無人機技術在電力巡檢信息化管理中的運用分析

［摘 要］電力巡檢工作主要針對電力設備、輸電線路的運行狀態進行檢測，排查安全隱患。電力巡檢質量的提升，可以有效降低發生故障問題的風險，為電力系統的安全、穩定運行提供重要的保障。電力巡檢信息化管理的開展，則是將自動化、智能化的技術手段應用于電力巡檢工作中，提高其工作效率和工作質量。基于此，本文分析電力巡檢工作中存在的問題，探討電力巡檢信息化管理的意義，介紹無人機技術在電力巡檢中的功能和作用。

［關鍵詞］無人機技術；電力巡檢；信息化管理

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2023.19.031

［中圖分類號］F272.7；TP315 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2023）19-0102-04

0? ? ?引 言

在社會生產生活中，用電需求日益增加。在用電負荷大幅攀升的情況下，為了保障電力系統的安全、穩定運行，需要加強電力巡檢。通過電力巡檢，了解電力系統的運行狀態，及時發現問題，并有效予以處理。電力線路規模較大，電力設備數量較多，電力巡檢的工作量較為繁重。加上復雜環境、惡劣氣候的影響，電力巡檢的難度顯著增加。在人工巡檢的過程中，存在工作效率低、巡檢信息傳遞遲緩等問題。巡檢人員的失誤與疏漏，往往會導致巡檢質量的下降。加強電力巡檢的信息化管理，將無人機技術應用于巡檢工作中，可以更加高效、精準地進行巡檢，還能夠克服各種惡劣環境條件造成的困難，極大提升了電力巡檢的工作效率。

1? ? ?電力巡檢存在的問題

電力巡檢工作的開展過程中，需要對輸變電設備、輸電線路進行檢測。根據檢修結果，對電力系統運行狀態進行判斷，確認有無設備缺陷、線路故障等問題，排查危及設備、線路的安全隱患，及時進行檢修。人工巡檢是傳統的電力巡檢方式，其中存在著運維成本高、巡檢效率低、巡檢不到位等問題［1］。

由于輸電線路的規模較大，在巡檢的過程中，往往需要出動大量的工作人員，導致運維成本的增加。部分電力設備處于偏遠地區，地理環境、氣候條件較為惡劣，電力設備長期暴露于惡劣的環境中，發生故障的風險較高。受到環境因素的干擾，人工巡檢的難度大、效率低，巡檢質量難以得到保障。另外，在自然條件惡劣的情況下進行巡檢，巡檢人員受到意外傷害的風險較高。在電力巡檢工作中，巡檢人員的專業能力、工作經驗、工作態度，均會影響到巡檢質量。巡檢人員的專業能力不足、工作經驗欠缺，容易出現失誤和差錯，無法對電力設備的運行狀態進行準確的判斷。巡檢人員的工作態度不認真，則會導致巡檢工作不到位，不能及時發現安全隱患。由于巡檢工作不到位，安全隱患問題未能及時發現、處理，往往會引發嚴重的故障，造成一定程度的經濟損失。巡檢信息（設備運行狀態、設備故障等）的傳遞較為遲緩，不能及時進行設備維護［2］。

2? ? ?電力巡檢信息化管理的意義

為了提高電力巡檢的工作效率和工作質量，需要改變落后的巡檢方式，解決巡檢效率低、管控難等問題。電力巡檢的信息化管理，則是將先進的技術手段作為輔助工具，自動化、智能化地展開巡檢工作。應用GPS衛星定位技術、GIS技術、無線網絡技術，構建電力巡檢信息管理系統，開發巡檢信息管理系統軟件。在電力巡檢信息管理系統工作、運行的過程中，可以按照指定條件，進行數據瀏覽、打印數據統計報表，規劃巡檢路線，制訂巡檢計劃，對巡檢崗位、班次、時間進行合理安排。在巡檢工作中，巡檢人員要嚴格執行巡檢計劃，高效完成巡檢工作，充分保障巡檢工作的質量。應用電力巡檢信息管理系統，能夠加強對巡檢人員的監管，確認巡檢工作是否到位。應用電子記錄設備，對巡檢信息、數據進行記錄，傳輸至信息管理系統。利用數據庫管理系統軟件，對巡檢數據進行瀏覽、分析，可以真實、準確地反映出電力系統的運行狀態，便于及時發現異常情況。信息化管理的有效開展，對提高電力巡檢的工作效率、工作質量有著積極的影響。與此同時，在先進技術、設備的輔助下，可以減少人力投入，節約運維成本［3］。

3? ? ?無人機系統在電力巡檢中的功能和作用

在電力巡檢信息化管理中，無人機技術的運用，在提高巡檢效率、巡檢精度等方面，發揮著重要的作用。

3.1? ?無人機系統的硬件結構

無人機是可以高空、遠距離作業的飛行器，其動力系統由電池、電子調速器、電機、螺旋槳組成。無人機的控制系統由傳感器（陀螺儀、加速度計、氣壓計、GPS）、機載計算機、執行機構組成，控制站由通信設備、顯控臺組成，通信導航系統分為機載設備、地面設備。在操作無人機進行作業的過程中。由控制站發布指令，對無人機進行遙控，具有導航與目標定位、姿態控制、任務規劃等功能。在控制站的顯控臺，能夠顯示飛行器的位置、航線及有效載荷數據。控制系統能夠按照指令，對飛行器進行各種飛行模態的控制，將工作狀態數據傳輸至機載數據終端，然后由機載設備終端傳輸至地面設備。控制站在接收無人機的數據后，根據作業的實際需求，對飛行參數進行調整。

3.2? ?傳感設備

在電力巡檢工作中，需要在無人機上搭載傳感設備（數碼攝像機、數碼照相機、紅外熱像儀、紫外成像儀、激光雷達等）。應用無人機進行電力設備、輸電電路的巡視過程中，利用各種攝錄高清視頻、拍攝圖像，同時可以獲取紅外圖像/視頻、紫外視頻、激光點云數據。根據無人機拍攝的影像，觀察電力設備、線路的外觀和形態，確認有無桿塔基礎破損、接地裝置斷裂、塔材及螺栓丟失、導地線散或斷股、線夾斷裂等現象。觀察線路通道保護區內的樹木高度以及周邊的施工情況，確認有無樹木超高、違規施工的情況。利用紅外圖像/視頻，可以對電力設備、輸電線路的運行狀態進行判斷。當紅外圖像/視頻提示紅外能量超出正常狀態時，往往反映出熱態異常和過熱故障，這與電阻增加、電流增大有關。結合紅外圖像/視頻，可以準確判斷設備、線路發熱故障的位置，檢出接點銹蝕、接觸不良等問題。利用紫外視頻，能夠發現電力設備、輸電線路的表面局部放電現象（電暈、電弧），能夠反映出絕緣缺陷問題。應用紅外熱像儀檢測時，往往難以發現表面局部放電現象。因此，應用無人機進行電力巡檢的過程中，紫外成像檢測、紅外成像檢測具有互補性，同時應用兩種檢測方式，可以有效減少巡檢過程中的疏漏和差錯，能夠及時檢出各類故障問題。無人機上的激光雷達，可以向地面目標物（電力設備、輸電線路）發射激光脈沖，進行距離測定。應用高精度定位定姿系統，獲取反射點的坐標。在電力巡檢的飛行作業過程中，可以獲得激光點云（掃描點集合），用于對輸電線路導線的識別，精準測量線路通道保護區內的樹木、建筑的高度，在超出安全距離的情況下，說明存在安全隱患，需要及時進行處理。在電力巡檢無人機上，還搭載有減震器、防抖云臺，主要起到減震、防抖的作用，可以更加穩定地進行拍攝，減少抖動問題對圖像清晰度的影響［4］。

4? ? ?無人機技術在電力巡檢中的應用

新時期的電力巡檢工作，逐漸形成了人機協同的工作模式，無人機巡檢的規模正在持續擴大，已經成了電力巡檢的主體，人工巡檢則是起到輔助的作用。在電力巡檢工作中，固定翼無人機、多旋翼無人機是常用的無人機類型。將無人機技術應用于電力巡檢的過程中，為了充分利用無人機的優勢，需要科學合理地進行線路規劃，保障無人機的安全、穩定運行。同時構建其電力巡檢數據集，提高無人機電力巡檢的精準度。

4.1? ?線路規劃

將無人機技術應用于電力巡檢中，需要具體了解無人機的性能，同時需要考慮多方面的約束條件（續航時間、最大航跡約束、最小航跡約束、飛行高度、障礙物等），針對其飛行線路進行合理規劃，確保無人機能夠安全、順利地完成巡檢任務。應用無人機進行電力巡檢的過程中，主要存在以下幾類情況。第一類，沿線路廊道進行巡檢的過程中，無人機的巡線高度保持在一定范圍內，變化幅度不大。此類情況下，常用固定翼無人機進行巡檢。第二類，地形復雜、存在障礙物，針對特定的巡檢目標，規劃無人機的巡檢路徑，選擇最優路徑，此類情況下，常用多旋翼無人機。第三類，在復雜環境中，進行多處電力設備的巡檢。規劃線路時，需要考慮到安全巡檢的需求，選擇最優路徑。此類情況下，需要出動多架無人機進行巡檢，合理安排巡檢順序。

針對第一類情況，常用RTT算法進行路徑規劃。在空間中，選擇一個起始點（根節點），隨機采樣（增量方式），向外延伸、擴展的過程中，增加葉節點。重復上述過程，會形成隨機擴展樹。在隨機擴展樹中，根據隨機采樣點，尋找距離最近的樹節點，生成新節點，確認新節點與隨機采樣點距離最近的樹節點之間有無障礙物。有障礙物的情況下，需要回到隨機采樣點，尋找距離最近的樹節點，生成新節點。無障礙物的情況下，將新節點加入隨機擴展樹中。在滿足終止條件后，回溯生成路徑。該路徑中，從根節點到目標點，不會發生碰撞，說明該路線為最佳路線。在第二類情況的路線規劃中，參考無人機物理性能約束條件（最大航跡約束、飛行高度約束、最小航跡約束、攻角約束等）進行巡檢地形圖的構建。該過程中，主要通過對線路上的航跡點位置進行優化，達到規避威脅物的目的，進而得到最佳的巡檢路徑。構建飛行環境的三維環境模型，分析巡檢路徑規劃與地形之間的關系。基于三維地形圖，進行環境威脅約束模型的構建，在模型中，能夠確定無人機的不可飛行區域。在進行線路規劃的過程中，需要避開不可飛行區域。巡檢線路的合理規劃，能夠讓無人機更加安全、穩定地工作，高效完成巡檢任務，充分發揮無人機的優勢作用，全面提高電力巡檢的工作質量。

4.2? ?電力巡檢數據集構建

在無人機平臺上，進行電力巡檢數據集的構建。應用開源圖像標注軟件（Labelme），將其作為標注工具。在電力巡檢的過程中，針對輸電線路區域進行標記的過程可以采取多線段標注或多邊形標注的方式。在多線段標注的過程中，主要針對輸電線路的骨架進行標注，按照粗細的差異性，進行標簽的設置。在多邊形標注的過程中，則是針對輸電線路的邊框進行標記。其中，多線段標記的誤差相對較大，多邊形標注電力線邊框是更為理想的選擇。應用多邊形標注電力線邊框的方式，生成像素標簽、邊緣標簽。地面環境復雜、多變時，無人機電力巡檢不宜選擇定高飛行的方式。當飛行高度發生變化時，難以獲得邊界清晰的輸電線路圖像。在實際的巡檢工作中，所拍攝的高清圖像，并不能將輸電線路完全清晰地呈現，僅截取圖像清晰的部分，并不能真實反映出實際巡檢環境。為了解決這一問題，則需要構建多尺度輸電線路數據集。在無人機進行電力巡檢的過程中，拍攝100張左右的圖片，圖片中包括多種巡檢場景（森林、水庫、居民區、工廠、田地等），制作多尺度的縮放圖像，并按照400×400的尺寸歸一，共同構成數據集。在無人機電力巡檢的過程中，多尺度輸電線路數據集的應用，可以進一步提高巡檢的效率和精度。構建多場景輸電線路數據集，需要考慮到季節、天氣、視角等多方面的因素，在不同季節、不同天氣、同一日的不同時間段，對輸電線路進行拍攝，圖像中呈現出真實的巡檢場景，將圖像作為數據集。應用開源標注工具，進行標注。應用數據增強技術，對圖像進行多角度翻轉，實現對數據集的擴增［5］。

5? ? ?結束語

綜上所述，在電力巡檢工作中，信息化管理的有效開展，改變了傳統巡檢方式，極大地提升了電力巡檢的工作效率和質量。無人機具有先進的硬件結構，搭載功能強大的傳感設備，能夠高效、精準地完成電力巡檢工作，及時發現電力設備、輸電線路中的故障。應用無人機技術開展電力巡檢工作，必須科學進行線路規劃，構建電力巡檢數據集，保障無人機在巡檢工作中安全、穩定地運行，同時能夠獲得精準的檢測數據，為電力巡檢信息化管理工作的開展提供可靠的參考依據。

主要參考文獻

［1］周凱，吳凱悅，張笑迪，等. 基于機器學習圖像識別分類的無人機電力巡檢方法［J］. 電力大數據，2022，25（6）：49-55.

［2］趙淵. 圖像處理技術在無人機電力線路巡檢中的應用［J］. 無線互聯科技，2022，19（3）：94-97.

［3］馬瑞，歐陽權，吳兆香，等. 基于深度強化學習的多無人機電力巡檢任務規劃［J］. 計算機與現代化，2022（1）：98-102.

［4］張凱林. 淺析高壓輸電線路的無人機電力巡檢技術［J］. 電力設備管理，2021（8）：69-70.

［5］王保銀，莫沖. 5G網絡下無人機電力巡檢的云化智能發展探討［J］. 長江信息通信，2021，34（7）：34-37.

［收稿日期］2023-05-08

［作者簡介］劉向超（1983— ），男，重慶榮昌人，中級工程師，碩士，主要研究方向：智慧城市、數字政府、智慧園區、智慧工廠。