中国民用无人机电力巡检解决方案

　　中国民用无人机电力巡检解决方案介绍

　　一、市场规模和现状

　　利用无人机进行输配电线路巡检已经成为近几年电力行业的普遍现象。“十三五”期间，全国电网设备规模快速发展，2018年全国110(66)千伏及以上架空输电线路长度共121.4万公里，包括国家电网运营的99.2万公里和南方电网运营的22.2万公里，且每年都在以5%左右的规模持续增长。

　　输电线路分布于户外广阔地域，线路设备大多暴露在野外环境运行，气象条件复杂、现场环境多变，导线、避雷线、绝缘子、金具在长时间运行后，由于各种力的长期作用，可能发生断股、锈蚀、过热等情况。传统的人工巡视模式效率低，输电专业人员数量与设备规模持续增长的矛盾日益突出。到了2013年，国家电网和南方电网公司都积极开展了“架空输电线路直升机、无人机和人工协同巡检”相关工作，大力推广无人机巡检应用，建立无人机巡检管理和技术支撑体系，输电线路运检效益明显提升。

　　无人机在线路巡检工作的优势主要有：

　　1、环境适应性强。很多巡检环境复杂，地处交通死区、无人区等，无人机通过远程控制或者线路自主规划，弥补了维护人员不具备有利交通条件的缺陷。

　　2、作业精细化。无人机可搭载可见光成像设备、红外热成像仪、激光雷达设备，精确采集输电线路通道空间立体信息及杆塔本体各部位信息数据，并对线路运行状况进行精细化检查与分析，有效地降低了人工劳动强度，提高了作业效率。

　　3、高效性。以塔杆巡检为例，一名巡检员一天一般可巡检6-10个杆塔，而无人机一小时之内即可完成人工一天的巡检量。广东电网机巡中心利用无人机巡检的比例逐年增加，已率先实现了输配电(即输电、变电、配电)机巡线全覆盖，年作业量超13万公里，其中无人机巡检占85%，作业量全球第一，综合效率提升了2.6倍。

　　二、常见的无人机类型及产品代表

　　发展至今，无人机已经成为行业应用的基础工具，电力无人机通过搭载不同的任务设备来执行相应的任务。根据布局形式，目前常用的电力无人机主要用多旋翼、固定翼、垂直起降固定翼、无人直升机等多种机型。

　　如果说利用无人机进行巡检作业是“站在巨人的肩膀上”，那飞机平台就是这个巨人，而布局形式决定了这个巨人的高度。布局形式的不同决定了飞行平台各项模块的性能参数，从而决定了其适用于不同的应用场景。

　　三、无人机电力智能巡检解决方案

　　基于无人机的立体巡检体系包括应用无人机进行高精度数据采集、线路巡检、数据的处理与应用。

　　数据采集系统

　　2019年，国家电网提出“泛在电力物联网”的概念，涉及对信息和数据的深入整合应用，对物联网技术的全方位推广，以及电力行业内外生态的综合构建。

　　此外，南方电网在电网运营规划中加强了无人机自动驾驶技术的项目研究，并已于2018年开始采集数据，目前已完成全省6万公里输电线路高精度绝对坐标系的激光雷达点云数据采集。

　　无人机在基础数据的采集工作中具有诸多优势，具有起降灵活、低空飞行、低成本、易维护的特点，可获得高空间分辨率、高光谱分辨率及高时间分辨率的多光谱影像。

　　随着无人机技术的不断发展，机载激光雷达逐渐进入无人机行业，尤其是合成孔径雷达(SAR)技术的发展，可以使人类具有“千里眼”能力。SAR是利用合成孔径原理，实现高分辨的微波成像，具备全天时、全天候、高分辨、大幅宽等多种特点。理论上，对100km距离外的目标，SAR很容易实现厘米级的分辨率。这种卓越的成像能力，对远距离目标的高分辨率监视应用特别有吸引力。

　　广东电网机巡中心于2018年推出了激光雷达高精度免像控航测解决方案，通过在垂直起降固定翼无人机上搭载激光雷达应用于线路数据的采集，高效解决了大面积复杂地形测绘。

　　通过CW-30LiDAR获取的三维激光点云数据

　　LiDAR设备与无人机高度集成，一体化控制，设备集成了激光扫描仪、GNSS 高精度定位系统、惯性导航系统、高速数采系统、时间同步系统、全画幅相机等多部件，整机紧凑，集成度高;采用全频 RTK+IMU 融合技术与激光雷达测量技术，测量精度高;地面站软件可实时显示与控制无人机及激光雷达设备。

　　无人机电力巡检解决方案：巡检系统

　　目前无人机在电力行业的应用主要用于线路巡检。由于我国国土面积广袤、地形复杂多样、山区面积大，输电设备分布广、所处环境复杂，导致故障的原因既有雷击、鸟害、台风等自然因素，也有吊车、泵车等大型施工机械、树木碰线等外力因素，更有设备绝缘老化、金具锈蚀断裂等物资质量因素。

　　无人机智能巡检系统根据任务类型搭载不同的任务吊舱系统，包括可见光成像设备、红外热成像仪、紫外成像仪、高分辨率航空数码相机、激光雷达等。

　　数据处理与应用系统

　　利用无人机进行数据的采集、存储、处理和应用，广东电网已建立6.8万公里数字化通道，积累了23万张照片的元件库和5万张照片的缺陷库，绝缘子等9类元件和13类典型缺陷识别率达90%以上。

　　截至到2019年10月底，国网泰州输电局已完成全部杆塔的无人机精细化巡检、完成了220千伏线路杆塔自主巡检航迹标注，300多基杆塔的三维激光雷达扫描，以及1000公里输电通道的复合翼无人机巡视。累计发现缺陷1万多个，其中严重缺陷967个，危急缺陷179个。

　　随着AI智能缺陷识别技术、物联网技术的深入发展，国家电网和南方电网都对数据采集、航线规划、精度验证等方面提出了更高的要求。

　　泰州供电局通过整合创新，搭建了输电智能管控平台，围绕设备模型三维化、多源数据标准化、智能算法实用化、应用场景多样化，提供输电智能运检“一站式”解决方案。

　　南网也推出了两大核心系统，即三维航线系统+智巡通无人机控制APP，可以根据用户需求定制N种航线航路，并可提供高精度完整点云数据做飞行安全检测，让飞行的每一步都在预先掌控之中。广东电网研发的无人机自动驾驶系统通过云端服务器精确规划无人机巡视轨迹，发送至现场作业无人机，无人机搭载可见光、红外相机等传感器，实现对输电设备的高精度自动巡视，并实现实时缺陷分析。预计到2025年，电网无人机全部由手工遥控操作转变为自动驾驶。