架空輸電線路無人機巡檢技術研究進展

國網福建省電力有限公司泉州供電公司 林旭鳴

架空輸電線路是現代電力系統中的主要設施，隨著社會人群對電能的需求越來越大，該線路數量大幅增長，整體架構也變得更加復雜，這時線路運維、檢修工作的難度大幅增長，以往普遍使用的人工巡檢模式已經無法滿足工作要求。為此，架空輸電線路管理部門引進了無人機巡檢技術，該項技術成功彌補了人工巡檢模式的不足，能夠幫助人工了解架空輸電線路情況，做好運維、檢修工作。

我國在2008年開始正式研究架空輸電線路無人機巡檢技術，對該項技術的應用進行了探索并得出了一些成果，顯示該項技術確實具有良好的應用價值與可行性，但因為當時技術水平有限，所以技術應用還存在缺陷。由此大量研究人員投身于該項技術的發展性研究中，使得該項技術不斷發展，逐步走向成熟，這時無人機巡檢技術成為了執行架空輸電線路相關工作的主要手段。而不可否認的是，無人機巡檢技術在架空輸電線路相關工作中仍舊有很大的發展空間，因此為了解技術發展趨勢與應用現狀，有必要分析其研究進展。

1 架空輸電線路無人機巡檢技術的技術管理標準

無人機巡檢技術在架空輸電線路中的應用已有一些年頭，我國在技術發展中也提出了相關的技術管理標準，但較先進國家的相關標準，我國技術管理標準在無人機巡檢的技術安全管理方面還比較薄弱，尚處于起步階段，是后續有待研究的重點。就現狀而言，國內現行相關技術標準涉及到技術運行的作業安全管理、設備配置方法、功能質量要求等多個方面，相關標準大體可分為行業標準、企業標準、中電聯團體標準：行業標準。DL/T 1578—2016《架空輸電線路無人直升機巡檢系統》、DL/T1482—2015《架空輸電線路無人機巡檢作業技術導則》；企業標準。Q/GDW 11399—2015《電力無人機巡檢作業安全工作規程》、Q/GDW 11383—2015《架空輸電線路無人機巡檢系統配置導則》等；中電聯團體標準，T/CEC 193—2018《電力行業無人機巡檢作業人員培訓考核規范》。

在眾多標準中，《電力無人機巡檢作業安全工作規程》、《架空輸電線路無人直升機巡檢系統》、《電力行業無人機巡檢作業人員培訓考核規范》最為重要，旨在全方位保障技術運行穩定，也保障架空輸電線路巡檢工作質量。此外，在技術管理標準的發展中可知，國內相關機構正在編制《架空輸電線路固定翼無人機巡檢系統》，其屬于行業標準，目的是對無人機巡檢系統進行分類，并對系統技術要求、試驗方法提出規范[1]。總體而言，我國架空輸電線路無人機巡檢技術的技術管理標準體系比較完善，但標準水平略顯不足，需要通過進一步研究來推動發展。

2 架空輸電線路無人機巡檢關鍵技術研究進展

2.1 自主巡檢技術

自主巡檢技術是架空輸電線路無人機巡檢技術研究中的重點課題，該項技術在理論上能夠讓無人機自主飛行、運作，基本可以擺脫人工。根據現有研究成果可知，可以使用激光雷達、實時動態高精度定位技術來實現無人機自主巡檢，其中激光雷達技術能夠自動獲取飛行線路的高精度三維點云數據，由此能對飛行線路進行規劃，而實時動態高精度定位技術能夠對無人機實際飛行路線進行控制，確保無人機飛行路線與規劃路線吻合。

現實情況中自主巡檢技術尚處于研究階段，因為該項技術的實施涉及到無人機飛行時的航高、坐標、慣性等多種不確定的因素，所以該項技術在目前研究中的成本會比較高。同時，無人機在對架空輸電線路進行巡檢時要考慮到桿塔巡檢的精細程度，而激光雷達技術在這方面還不夠成熟，無法投入實際運用，這是該項技術未來的研究方向。此外，自主巡檢技術還有很多待研究的點，如無人機續航問題、地面工作站巡檢任務采集功能等，這些問題不但尚未解決，也沒有產生對應的技術，這也是后續需要研究的重點[2]。

2.2 作業安全管控

無人機巡檢技術在任何應用領域中都需要得到安全管控，這一點在架空輸電線路巡檢中更加重要，稍有不慎是可能損害電路的，甚至會引起一些災害。針對安全管控問題，現代無人機巡檢技術都是嚴格依照國家提出的安全作業標準來實施的，此舉確實大幅提升了技術實施的安全性，但也導致無人機巡檢技術的功效未能充分發揮。

這一條件下，為了同時兼顧作業安全管控與無人機應用價值的充分發揮，國內相關組織通過研發得出了無人機可視化綜合管理系統，該系統具備無人機視頻實時回傳、無人機實時管理、遠程操控等功能，能讓無人機在巡檢中保持良好的安全性。但該系統提出的時間比較短，只適用于型號特定的無人機上，且此類無人機一般不滿足架空輸電線路巡檢要求。同時，國內電網公司還在2017年研發提出過無人機巡檢作業飛行數據記錄器、無人機巡檢業務模塊，借助記錄器與業務模塊能實現無人機巡檢作業全過程監管、且沒有明顯的缺陷，因此記錄器與業務模塊至今仍在沿用，其主要研發方向是完善兩者功能。

2.3 問題識別技術

在相對較早的無人機巡檢技術應用中可知，架空輸電線路巡檢人員一般是操作無人機，利用無人機搭載的攝像設備對線路局部進行拍攝，隨后人工對拍攝圖像進行分析，最終得出判斷結果，確認問題位置、類型、規模等。這種方式確實行之有效，但依舊依賴人工，在人工不穩定性的影響下有可能作出錯誤判斷，同時無人機拍攝圖像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判斷。因此，在現代無人機巡檢技術研發中提出了問題識別技術概念，該項技術主要就是讓無人機系統具備自主判斷問題的能力，根據當前研究成果可知，該項技術已初具雛形，即近些年國家電網公司在物聯網技術支撐下，結合深度神經網絡算法、大數據和圖像識別技術等實現了問題識別技術，使得無人機系統能夠自動分析架空輸電線路上的問題，并生成巡檢報告，免去了人工分析的環節。

該項技術的研發時間很短，目前還存在很多缺陷：問題識別中，有相當一部分問題還無法被量化判定，現在使用的深度神經網絡算法在識別問題時容易受問題類型相似性干擾，最終出現誤判，如絕緣子問題識別中，假設絕緣子上有明顯污跡，算法就會根據污跡是否存在、污跡存在位置特征來進行判斷，這時絕緣子附近的污跡也可能被列入算法范圍，受非絕緣子上的污跡影響，算法可能會認為絕緣子上存在污跡，需要進行清理，此類現象還有很多，說明該項技術有待完善；問題分類。即為了保障問題識別技術能順利實施，電科院對架空輸電線路的常見問題進行了分類，大體包括桿塔、導地線、絕緣子、大尺寸金具、小尺寸金具、基礎、通道環境、接地裝置、附屬設施，這是問題識別技術的實施基礎，技術系統可借助缺陷算法來進行分類判斷。但在相關實踐測試中發現，現有的缺陷算法還不夠完善，尤其在效率與準確性上不達標，這也說明問題識別技術還有待研究。

綜上，通過分析可知，我國針對架空輸電線路無人機巡檢技術提出了相對完善的技術管理標準，但各項標準的水平還略顯不足、亟待加強。在關鍵技術方面，國內架空輸電線路無人機巡檢技術研究方向明確，提出了多種有良好應用價值的關鍵技術概念，但這些技術在實際應用中均存在缺陷，甚至有部分還無法投入實際應用。依照現有研究成果可知，這些技術可以在短時間內實現，屆時能讓國內架空輸電線路無人機巡檢技術水平達到新的層次。