輸電線路無(wú)人機(jī)智能精益化巡檢技術(shù)應(yīng)用

盧銀均，陳克勇，姜金節(jié)，劉 闖，鄧德慧

(國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門(mén)供電公司，湖北 荊門(mén) 448000)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，輸電線路規(guī)模逐年增大，遍及區(qū)域廣、途經(jīng)地形復(fù)雜、在高山迎風(fēng)面附近還存在微地形和微氣象，人工線路運(yùn)維量持續(xù)增加，以人工巡檢為主的模式已不能滿足當(dāng)前線路精益化管理的要求，亟需優(yōu)化作業(yè)模式[1]。

無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)是當(dāng)前最有效、最具發(fā)展前景的新方法，采用高效智能的無(wú)人機(jī)巡檢模式來(lái)降低線路運(yùn)維壓力，可以有效保障電力主網(wǎng)安全，提高設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管控水平[2-3]，更好地彌補(bǔ)人工巡檢勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等不足。利用小型化的智能設(shè)備，配合無(wú)人機(jī)智能巡檢移動(dòng)平臺(tái)，可以對(duì)長(zhǎng)距離、主干電網(wǎng)和人工巡檢無(wú)法到達(dá)的地區(qū)進(jìn)行智能巡檢，使輸電線路安全運(yùn)行在可控、能控和在控水平。無(wú)人機(jī)智能巡檢示意圖如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)智能巡檢示意圖

1 智能巡檢運(yùn)用現(xiàn)狀

相較于傳統(tǒng)巡視，無(wú)人機(jī)的智能巡視效率更高，但受線路人員結(jié)構(gòu)、運(yùn)檢管理模式等因素影響，制約著無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)在輸電線路上的深化應(yīng)用[4]。

1)線路運(yùn)維人員匱乏。由于線路專業(yè)新員工補(bǔ)充不足，老員工相繼退休，造成線路專業(yè)的年齡層次跨度較大，能夠?qū)嶋H開(kāi)展工作的人員較少，班組人員除常規(guī)巡線、檢修任務(wù)外，還需要承擔(dān)大量的特巡和保電工作，工作強(qiáng)度大。并且，老員工對(duì)新事物、新技術(shù)、新方法的接受能力不高。

2)無(wú)人機(jī)巡檢管理流程不夠規(guī)范。員工普遍認(rèn)為無(wú)人機(jī)只是線路巡檢的一種工具，對(duì)無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)在線路上的作用沒(méi)有給予足夠的重視，對(duì)采集回的數(shù)據(jù)未進(jìn)行深入的分析。在安排無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)具有隨意性，管理模式不清、管理流程不夠規(guī)范、職責(zé)不夠明確，未能有效發(fā)揮無(wú)人機(jī)巡檢的效用。

3)智能巡檢設(shè)備利用率不高。無(wú)人機(jī)和智能巡檢設(shè)備價(jià)格一般較高，在進(jìn)行零購(gòu)項(xiàng)目和專項(xiàng)成本預(yù)算時(shí)，未安排資金對(duì)無(wú)人機(jī)和運(yùn)檢設(shè)備進(jìn)行采購(gòu)。無(wú)人機(jī)在精細(xì)化巡檢時(shí)需操作人員具備一定的技能水平，由于缺乏相關(guān)專業(yè)人員開(kāi)展無(wú)人機(jī)智能巡檢工作，造成裝備利用率低下。

4)新技術(shù)與運(yùn)檢業(yè)務(wù)未充分融合。從無(wú)人機(jī)運(yùn)檢自主化、智能化發(fā)展來(lái)看，運(yùn)檢前端數(shù)據(jù)要與運(yùn)檢后端業(yè)務(wù)充分融合，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與分析。在技術(shù)應(yīng)用中，常規(guī)無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)與檢修策略制定以及狀態(tài)評(píng)價(jià)等評(píng)估分析關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，業(yè)務(wù)之間的集成度不高，缺乏創(chuàng)新引領(lǐng)能力和價(jià)值創(chuàng)造能力。

5)班組結(jié)構(gòu)制約智能巡檢發(fā)展?，F(xiàn)有的輸電班組多為運(yùn)維、檢修和帶電作業(yè)班組，由于無(wú)人機(jī)管理流程缺乏規(guī)范性，運(yùn)維班組缺乏專業(yè)性，運(yùn)維班組對(duì)采用人工巡檢和無(wú)人機(jī)巡檢責(zé)任劃分不明確，各班組之間信息交流和分享不及時(shí)、不暢通，嚴(yán)重制約無(wú)人機(jī)智能巡檢發(fā)展。

2 無(wú)人機(jī)智能巡檢模式分析

2.1 創(chuàng)新運(yùn)檢模式，提高精益管理水平

1)搭建智能巡檢平臺(tái)，強(qiáng)化智能管理效率提升，加大新技術(shù)、新設(shè)備的投入。結(jié)合線路運(yùn)檢隱患實(shí)際，以多旋翼無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，通過(guò)掛載不同類型的圖像及點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集智能設(shè)備以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力線路及附屬設(shè)備的全方位故障檢測(cè),提高數(shù)據(jù)智能化采集效率。通過(guò)軟件與硬件融合搭建無(wú)人機(jī)智能巡檢平臺(tái)，集成數(shù)據(jù)中央處理、分析前端顯示和隱患后端管理，智能開(kāi)展無(wú)人機(jī)巡檢計(jì)劃管理和隱患消缺管理，按照精益化的管理要求對(duì)圖片和點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔存儲(chǔ)。通過(guò)智能巡檢系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，深度融合無(wú)人機(jī)巡檢和人工巡檢數(shù)據(jù)，生成報(bào)表和數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)三維可視化展示，為輸電運(yùn)檢提供可靠數(shù)據(jù)支撐[5-6]。

2)固化巡檢工作流程，實(shí)現(xiàn)規(guī)范有序閉環(huán)管理。搭建自上而下、實(shí)時(shí)反饋的無(wú)人機(jī)智能巡檢網(wǎng)絡(luò)，將無(wú)人機(jī)巡檢和人工巡檢進(jìn)行整合，實(shí)行統(tǒng)一部署，對(duì)所有線路的運(yùn)維和檢修實(shí)行計(jì)劃式管理。編制標(biāo)準(zhǔn)化的無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，規(guī)范巡檢全過(guò)程工藝流程，使作業(yè)人員隨時(shí)保持清晰的思路，減少人為因素對(duì)巡檢質(zhì)量的影響。繪制簡(jiǎn)明、合理的無(wú)人機(jī)巡檢拍攝路徑圖冊(cè)，簡(jiǎn)化多余無(wú)人機(jī)移位路徑和冗余拍攝動(dòng)作，更加高效地完成巡檢工作。通過(guò)巡檢計(jì)劃下達(dá)、任務(wù)劃分、數(shù)據(jù)上傳和歸檔，系統(tǒng)自主開(kāi)展隱患分析和計(jì)劃更新，通過(guò)計(jì)劃預(yù)警指導(dǎo)巡視計(jì)劃調(diào)整，通過(guò)隱患分析結(jié)果制定檢修策略，將結(jié)果反饋至班組進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃下達(dá)至缺陷消除閉環(huán)管理，應(yīng)用流程如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)應(yīng)用流程圖

3)強(qiáng)化巡檢工作評(píng)估，建立科學(xué)監(jiān)督指導(dǎo)體系。通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)智能巡檢工作及時(shí)開(kāi)展綜合成效評(píng)估，每月定期對(duì)無(wú)人機(jī)作業(yè)人員、班組、無(wú)人機(jī)巡檢質(zhì)量、無(wú)人機(jī)智能巡檢系統(tǒng)保障體系進(jìn)行評(píng)估，將評(píng)估結(jié)果通過(guò)文件下發(fā)，對(duì)評(píng)估中需要整改的問(wèn)題下發(fā)督辦單，將結(jié)果及時(shí)向輸電運(yùn)檢室和班組反饋。通過(guò)督導(dǎo)整改發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)對(duì)智能巡檢運(yùn)用存在的不足進(jìn)行補(bǔ)充，快速補(bǔ)齊短板，發(fā)揮高效智能巡檢效用，引領(lǐng)無(wú)人機(jī)巡檢向智能化、科學(xué)化的方向發(fā)展。

2.2 推動(dòng)管理革新，促進(jìn)運(yùn)檢質(zhì)效提升

1)革新班組架構(gòu)，有效減輕班組運(yùn)檢壓力。在無(wú)人機(jī)智能巡檢模式下，充分結(jié)合人巡優(yōu)勢(shì)，對(duì)班組架構(gòu)進(jìn)行綜合調(diào)整，如圖3所示。班組根據(jù)班員專業(yè)水平進(jìn)行小組劃分，形成以無(wú)人機(jī)巡視小組為主體，人工巡視為輔助，檢修小組為基礎(chǔ)的立體化班組結(jié)構(gòu)，將原有線路運(yùn)維班組和檢修班組進(jìn)行整合。班組架構(gòu)變革后，在線路運(yùn)檢班組內(nèi)部細(xì)化為無(wú)人機(jī)巡檢小組、人工巡視小組、線路檢修小組。通過(guò)班組架構(gòu)調(diào)整，利用無(wú)人機(jī)替代人工，智能運(yùn)檢設(shè)備“補(bǔ)員”作用明顯，班組內(nèi)部實(shí)現(xiàn)互相補(bǔ)位和專業(yè)化運(yùn)作， 有效化解人少設(shè)備多的固有矛盾，各專業(yè)分工更加明確，職責(zé)更加清晰，有效緩解因輸電剛性缺員造成的線路運(yùn)維壓力。

圖3 班組架構(gòu)調(diào)整示意圖

2)轉(zhuǎn)變管理模式，提升運(yùn)檢過(guò)程管控能力。依托無(wú)人機(jī)智能運(yùn)檢平臺(tái)，由之前單一“人巡”模式向“機(jī)巡為主、人巡為輔”的轉(zhuǎn)變，無(wú)人機(jī)巡視小組每月按照計(jì)劃開(kāi)展無(wú)人機(jī)巡視，人工巡視小組對(duì)線路通道和線路本體進(jìn)行摸排巡視，線路檢修小組根據(jù)無(wú)人機(jī)巡視小組和人工巡視小組統(tǒng)計(jì)的反饋缺陷，按照隱患嚴(yán)重程度進(jìn)行及時(shí)消缺，各小組密切配合，一一對(duì)接。狀態(tài)管控由班組對(duì)線路管控,向由作業(yè)小組對(duì)單基桿塔的常態(tài)化狀態(tài)監(jiān)控轉(zhuǎn)變，職責(zé)更加清晰，綜合檢修、運(yùn)檢、通道管理等實(shí)現(xiàn)專業(yè)化管理，缺陷消除及時(shí)性和消除率得到有效保障，輸電設(shè)備的管控能力和班組管理的縱向穿透力得到大幅提升。

3)凝聚創(chuàng)新思維，著力形成科技創(chuàng)新合力。運(yùn)用因果矩陣和排列圖等質(zhì)量工具，結(jié)合冬季微氣象地區(qū)氣候條件和作業(yè)環(huán)境等實(shí)際情況，對(duì)大跨越、陡峭山區(qū)使用的無(wú)人機(jī)設(shè)備需改進(jìn)的性能指標(biāo)進(jìn)行確定，對(duì)不同場(chǎng)景下的作業(yè)難點(diǎn)進(jìn)行梳理排查[7-8]，提出針對(duì)性防控措施和改進(jìn)方案，有效彌補(bǔ)短板，具體改進(jìn)如表1所示。強(qiáng)化無(wú)人機(jī)智能巡檢隊(duì)伍建設(shè)，購(gòu)置無(wú)人機(jī)飛行模擬器，邀請(qǐng)智能分析軟件商與UTC無(wú)人機(jī)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)在公司駐點(diǎn)開(kāi)展跟蹤服務(wù)和培訓(xùn)，組織開(kāi)展無(wú)人機(jī)輸電線路巡檢勞動(dòng)競(jìng)賽。組建無(wú)人機(jī)創(chuàng)新小組，開(kāi)展無(wú)人機(jī)智能巡檢新型工器具研發(fā)和科技創(chuàng)新研究。

表1 無(wú)人機(jī)設(shè)備定制改進(jìn)

2.3 強(qiáng)化成果應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)技術(shù)融合

1)構(gòu)建全程智能管控，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維檢修全局在控。輸電線路運(yùn)維和檢修數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享，對(duì)巡檢計(jì)劃進(jìn)行及時(shí)更新和預(yù)警，根據(jù)篩選排查隱患根據(jù)隱患治理策略、編制治理計(jì)劃，對(duì)檢修過(guò)程實(shí)現(xiàn)跟蹤管控，確保檢修工作安全有效。通過(guò)無(wú)人機(jī)智能運(yùn)檢平臺(tái)對(duì)機(jī)巡和人巡進(jìn)行實(shí)施管控，通過(guò)三維雷達(dá)掃描對(duì)線路進(jìn)行三維建模重建和隱患篩選分析，實(shí)現(xiàn)近端可視化[9]。

2)大數(shù)據(jù)多維度統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理深度融合。理順無(wú)人機(jī)智能巡檢數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理的配合環(huán)節(jié)，強(qiáng)化分析結(jié)果的及時(shí)反饋和深度融合，促進(jìn)巡檢成果的最大化運(yùn)用。將巡視數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、成果管理和消缺管理各環(huán)節(jié)高效銜接，實(shí)現(xiàn)智能巡檢平臺(tái)各環(huán)節(jié)緊密配合，運(yùn)檢效率得到有效提高[10]。以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)人工巡視和無(wú)人機(jī)巡視實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、全方位和多渠道的采集輸電線路本體結(jié)構(gòu)和隱患數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)人機(jī)巡檢智能平臺(tái)將人巡、機(jī)巡、檢修檢測(cè)和樹(shù)障外破等數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、精確定位，完整展示輸電線路運(yùn)行狀況、巡視情況、消缺情況、計(jì)劃執(zhí)行情況。

3)強(qiáng)化環(huán)節(jié)貫穿銜接，顯著提升運(yùn)檢管理水平。強(qiáng)化巡視計(jì)劃的制定、展示和前置管理，啟動(dòng)巡檢計(jì)劃之后，無(wú)人機(jī)智能巡檢平臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)巡視任務(wù)進(jìn)程，及時(shí)掌握無(wú)人機(jī)巡視進(jìn)度，形成運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)維資源自主分析、分配建議和科學(xué)調(diào)配。配合輸電線路實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、微地形、微氣象特殊氣候等多樣性的線路運(yùn)維環(huán)境，分析重點(diǎn)巡檢環(huán)節(jié)和區(qū)域，優(yōu)化線路巡檢周期、線路通道砍伐，支持差異化運(yùn)維管理。將所有的人巡和機(jī)巡成果數(shù)據(jù)、缺陷消除前后圖片數(shù)據(jù)，支持二維圖片和三維點(diǎn)位全景模型上傳，隨時(shí)從巡檢平臺(tái)查閱數(shù)據(jù)資料，通過(guò)將海量的圖片數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，充分利用無(wú)人機(jī)智能巡檢平臺(tái)的海量運(yùn)檢數(shù)據(jù)，為檢修策略的制定和對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

3 應(yīng)用成效

荊門(mén)電網(wǎng)公司充分推廣應(yīng)用無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)，以較低的人工成本，獲取高精度隱患信息，準(zhǔn)確判別隱患狀態(tài)，在提高輸電設(shè)備運(yùn)維管理上取得一定成效。

1)有效提高線路巡檢效率。無(wú)人機(jī)采用自主智能巡檢平臺(tái)，定位精度為厘米級(jí)，隱患自動(dòng)識(shí)別檢出率和準(zhǔn)確率達(dá)到人工巡線的10倍以上，無(wú)人機(jī)智能巡檢與傳統(tǒng)人工操控?zé)o人機(jī)相比，工作效率提高了45%，每年節(jié)約線路運(yùn)檢費(fèi)用逾210萬(wàn)元。

2)推動(dòng)智能巡檢技術(shù)應(yīng)用。通過(guò)線路通道掃描，動(dòng)態(tài)監(jiān)控流動(dòng)外破。利用傾斜攝影技術(shù)對(duì)線路通道進(jìn)行照片采集和三維建模，通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析，得出樹(shù)障缺陷報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際距離的誤差僅有0.2 m，所得照片均可識(shí)別銷釘級(jí)缺陷，有效彌補(bǔ)線路運(yùn)維人員欠缺，給基層班組運(yùn)維人員減負(fù)。

3)打造素質(zhì)過(guò)硬的無(wú)人機(jī)團(tuán)隊(duì)。立足泛在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，通過(guò)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)培訓(xùn)，擁有AOPA多旋翼無(wú)人機(jī)執(zhí)照飛行員11人，UTC多旋翼無(wú)人機(jī)飛行證飛行員46人，AOPA固定翼無(wú)人機(jī)執(zhí)照飛行員1人，實(shí)現(xiàn)輸電運(yùn)檢人員熟練掌握無(wú)人機(jī)飛行技術(shù)和開(kāi)展無(wú)人機(jī)智能巡檢工作的能力。

4)提升線路精益管理水平。線路運(yùn)檢由原來(lái)的粗放型管理向信息化精益化轉(zhuǎn)變，開(kāi)展線路通道和樹(shù)障巡視逾2 600 km，巡視桿塔逾9 000基，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重及以上缺陷2 637條，銷釘機(jī)危急缺陷985條，危急隱患消除量增加了5倍以上，設(shè)備運(yùn)維管理能力明顯提升。

5)形成科技創(chuàng)新合力。組建無(wú)人機(jī)創(chuàng)新小組，開(kāi)展無(wú)人機(jī)智能巡檢新型工器具研發(fā)，形成QC成果。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，開(kāi)展科技創(chuàng)新，已授權(quán)專利5項(xiàng)，發(fā)表科技論文10余篇，研發(fā)工器具榮獲省級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

1)全面推進(jìn)“大云物移智”等技術(shù)在輸電運(yùn)檢專業(yè)上的深度融合，推進(jìn)智能裝備在輸電線路上的應(yīng)用，構(gòu)建結(jié)構(gòu)體系完善、硬件設(shè)施齊備、軟件高度集成的高效智能無(wú)人機(jī)輸電運(yùn)檢新模式。

2)通過(guò)搭建系統(tǒng)化的組織架構(gòu)、編制高效率操作流程實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)智能巡檢體系化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。以無(wú)人機(jī)智能運(yùn)檢設(shè)備為基礎(chǔ)，依靠大數(shù)據(jù)分析、全程智能管控，實(shí)現(xiàn)運(yùn)檢高度融合和可控預(yù)警。

3)強(qiáng)化無(wú)人機(jī)智能巡檢系統(tǒng)成果應(yīng)用，促進(jìn)輸電生產(chǎn)指揮和決策高度智能化和集約化。理順無(wú)人機(jī)智能巡檢各環(huán)節(jié)考核層次，重點(diǎn)緊抓細(xì)節(jié)評(píng)估，以切實(shí)有效措施促進(jìn)發(fā)展。