性。今后的无人机将会更加操控自如，无论是复杂的地形，还是恶劣的天气，都能最大限度发挥其优势。

（3）航时长、安全性强：在电力、农业、物流等领域，无人机已经展现出了其强大的优势。在今后的发展中，无人机的高空长航时优势会使其工作效率更高，实现无人机作业的更多可能性。比如在灾害发生时，可迅速获取第一手受灾线路图像信息，为后续抢修工作提供信息支持。同时其可靠的巡检反馈功能，可避免人工巡检缺陷，也减轻了作业人员的劳动强度。另外，即使在恶劣环境中不幸损毁，也不会造成操作者的人员伤亡[3]。

3 易飞云巡检平台关键技术及介绍

易飞云AI智能巡检飞行平台，通过无人机自动巡检系统，采用一键自动起降、自主巡航的无人机，结合后台数据处理软件，可快速完成线路巡检任务并及时有效地发现异常状况，且无需输电线路无人机巡检作业经验，系统可自主开展输电线路巡检作业，较无人机人工巡检，提升了作业效率和巡检精细化程度。

无人机首次飞行进行巡检单元标准图像采集，绑定巡检设备，生成设备巡检标准、设备巡检航线与巡检点；采集信息回传易飞云巡检平台的巡检项目管理系统，巡检项目管理人员即可通过管理端制定巡检任务与巡检周期、巡检线路；任务管理系统按巡检计划自动将任务分配给项目巡检人员，项目巡检人员可远程通过APP巡检端及时收到巡检任务，并实时了解当前的巡检任务情况以及新的巡检任务；巡检人员根据巡检任务生成的地图数据以及塔杆信息，快速定位巡检目标[4]；在巡检人员到达目的地后，只需选定当前巡检任务的目标塔杆，通过APP开启一键起飞，易飞云巡检端自动开始检测，对塔杆进行无人值守巡检，自动采集每个巡检点的图像并通过易飞云巡检图像系统将巡检数据回传到巡检管理端，管理端通过图像比对学习系统，将实时的比对结果反馈给管理端，同时下发巡检人员；巡检人员通过反馈信息即可知道是否存在异常；当巡检点全部检测完毕后，无人机自动返回起始点，并更新本次巡检任务执行结果，等待执行下一个巡检目标[5]。

3.1 项目总体目标

在初步完成无人机自主巡检作业系统、数据图传系统、图像比对系统的基础上，继续研发智能图像学习系统，深入研发自主飞行系统与图传系统以及后端路线任务规划管理系统。

3.1.1 技术指标

（1）项目关键技术：①AI图像识别、深度学习；②无人机远程图像传输；③巡检管理应用系统。技术路线的设计架构如图1所示。

图1 易飞云AI 智能巡检飞行平台技术路线设计架构

（2）机场管理：包括地图显示、环境监测、机场选择、机场信息及操作、机场配置、无人机操作及机场监控等功能。

（3）无人机配置：通过管控平台可直观地看到所控制无人机在线与否以及无人机的基本参数信息等，进而进行增减无人机的操作。

（4）载荷管理：针对第三方载荷，本管控平台应该可以设置和添加无人机挂载的载荷，并进行管理管控。同时关于特殊载荷，还应具备基本配置、位置配置、网络配置、服务器配置、控制器配置等功能配置。

（5）用户管理：创建不同类型和权限的用户，为保证平台数据和设备的安全操作，可以为不同用户分配相关的权限。

（6）任务规划管理：为无人机设置新的飞行任务，同时也可查看历史所建飞行任务，并对已保存的任务进行编辑。

（7）执行任务管理：指派特定的无人机对选择的任务进行执行，包含地图显示、在线无人机、待命无人机、任务执行及飞行操作等。

（8）数据管理：对无人机、自动机场、载荷的飞行数据和后期处理作业数据结果进行存储，并建立管理库，方便后期进行数据查阅和调用。

3.1.2 经济指标

项目建成后将从本质上改变无人机工业巡检的模式，预计产生收入1000万元/年，利润300万元/年，税收60万元/年，投资利润率100%。

3.1.3 成果指标

该系统无需专业的无人机飞行控制人员，且无需输电线路无人机巡检作业经验，系统可自主开展输电线路巡检作业。这极大地减轻了巡检作业人员的劳动强度和劳动时间，极大地提高了后期数据的分析、缺陷诊断效率和质量。

（1）无人机全自动进行电网巡检作业，作业效率和巡检精细化程度较无人机人工巡检提升2倍。

（2）自主规划飞行航线，巡检任务自由设定，巡检频次大幅提升。

（3）无需专业输电巡检经验，无需专业无人机飞手，极大地减轻了巡检作业人员的劳动强度和劳动时间。

（4）图像识别技术和图像控制算法精确识别、锁定目标，云端自动分析、检测缺陷并出具报告。

3.2 研究内容

（1）行业巡检标准管理：巡检单元标准图像采集可将设定的标准通过图像学习、生成标准与缺陷项的管理存储到云端。管理人员将标准与巡检挂点对应，并将不同类型的塔杆对应到多个巡检挂点，生成塔杆唯一标准。

（2）无人机自主飞行：接收巡检任务，对应要执行的任务进行一键起飞操作；按设定好的巡检点顺序自主飞行，检查点自动拍照。

（3）缺陷检测：巡检数据回传到云端，通过云端图像识别服务，自动检测巡检塔杆的数据，分析比对出塔杆缺陷项，同步到巡检任务。

（4）报告生成：待所有巡检任务全部执行完毕后，系统可一键导出本次巡检项目的整体巡检报告，包括巡检线路数、塔杆数，其中存在缺陷数据以及缺陷点所在塔杆、位置等信息。

3.3 创新点及先进性

（1）离线规划航迹：在高精度3D点云中离线标注巡检目标，系统自动生成无人机航点动作和飞行航迹。自动飞行算法，无需人工操控，无需作业经验，在复杂作业环境中实现无人机全自动巡航、拍摄。

（2）自动起降换电：自动机场就近部署在作业现场，自动起飞、高精度视觉自动降落；自动进行电池更换，支持高频作业，3分钟即可再次起飞作业。

（3）自动AI识别、对准与拍摄：通过机器视觉识别目标，如绝缘子、杆塔顶部等；通过图像算法控制云台锁定巡检目标，并始终处于画幅中央，自动调整焦距放大目标区域进行拍摄。

（4）自动缺陷识别：无需人工识别比对，图像实时传输到云端，自动识别检测巡检图像中的缺陷，支持电力巡检中常见的9 大类50多个小类的缺陷识别，按照国网、南网标准规范导出巡检报告。

易飞云智能巡检系统，相比传统人工现场控制无人机自动巡检，优势非常明显：

（1）极大地减轻了自动巡检作业人员的劳动强度和劳动时间；

（2）无需专业的无人机飞行控制人员，节省了人力资源；

（3）自动巡检频次可自由制定，不受人员工作时间限制；

（4）作业效率和自动巡检精细化程度较无人机人工自动巡检提升数倍；

（5）极大地提高了后期数据的分析、缺陷诊断效率和质量。

4 结语

由于无人机巡检作业的特殊性和行业应用特点，对无人机巡检的安全性和可靠性要求较高，进而对无人机巡检管理系统的要求更高。易飞云巡检项目管理系统集成了无人机巡检工作流程中的所有环节，实现了对无人机巡检作业的智能化处理。该项目建成后，将从本质上改变无人机工业巡检的模式，将极大地降低巡检难度和人工成本以及人身安全风险，在安全风险可控的前提下，大大提高巡检效率，节省无人机工业巡检的人力成本和时间成本，提高巡检的精确率，并在解决现有技术中存在的问题和不足的前提下，可为社会带来极大的效益。