論AI智能巡檢飛行平臺(tái)的優(yōu)勢
——以易飛云巡檢項(xiàng)目管理系統(tǒng)為例

李峰 李忠孝 呂彥霏

（內(nèi)蒙古易飛航空科技有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011517）

0 引言

在無人機(jī)技術(shù)大放異彩的今天，采用無人機(jī)巡檢成了很多行業(yè)的常態(tài)性工作。然而其管理工具和軟件平臺(tái)的更新卻沒能跟上實(shí)際工作需要。后果就是，不僅無人機(jī)巡檢的數(shù)據(jù)沒能充分利用起來，還在不必要的工作上浪費(fèi)了很多時(shí)間和精力[1]。但AI智能巡檢飛行平臺(tái)系統(tǒng)，克服了以往無人機(jī)巡檢中數(shù)據(jù)信息龐大卻無法充分有效利用的缺點(diǎn)，著力提升作業(yè)效率和巡檢精細(xì)化程度。

1 AI智能巡檢飛行平臺(tái)研究背景

巡檢是很多行業(yè)的常態(tài)性工作，早期以人工作業(yè)為主，無人機(jī)因其幾十倍于人力的高效成了巡檢新利器。然而工作方式革新了，很多單位卻沒有對管理工具和軟件平臺(tái)進(jìn)行迭代更新，還在用老一套的方式展開工作。后果就是，不僅無人機(jī)巡檢的數(shù)據(jù)沒有充分利用起來，還浪費(fèi)了很多時(shí)間和精力。當(dāng)巡檢任務(wù)較重時(shí)，需要處理的巡檢照片數(shù)量很大，幾千張都算少的。業(yè)內(nèi)人員為了能把巡檢照片和圖片信息對應(yīng)起來，常常不厭其煩（迫于無奈）地一張照片一張照片地重命名，一不小心出現(xiàn)編錯(cuò)、編亂的現(xiàn)象，事后極難將其糾正捋順。除此以外，無人機(jī)巡檢的過程不是一氣呵成的，個(gè)別細(xì)節(jié)需要單獨(dú)多角度拍攝。飛手為了避免拍攝的照片命名混亂，就不敢多拍，有時(shí)會(huì)漏掉重要細(xì)節(jié)。以電力行業(yè)為例，無人機(jī)巡檢在電力行業(yè)的應(yīng)用，包括日常巡檢、故障巡檢、線路勘察驗(yàn)收等方面。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，無論是企業(yè)用電，還是居民用電，對電網(wǎng)可靠性的要求都越來越高了。加上我國地形復(fù)雜、氣象條件多變，造成輸電線路走廊環(huán)境復(fù)雜，容易發(fā)生輸電線路故障。通過開展巡檢工作，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并消除故障，恢復(fù)輸電線路工作。無人機(jī)智能巡檢技術(shù)已經(jīng)成為電網(wǎng)運(yùn)維工作的重要手段。相比人工巡檢，無人機(jī)巡檢機(jī)動(dòng)靈活，幾乎可以在任意位置任意角度進(jìn)行拍攝，巡檢盲區(qū)很小。然而隨著無人機(jī)智能巡檢技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)維工作中的深入應(yīng)用，我們急需一種無人機(jī)圖像采集自動(dòng)化智能缺陷分析系統(tǒng)，將之應(yīng)用在輸電線路巡檢作業(yè)中，以便更多地節(jié)省時(shí)間和人力資源，精準(zhǔn)捕捉巡檢目標(biāo)和路線，不受操作人員專業(yè)化程度限制，不受天氣和氣候影響，不受環(huán)境影響，隨時(shí)調(diào)取歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，實(shí)現(xiàn)快速巡檢、快速發(fā)現(xiàn)異常狀況，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)操作自動(dòng)化、缺陷管理圖像化、數(shù)據(jù)分析精細(xì)化的目標(biāo)。

2 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析

國外直升機(jī)巡檢發(fā)展歷程始于20世紀(jì)50年代初期。歐美等國家和地區(qū)較為廣泛地開展有人直升機(jī)巡檢始于20世紀(jì)90年代末。在無人機(jī)巡檢領(lǐng)域，在國內(nèi)仍處于硬件開發(fā)階段時(shí)，但發(fā)達(dá)國家對無人機(jī)巡檢技術(shù)的研究已經(jīng)涉及圖像、數(shù)據(jù)處理等方面。1995年，英國威爾士大學(xué)和英國電力行業(yè)貿(mào)易協(xié)會(huì)聯(lián)合研制了專用于輸電線路巡檢的小型旋翼無人機(jī)，驗(yàn)證了其可行性。隨后，美國、西班牙、日本等國家，在無人機(jī)巡檢領(lǐng)域均有了突破性進(jìn)展。雖然國外無人機(jī)企業(yè)較國內(nèi)無人機(jī)起步更早，但國內(nèi)無人機(jī)作為后起之秀，如今在該領(lǐng)域大放異彩，很值得我們關(guān)注和研究。2009年開始，國家電網(wǎng)有限公司（原國家電網(wǎng)公司）、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司等相繼開展了無人機(jī)巡檢研究和應(yīng)用。此后取得了一系列突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。近年來，電力行業(yè)正在大力推廣無人機(jī)巡檢業(yè)務(wù)。應(yīng)用實(shí)踐表明，無人機(jī)巡檢不僅能夠發(fā)現(xiàn)人工巡檢中所發(fā)現(xiàn)的輸電線路缺陷，也能夠發(fā)現(xiàn)人工巡檢難以發(fā)現(xiàn)的缺陷，比如金具銹蝕、螺栓螺帽缺失、雷擊閃絡(luò)故障等，且發(fā)現(xiàn)缺陷量較人工巡檢大大提升。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，無人機(jī)行業(yè)已步入快速發(fā)展期。目前，無人機(jī)已應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、電力、氣象、通信、農(nóng)林、救援等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用場景不斷拓展。尤其是我國電網(wǎng)高速發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)必將在推動(dòng)電力行業(yè)進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。無人機(jī)巡檢是綜合各種成像技術(shù)的原理，再利用合理的算法進(jìn)行圖像處理的技術(shù)。以輸電線路巡檢為例，其中就運(yùn)用了紅外檢測、激光雷達(dá)巡檢、多光譜巡檢等多種技術(shù)，不同的檢測技術(shù)根據(jù)其不同的特點(diǎn)會(huì)應(yīng)用在不同的范圍。綜合起來，續(xù)航的穩(wěn)定性尤其重要，在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)該向著數(shù)據(jù)處理智能化、作業(yè)自主化的方向發(fā)展[2]。

綜觀國內(nèi)外無人機(jī)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，無人機(jī)巡檢技術(shù)發(fā)展趨勢可概括為以下幾點(diǎn)。

（1）多功能、智能化：今后的無人機(jī)平臺(tái)應(yīng)該是多功能、通用的。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用模塊化技術(shù)，可以有效共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能。對于智能終端的設(shè)計(jì)，應(yīng)該將有效管理巡檢任務(wù)、有效監(jiān)測無人機(jī)飛行狀態(tài)、檢查無人機(jī)飛行安全等結(jié)合為一體。未來，無人機(jī)應(yīng)該可以更大限度地自主完成任務(wù)、自動(dòng)識別和尋找目標(biāo)，在人員監(jiān)控時(shí)更加便捷、更加智能化。

（2）精確度高、適應(yīng)性強(qiáng)：無人機(jī)利用智能平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析，進(jìn)而開展相關(guān)工作。智能平臺(tái)在存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用數(shù)據(jù)時(shí)的精確度決定了其工作的效率。因此在智能巡檢飛行平臺(tái)的設(shè)計(jì)上，其配置和整理相關(guān)設(shè)備和數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度是重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，其中包括對缺陷圖片的比對技術(shù)以及處理后產(chǎn)生的巡檢報(bào)告等。

此外，無人機(jī)機(jī)身輕巧，在生活和工作領(lǐng)域有著極強(qiáng)的便利性。今后的無人機(jī)將會(huì)更加操控自如，無論是復(fù)雜的地形，還是惡劣的天氣，都能最大限度發(fā)揮其優(yōu)勢。

（3）航時(shí)長、安全性強(qiáng)：在電力、農(nóng)業(yè)、物流等領(lǐng)域，無人機(jī)已經(jīng)展現(xiàn)出了其強(qiáng)大的優(yōu)勢。在今后的發(fā)展中，無人機(jī)的高空長航時(shí)優(yōu)勢會(huì)使其工作效率更高，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)作業(yè)的更多可能性。比如在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可迅速獲取第一手受災(zāi)線路圖像信息，為后續(xù)搶修工作提供信息支持。同時(shí)其可靠的巡檢反饋功能，可避免人工巡檢缺陷，也減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。另外，即使在惡劣環(huán)境中不幸損毀，也不會(huì)造成操作者的人員傷亡[3]。

3 易飛云巡檢平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)及介紹

易飛云AI智能巡檢飛行平臺(tái)，通過無人機(jī)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)，采用一鍵自動(dòng)起降、自主巡航的無人機(jī)，結(jié)合后臺(tái)數(shù)據(jù)處理軟件，可快速完成線路巡檢任務(wù)并及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)異常狀況，且無需輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)可自主開展輸電線路巡檢作業(yè)，較無人機(jī)人工巡檢，提升了作業(yè)效率和巡檢精細(xì)化程度。

無人機(jī)首次飛行進(jìn)行巡檢單元標(biāo)準(zhǔn)圖像采集，綁定巡檢設(shè)備，生成設(shè)備巡檢標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備巡檢航線與巡檢點(diǎn)；采集信息回傳易飛云巡檢平臺(tái)的巡檢項(xiàng)目管理系統(tǒng)，巡檢項(xiàng)目管理人員即可通過管理端制定巡檢任務(wù)與巡檢周期、巡檢線路；任務(wù)管理系統(tǒng)按巡檢計(jì)劃自動(dòng)將任務(wù)分配給項(xiàng)目巡檢人員，項(xiàng)目巡檢人員可遠(yuǎn)程通過APP巡檢端及時(shí)收到巡檢任務(wù)，并實(shí)時(shí)了解當(dāng)前的巡檢任務(wù)情況以及新的巡檢任務(wù)；巡檢人員根據(jù)巡檢任務(wù)生成的地圖數(shù)據(jù)以及塔桿信息，快速定位巡檢目標(biāo)[4]；在巡檢人員到達(dá)目的地后，只需選定當(dāng)前巡檢任務(wù)的目標(biāo)塔桿，通過APP開啟一鍵起飛，易飛云巡檢端自動(dòng)開始檢測，對塔桿進(jìn)行無人值守巡檢，自動(dòng)采集每個(gè)巡檢點(diǎn)的圖像并通過易飛云巡檢圖像系統(tǒng)將巡檢數(shù)據(jù)回傳到巡檢管理端，管理端通過圖像比對學(xué)習(xí)系統(tǒng)，將實(shí)時(shí)的比對結(jié)果反饋給管理端，同時(shí)下發(fā)巡檢人員；巡檢人員通過反饋信息即可知道是否存在異常；當(dāng)巡檢點(diǎn)全部檢測完畢后，無人機(jī)自動(dòng)返回起始點(diǎn)，并更新本次巡檢任務(wù)執(zhí)行結(jié)果，等待執(zhí)行下一個(gè)巡檢目標(biāo)[5]。

3.1 項(xiàng)目總體目標(biāo)

在初步完成無人機(jī)自主巡檢作業(yè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)圖傳系統(tǒng)、圖像比對系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)研發(fā)智能圖像學(xué)習(xí)系統(tǒng)，深入研發(fā)自主飛行系統(tǒng)與圖傳系統(tǒng)以及后端路線任務(wù)規(guī)劃管理系統(tǒng)。

3.1.1 技術(shù)指標(biāo)

（1）項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)：①AI圖像識別、深度學(xué)習(xí)；②無人機(jī)遠(yuǎn)程圖像傳輸；③巡檢管理應(yīng)用系統(tǒng)。技術(shù)路線的設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 易飛云AI 智能巡檢飛行平臺(tái)技術(shù)路線設(shè)計(jì)架構(gòu)

（2）機(jī)場管理：包括地圖顯示、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)場選擇、機(jī)場信息及操作、機(jī)場配置、無人機(jī)操作及機(jī)場監(jiān)控等功能。

（3）無人機(jī)配置：通過管控平臺(tái)可直觀地看到所控制無人機(jī)在線與否以及無人機(jī)的基本參數(shù)信息等，進(jìn)而進(jìn)行增減無人機(jī)的操作。

（4）載荷管理：針對第三方載荷，本管控平臺(tái)應(yīng)該可以設(shè)置和添加無人機(jī)掛載的載荷，并進(jìn)行管理管控。同時(shí)關(guān)于特殊載荷，還應(yīng)具備基本配置、位置配置、網(wǎng)絡(luò)配置、服務(wù)器配置、控制器配置等功能配置。

（5）用戶管理：創(chuàng)建不同類型和權(quán)限的用戶，為保證平臺(tái)數(shù)據(jù)和設(shè)備的安全操作，可以為不同用戶分配相關(guān)的權(quán)限。

（6）任務(wù)規(guī)劃管理：為無人機(jī)設(shè)置新的飛行任務(wù)，同時(shí)也可查看歷史所建飛行任務(wù)，并對已保存的任務(wù)進(jìn)行編輯。

（7）執(zhí)行任務(wù)管理：指派特定的無人機(jī)對選擇的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，包含地圖顯示、在線無人機(jī)、待命無人機(jī)、任務(wù)執(zhí)行及飛行操作等。

（8）數(shù)據(jù)管理：對無人機(jī)、自動(dòng)機(jī)場、載荷的飛行數(shù)據(jù)和后期處理作業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，并建立管理庫，方便后期進(jìn)行數(shù)據(jù)查閱和調(diào)用。

3.1.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

項(xiàng)目建成后將從本質(zhì)上改變無人機(jī)工業(yè)巡檢的模式，預(yù)計(jì)產(chǎn)生收入1000萬元/年，利潤300萬元/年，稅收60萬元/年，投資利潤率100%。

3.1.3 成果指標(biāo)

該系統(tǒng)無需專業(yè)的無人機(jī)飛行控制人員，且無需輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)可自主開展輸電線路巡檢作業(yè)。這極大地減輕了巡檢作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)時(shí)間，極大地提高了后期數(shù)據(jù)的分析、缺陷診斷效率和質(zhì)量。

（1）無人機(jī)全自動(dòng)進(jìn)行電網(wǎng)巡檢作業(yè)，作業(yè)效率和巡檢精細(xì)化程度較無人機(jī)人工巡檢提升2倍。

（2）自主規(guī)劃飛行航線，巡檢任務(wù)自由設(shè)定，巡檢頻次大幅提升。

（3）無需專業(yè)輸電巡檢經(jīng)驗(yàn)，無需專業(yè)無人機(jī)飛手，極大地減輕了巡檢作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)時(shí)間。

（4）圖像識別技術(shù)和圖像控制算法精確識別、鎖定目標(biāo)，云端自動(dòng)分析、檢測缺陷并出具報(bào)告。

3.2 研究內(nèi)容

（1）行業(yè)巡檢標(biāo)準(zhǔn)管理：巡檢單元標(biāo)準(zhǔn)圖像采集可將設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)通過圖像學(xué)習(xí)、生成標(biāo)準(zhǔn)與缺陷項(xiàng)的管理存儲(chǔ)到云端。管理人員將標(biāo)準(zhǔn)與巡檢掛點(diǎn)對應(yīng)，并將不同類型的塔桿對應(yīng)到多個(gè)巡檢掛點(diǎn)，生成塔桿唯一標(biāo)準(zhǔn)。

（2）無人機(jī)自主飛行：接收巡檢任務(wù)，對應(yīng)要執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行一鍵起飛操作；按設(shè)定好的巡檢點(diǎn)順序自主飛行，檢查點(diǎn)自動(dòng)拍照。

（3）缺陷檢測：巡檢數(shù)據(jù)回傳到云端，通過云端圖像識別服務(wù)，自動(dòng)檢測巡檢塔桿的數(shù)據(jù)，分析比對出塔桿缺陷項(xiàng)，同步到巡檢任務(wù)。

（4）報(bào)告生成：待所有巡檢任務(wù)全部執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)可一鍵導(dǎo)出本次巡檢項(xiàng)目的整體巡檢報(bào)告，包括巡檢線路數(shù)、塔桿數(shù)，其中存在缺陷數(shù)據(jù)以及缺陷點(diǎn)所在塔桿、位置等信息。

3.3 創(chuàng)新點(diǎn)及先進(jìn)性

（1）離線規(guī)劃航跡：在高精度3D點(diǎn)云中離線標(biāo)注巡檢目標(biāo)，系統(tǒng)自動(dòng)生成無人機(jī)航點(diǎn)動(dòng)作和飛行航跡。自動(dòng)飛行算法，無需人工操控，無需作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無人機(jī)全自動(dòng)巡航、拍攝。

（2）自動(dòng)起降換電：自動(dòng)機(jī)場就近部署在作業(yè)現(xiàn)場，自動(dòng)起飛、高精度視覺自動(dòng)降落；自動(dòng)進(jìn)行電池更換，支持高頻作業(yè)，3分鐘即可再次起飛作業(yè)。

（3）自動(dòng)AI識別、對準(zhǔn)與拍攝：通過機(jī)器視覺識別目標(biāo)，如絕緣子、桿塔頂部等；通過圖像算法控制云臺(tái)鎖定巡檢目標(biāo)，并始終處于畫幅中央，自動(dòng)調(diào)整焦距放大目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝。

（4）自動(dòng)缺陷識別：無需人工識別比對，圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆贫耍詣?dòng)識別檢測巡檢圖像中的缺陷，支持電力巡檢中常見的9 大類50多個(gè)小類的缺陷識別，按照國網(wǎng)、南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范導(dǎo)出巡檢報(bào)告。

易飛云智能巡檢系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)人工現(xiàn)場控制無人機(jī)自動(dòng)巡檢，優(yōu)勢非常明顯：

（1）極大地減輕了自動(dòng)巡檢作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)時(shí)間；

（2）無需專業(yè)的無人機(jī)飛行控制人員，節(jié)省了人力資源；

（3）自動(dòng)巡檢頻次可自由制定，不受人員工作時(shí)間限制；

（4）作業(yè)效率和自動(dòng)巡檢精細(xì)化程度較無人機(jī)人工自動(dòng)巡檢提升數(shù)倍；

（5）極大地提高了后期數(shù)據(jù)的分析、缺陷診斷效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語

由于無人機(jī)巡檢作業(yè)的特殊性和行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)，對無人機(jī)巡檢的安全性和可靠性要求較高，進(jìn)而對無人機(jī)巡檢管理系統(tǒng)的要求更高。易飛云巡檢項(xiàng)目管理系統(tǒng)集成了無人機(jī)巡檢工作流程中的所有環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對無人機(jī)巡檢作業(yè)的智能化處理。該項(xiàng)目建成后，將從本質(zhì)上改變無人機(jī)工業(yè)巡檢的模式，將極大地降低巡檢難度和人工成本以及人身安全風(fēng)險(xiǎn)，在安全風(fēng)險(xiǎn)可控的前提下，大大提高巡檢效率，節(jié)省無人機(jī)工業(yè)巡檢的人力成本和時(shí)間成本，提高巡檢的精確率，并在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足的前提下，可為社會(huì)帶來極大的效益。