無人機(jī)技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用研究

王振國

摘要：隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，布設(shè)線路的規(guī)模不斷擴(kuò)大，公里數(shù)持續(xù)增加，且由于這些線路絕大多數(shù)架設(shè)在野外，所處的地理環(huán)境復(fù)雜，周圍氣象條件多變，無疑給電力線路巡檢、線路規(guī)劃及線路架設(shè)作業(yè)帶來了極大的挑戰(zhàn)與不便，考慮利用無人機(jī)來替代人工巡線等工作，可以減少作業(yè)難度、較好的提高工作效率、從而減輕作業(yè)人員的工作量并降低工作危險(xiǎn)系數(shù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。本文結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)的開展，基于云大物移技術(shù)重點(diǎn)研究介紹了無人機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)以及無人機(jī)技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用探索。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);電力線路巡檢;云大物移;機(jī)巡數(shù)據(jù)中心

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，無人機(jī)作為全球新一輪科技產(chǎn)業(yè)革命的核心與熱點(diǎn)，將成為中國經(jīng)濟(jì)增長的新動(dòng)力。我國加大對(duì)無人機(jī)的研究與應(yīng)用，推動(dòng)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)走向了國際市場(chǎng)，并以產(chǎn)品的形式在市場(chǎng)上創(chuàng)造了新的奇跡，目前，我國絕大部分無人機(jī)廠商實(shí)現(xiàn)了從制造到創(chuàng)造的升級(jí)轉(zhuǎn)型，自主創(chuàng)造的無人機(jī)也逐步應(yīng)用于各行各業(yè)中。在電網(wǎng)方面，我國電網(wǎng)布設(shè)線路的規(guī)模不斷擴(kuò)大，架設(shè)線路的公里數(shù)持續(xù)增加，且由于這些線路絕大多數(shù)架設(shè)在野外，所處的地理環(huán)境復(fù)雜，周圍氣象條件多變，鐵塔、導(dǎo)線、絕緣子和避雷器等電力設(shè)備在各種環(huán)境、外力的長期作用下，不可避免地會(huì)出現(xiàn)損壞、腐蝕或斷股等問題，較傳統(tǒng)的方式是采用人工巡線模式，但這種方式應(yīng)用于電網(wǎng)架空線比較危險(xiǎn)，需要大量的人力和物力，且巡檢工作質(zhì)量和效率均相對(duì)較差 [1]。因此，采用無人機(jī)技術(shù)開展對(duì)電網(wǎng)架空線更加高效準(zhǔn)確的巡檢應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

1 無人機(jī)技術(shù)研究現(xiàn)狀

無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱（UAV），是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、可操控、無人駕駛卻能攜帶多設(shè)備、執(zhí)行多任務(wù)，并可重復(fù)使用的無人駕駛航空飛行器[2]，也被稱為“空中機(jī)器人。廣義地看臨近空間飛行器（從20公里至100 公里空域）也屬于無人機(jī)，如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機(jī)等。

1.1 國外無人機(jī)技術(shù)研究現(xiàn)狀

國外無人機(jī)的研究特別是美國無人機(jī)主要聚焦在軍用領(lǐng)域，民用無人機(jī)相比于軍用無人機(jī)發(fā)展較晚。隨著現(xiàn)實(shí)需求的快速增長，美國始終堅(jiān)持自主創(chuàng)新，掌控了無人機(jī)行業(yè)核心技術(shù)，始終處于全球無人機(jī)行業(yè)的龍頭地位。在無人機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面，以色列是全球范圍昀為先進(jìn)的國家之一，主要是在中東戰(zhàn)爭(zhēng)的炮火催生下發(fā)展起來的，其軍用無人機(jī)領(lǐng)域覆蓋了通信技術(shù)、反輻射技術(shù)和偵察及干擾等多個(gè)方面，形成了長航時(shí)無人機(jī)發(fā)展到戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)再到攻擊無人機(jī)的完整過渡體系。從無人機(jī)作戰(zhàn)性能來說，部分以色列無人機(jī)甚至趕超美國。另外，歐洲各大國在無人機(jī)的研制上主要采用聯(lián)合研制方式，目前在航空技術(shù)領(lǐng)域方面處于領(lǐng)先的地位。

1.2 國內(nèi)無人機(jī)技術(shù)研究現(xiàn)狀

為滿足軍用和民用的現(xiàn)實(shí)需求，近幾年我國多措并舉推進(jìn)無人機(jī)領(lǐng)域研發(fā)，目前無人機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展呈現(xiàn)出蓬勃之勢(shì)。但由于起步晚，基礎(chǔ)薄，經(jīng)驗(yàn)少，在軍用無人機(jī)領(lǐng)域我國尚未推出國家層面的戰(zhàn)略規(guī)劃，需進(jìn)一步對(duì)軍用無人機(jī)的需求方向、研制技術(shù)和發(fā)展規(guī)模進(jìn)行探索研究與明確定位。在民用無人機(jī)領(lǐng)域，我國進(jìn)步較快。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和我國配套工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用成熟，中國制造應(yīng)運(yùn)而生，并從純生產(chǎn)加工制造轉(zhuǎn)型為自主研發(fā)與創(chuàng)新，在民用無人機(jī)制造技術(shù)方面，我國目前已進(jìn)入世界前列。

目前我國無人機(jī)主要應(yīng)用于電力線路巡檢、石油管道巡檢、農(nóng)林植物保護(hù)、國土地形測(cè)繪和航空遙感巡邏等諸多實(shí)用場(chǎng)景。引用宇辰網(wǎng)則的預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)，我國民用無人機(jī)行業(yè)應(yīng)用將繼續(xù)保持快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，到2020 年，我國民用無人機(jī)產(chǎn)品銷售量將達(dá)到265 億元。

進(jìn)而分析國內(nèi)無人機(jī)在電力系統(tǒng)方面的現(xiàn)狀。為充分利用現(xiàn)有資源，解決電力線路巡檢和運(yùn)維人員工作量大、工作難度大且人員嚴(yán)重不足等問題，近幾年，無人機(jī)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，為電力系統(tǒng)巡檢和更好的保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供新技術(shù)支撐。在電網(wǎng)應(yīng)用方面，國家電網(wǎng)公司于2009 年開始試點(diǎn)應(yīng)用無人機(jī)巡檢，2016年在十個(gè)省份推廣新興巡檢模式。南方電網(wǎng)公司于2011年也開始試點(diǎn)運(yùn)用無人機(jī)代替人工巡線，2013年在整個(gè)南網(wǎng)全面推廣輸電線路機(jī)巡作業(yè)。中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化中心首次建立了電力行業(yè)無人機(jī)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，于2015 年7 月對(duì)外發(fā)布了《架空輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》，為無人機(jī)在電力行業(yè)的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

2 無人機(jī)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用研究

無人機(jī)在電力行業(yè)的應(yīng)用主要包括線路巡檢（絕緣子爆片、防震錘脫落、導(dǎo)地線泡股斷股、間隔棒斷角、桿塔傾斜、基礎(chǔ)滑坡、樹障巡視）、線路架設(shè)（導(dǎo)線牽引）和線路規(guī)劃（地質(zhì)勘測(cè)）等。以無人機(jī)作為平臺(tái)進(jìn)行高分率可見圖像拍攝、紅外圖像、激光采集，涉及飛行控制技術(shù)、機(jī)體穩(wěn)定控制技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈通訊技術(shù)、現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)、機(jī)載遙測(cè)遙感技術(shù)、快速對(duì)焦攝像技術(shù)以及故障診斷等多個(gè)高尖技術(shù)領(lǐng)域取得突破[3-4]。

機(jī)巡作業(yè)管控體系整體業(yè)務(wù)架構(gòu)采用了物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系，使用RFID、智能芯片、傳感器、智能終端等技術(shù)和設(shè)備建立基礎(chǔ)感知層，為機(jī)巡作業(yè)管控中心提供硬件支持。采用5G等通信技術(shù)建立傳輸層網(wǎng)絡(luò)，為傳感設(shè)備的互聯(lián)互通提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)通道。將全部數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在云數(shù)據(jù)平臺(tái)，作為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)加工層，對(duì)海量感知數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析和組織管理，為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。應(yīng)用層包括PC端應(yīng)用和移動(dòng)端應(yīng)用，對(duì)應(yīng)用功能進(jìn)行聚焦，建設(shè)定制化的移動(dòng)APP 應(yīng)用服務(wù)。

通過體系和中心的建設(shè)，著力推進(jìn)無人機(jī)建設(shè)和保障支撐體系的完善，不斷強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用，實(shí)施差異化、精益化管控，激光點(diǎn)云隱患識(shí)別，確保輸電設(shè)備、作業(yè)安全，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)日常巡視、特殊巡視、災(zāi)情巡視的自動(dòng)化與智能化。從而促進(jìn)輸配電設(shè)備全生命周期管理，不斷強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用，實(shí)施差異化、精益化管控，提高工作質(zhì)量、提升工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，確保輸配電設(shè)備、作業(yè)安全，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備精益化管理和作業(yè)精細(xì)化管控奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以“資產(chǎn)全生命周期管理為主線，技術(shù)監(jiān)督和設(shè)備管理規(guī)范化達(dá)標(biāo)為抓手，著力提高設(shè)備精益化管理水平、著力做好信息系統(tǒng)推廣應(yīng)用、著力抓好可靠性提升管理、著力提升輸配電線路防災(zāi)能力，把好輸配電設(shè)備選型、入口、驗(yàn)收、運(yùn)維、檢修關(guān)”的工作思路，統(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程全統(tǒng)一，多維數(shù)據(jù)全融合，建立響應(yīng)快速、高效、敏捷的輸配電運(yùn)維管控工作模式。

機(jī)巡數(shù)據(jù)中心主要對(duì)無人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理和分析。在數(shù)據(jù)采集方面打通企業(yè)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)巡視任務(wù)閉環(huán)管理;構(gòu)建無人機(jī)智能機(jī)庫，智能管理無人機(jī)、電池、配件;融合環(huán)境、氣象、三維GIS，保障飛行輔助決策;協(xié)調(diào)無人機(jī)生產(chǎn)廠家，提升無人機(jī)續(xù)航、遠(yuǎn)距離通信、抗風(fēng)、避障能力。

在數(shù)據(jù)處理方面實(shí)現(xiàn)巡視原始數(shù)據(jù)的自動(dòng)命名和歸類整理、缺陷標(biāo)記、報(bào)告自動(dòng)生成和激光、傾斜影像點(diǎn)云化等功能。在數(shù)據(jù)分析方面主要基于激光和可見光巡視通道隱患（樹障、交叉跨越、基礎(chǔ)滑坡、桿塔傾斜、鳥害、覆冰等）自動(dòng)分析、告警;基于可見光和紅外巡視對(duì)象缺陷（絕緣子爆片、防震錘脫落、導(dǎo)線泡股斷股、間隔棒斷角銹蝕等）自動(dòng)分析、告警;巡視軌跡和飛行控制策略自動(dòng)生成;三維走廊重現(xiàn)。

目前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的深層次研究還處于空白區(qū)，未來可匯聚無人機(jī)采集照片影像、巡視對(duì)象臺(tái)賬、樹障、在線監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)GIS、自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)按用戶、按時(shí)間、按位置存儲(chǔ)，同時(shí)具備數(shù)據(jù)加密、比對(duì)、加水印、自動(dòng)銷毀、數(shù)據(jù)自動(dòng)分析處理（傾斜影像、激光到點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、缺陷隱患分析）能力。

3 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，利用無人機(jī)在巡檢電力系統(tǒng)中巡檢線路，不僅可降低在人工巡檢過程中出現(xiàn)的故障率，也有效的降低了電力企業(yè)的成本預(yù)算，并且提高了電力巡檢工作的效率，具有非常廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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