大型光伏電站無人機巡檢中的路徑規劃探究

高俊山 楊小林 宋哲

北京京能清潔能源電力股份有限公司華南分公司 廣東 湛江 524000

引言

由于無人機具備資金損耗低、輕巧便攜、可以裝載多種裝置等特點，因此在我國大型光伏電站的巡檢階段，該設備得到了廣泛應用。即便如此，在實際的操作過程中，通過對數據的分析可知，只圍繞目標區域規劃檢測路線，不僅存在遺漏問題，還可能降低巡檢結果的準確性，為此，應借助先進的科學技術，利用計算機完成路線建模，規劃出合理有效的巡檢路徑。

1 應用無人機巡檢的價值

使用智能化的無人機技術，完成對光伏電站的巡檢處理，不但可以及時有效地找出生產過程中可能存在的風險問題，其中包含外部磨損、熱斑生成等，更能獲取到各類實時數據，實現對設備狀態的及時推理，進而最大限度找出引發風險的成因，并采取必要的手段予以處理[1]。近年來，隨著我國全面進入互聯網時代，衍生出各類先進的技術手段和機械設備，其中利用無人機巡檢技術，工作人員可以在最短的時間內，快速比對各類數據，打破時空桎梏。同時，使用該設備，相關人員只需借助專業的遙控裝置，便可云端操作無人機，完成對處于各類復雜環境中的大型光伏電站的巡檢，最大限度推動電站朝著智能化的方向變革。

2 無人機在光伏電站的現狀及前景

2.1 現狀

由于我國的經濟增長速度不斷加快，科技領域也迎來了全新的發展機遇。受時代變革等因素的影響，無人機受到了社會各界的關注。其中，部分輕巧簡便的商品化無人機在市面上屢見不鮮，但是在這一過程中，大多數國民普遍認為此類設備通常只能用作娛樂消遣，對其在工業領域的實用性報以漠視態度。相反，伴隨著科技的進步，無人機在各個行業都得到了全面運用，特別是在電力產業。但因為信息的不對等，大多數工作人員要求該裝置具備精密的檢測技術，同時，設備并未應用至對應區域，致使市面上各類無人機設備出現供求不對等的風險問題。與此同時，還有部分人士質疑設備的實用性。殊不知，無人機的出現本就是為社會運轉提供便利。

在以往的發展過程中，光伏電站的維修與巡檢，通常需要由人工完成。盡管其能夠利用監測裝置，了解發電狀況及外界因素變動情況，但是會受到各類隱患問題限制。此外，因為在光伏電站內包含各類大型的裝置，存在較多不確定因素，一旦出現故障，還可能威脅巡視人員的生命安全。在光伏電站的生產階段，需要落實日常的巡檢處理，往往需要消耗大量的時間與資金成本。正因如此，現階段在光伏電站的巡檢過程中，無人機主要負責設備的運行管理。因為該設備能夠在高空完成檢測作業，適用于占地面積相對較大的光伏電站中，不僅降低了資源消耗量，還增強了運維管理的時效性和穩定性。同時，關于無人機裝置的應用，還面臨一系列風險問題，其中包含指向性較弱、操作計劃不合理、信息歸納水平相對較低。僅僅完成隱患的獲取，并未全面找出光伏電站的風險對比。

2.2 前景

圍繞光伏電站的發展前景及技術分析可知，應用無人機落實巡檢工作時，可以結合設備的主體特征，將其深度運用到光伏發電產業，研究其發電流程，以此提升光伏電站的生產效率，推動該行業的穩定運轉[2]。數據顯示，近年來，我國的大型光伏電站的發電質量相對較高，增幅高達七成作用，穩居世界前列。綜合該行業的發展前景可知，此類電站的運轉穩中向好，能夠滿足國家的用電需求。結合光伏電站的運營狀態，無人機的作用還可以體現在以下幾方面。正常狀態下，該設備的使用年限通常為30年左右，例如在一個年均發電量為40mw的光伏電站內，無人機能夠滿足電站的運維需求。

3 大型光伏電站無人機路徑規劃

在人類日常的生產與生活中，受各類因素影響，近年來，伴隨著溫室氣體的排放，氣候面臨不斷變暖的風險。為避免隱患加劇，在機關政府的推動下，以太陽能、風能等可循環再生能源為動力源頭的發電站得到了全面應用。但是在大型光伏電站的生產階段，為確保設備始終處于穩定狀態，工作人員應在特定的時間段內對其進行修復與檢測。以往，關于光伏電站的日常運維都是依靠人工完成，但是此類方法只適用于規模較小的發電站。對于各類大型的光伏電站，選用人力檢測，不但時效性較差，還容易對工作人員的人身安全造成威脅。為妥善解決相關問題，無人機檢測技術得到了研發與應用[3]。無人機的操作方便，能夠在較長的時間內完成電站的全面巡檢，獲取數據的時效性可以得到保障。截至目前，無人機技術被廣泛應用在溫室氣體、自然環境等方面的檢測過程中。另外，結合獲取到的各類數據可知，在光伏電站的檢測階段使用無人機的價值更加明顯。對比于傳統的人工檢測，使用無人機時，巡檢的精密度和靈敏程度都相對較高，但也存在較多不確定因素，實踐中仍需要持續探索適合的改進策略。

3.1 單一式無人機巡檢路徑

關于大型光伏電站無人機巡檢路徑的規劃，工作人員應優先完成對待檢區域的分化處理后，在所在分區內落實飛行線路的合理規劃。通過觀察可知，切割出的分區數量相對較多。假如利用合理的手段，將其串聯成一個有機整體，可以組成一個密閉的四邊形矩陣。結局全區域覆蓋技術，實現對整個電站的全面檢測，時效性和準確性都相對較高。

應用疊加手段規劃巡檢路線時，應重點圍繞以下幾方面綜合考量，其中包含起始位置、終點區域、區域間隔和路徑類型。正常狀態下，工作人員通常需要在較為封閉的環境中，劃分出相對完善的線路。此外，起始和初始點位的所在位置決定了線路的方向和設備的運轉軌跡。其中，較為常見的兩類路徑分別為“s”形和“回”字形。

在大型光伏電站的巡檢階段，使用無人機時，關于覆蓋技術的應用。工作人員不僅要為設備擬定起始點位、線路密度、行駛軌跡，還需要在沿途增設對應的觀測區，具體的操作步驟如下所示。先重疊放置多種相紙，假如覆蓋率較低，圖像的生成往往會受到一定影響。為此，工作人員應適度增加相紙的數量。當重復度滿足要求后，將倍率與攝影裝置的清晰度融合至一處，測算出相鄰拍攝點位中無人機的行駛狀態和時長，通常以s型為主確定巡檢路徑。在這一過程中，工作人員通常將檢測區的左下方視作巡檢的起始位置。一般情況下，關于起始點位的確定常常圍繞四邊形的長邊決定。但是在存在一定差異的檢測技術內，關于起點的選擇方法也不同。完成上述操作后，根據無人機的行駛時長和拍攝時間落實路徑模擬。在實際的巡檢過程中，應盡可能保持無人機的長期飛行和高頻攝像，便于規劃出較為完備的形式路線圖像。需要注意的是，在特定的狀態下，部分拍攝點位往往處于邊緣位置。當拍攝裝置處于視野較為開闊的地帶，可以對某些邊界區域報以漠視態度。即便如此，為實現二者的有效區分，工作人員需要將下列內容視作切入點。第一，在攝影設備允許的范圍內，為無人機設置一個定值，隨后根據對應的數據調整設備的起始點位，進而獲取最佳的巡檢線路。第二，此類方法操作的難易程度相對較低，僅憑借少數點位和數據便可完成相應的巡檢處理。但是還存在一定的隱患，例如獲取的圖像并未得到有效運用。

想要最大限度縮減對巡檢結果的干擾，工作人員應利用科學的技術，合理規劃檢測路徑。在不應用重疊技術的先決條件下，各個點位可以落實同步拍照。應用此類技術，不僅可以確保獲取的圖像完整有效，還能有效避免出現圖幅殘缺的風險，降低有關人員的工作負擔，增強巡檢工作的完整性和整體質量。

3.2 三機系統路徑規劃

在覆蓋面積相對較小的巡檢范圍中，無人機可以單次實現全區的有效檢測。相反，在空間較大的區域內，由于設備的電量相對有限，往往需要多次飛行方可完成全域巡檢。過去相當長的一段時間內，工作人員應在特定的點位中為無人機換新電源。盡管操作相對簡便，但是多數情況下無人機會在同一區域往復行進，不僅消耗大量的時間成本，還會干擾巡檢的準確性。假如在不同的點位換新電池，為縮減不必要的影響，工作人員則需要適當增強檢測頻率。對比傳統的路徑規劃方法，在大型光伏電站內部，由于檢測區域的占地面積相對較大，境內不存在車輛通過的情況，裝卸車往往圍繞電站的四周形式。

3.2.1 分散點位處理。對于相對四散的檢測點位，工作人員可以將拍攝點視作參照點，將平行分布的各個點劃分為一條直線。在車輛的行駛線路中，應用直線測算技術規劃出的線路比預檢路線的覆蓋范圍小，但是巡檢的精準度較高。關于巡檢路徑建模，通常能夠將各類物體視作直線中的一處細小點位。在實際的應用過程中，工作人員應借助該方法完成單個點位的巡檢[4]。

3.2.2 機車協同操作。在大型光伏電站中，工作人員應用無人機巡檢時，關于檢測路徑的規劃，通常有兩種形式。當無人機起飛后，落實兩處區域的操作后，降落至初始區域，此時車輛始終處于靜止狀態。待無人機返回后，使用對應的轉運設備將其移動至下一區域。完成上述操作后，相關裝置再次起飛，并在下一處區域降落。需要注意的是，在無人機工作的過程中，其會同時朝下一處降落點飛行。但是由于車輛的行進頻率相對較快，往往比無人機率先到達指定區域。關于巡檢質量，無人機右翼的成像效果略高于左側。為保證無人機始終處于穩定狀態，可以將左側的圖像視作參考依據。現階段，市場上大多數無人機設備早已擁有自主往返的功能，當其處于特殊的狀態時，無人機會在第一時間返回到指定位置。此時借助外力輔助，能夠最大限度避免風險問題出現的概率。

除此之外，因為相鄰兩組光伏裝置的形態較為類似，間距較小。應用無人機巡檢時，應盡量高頻測的完成待檢區域的圖像采集，便于快速搜尋隱患的具體位置。

4 結束語

綜上所述，伴隨著科技和經濟的高速發展，無人機被越來越多光伏電站所使用。借助相關設備，工作人員能夠在第一時間完成故障查驗。對比于傳統的檢測技術，此類方法的時效性和穩定度更高。關于無人機巡檢路徑的規劃，應利用網絡程序，完成數據與路線的建模后，利用遠程操作手段，搜尋風險隱患的同時，推動光伏電站的穩定運營。