中國民用無人機(jī)電力智能檢測解決方案
一、市場規(guī)模和現(xiàn)狀
近年來，使用無人機(jī)檢查輸配電線路已成為電力行業(yè)的普遍現(xiàn)象。在“十三五”期間，國家電網(wǎng)設(shè)備規(guī)模發(fā)展迅速。 2018年，全國110條（66）kV及以上架空輸電線路的總長度）為121.40,000公里，其中包括由國家電網(wǎng)運(yùn)營的99.2 10,000公里和22.20,000公里由南方電網(wǎng)運(yùn)營，并且每年繼續(xù)以5％的速度增長。
傳輸線分布在室外的廣闊區(qū)域，大多數(shù)線路設(shè)備在野外環(huán)境中暴露于作業(yè)。氣象條件復(fù)雜，現(xiàn)場環(huán)境多變。電線，防雷電線，絕緣子和配件的長期使用后，由于各種作用力的長期作用，可能會發(fā)生絞線斷裂，腐蝕，過熱等情況。傳統(tǒng)的人工檢查方式效率低下，輸電專業(yè)人才數(shù)量與設(shè)備規(guī)模的持續(xù)增長之間的矛盾日益突出。到2013年，國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司積極開展“架空輸電線路直升機(jī)，無人機(jī)，人工檢查”相關(guān)工作，大力推廣無人機(jī)檢查應(yīng)用，建立無人機(jī)檢查管理和技術(shù)支持體系，提高效率。傳輸線檢查的質(zhì)量得到了顯著改善。
無人機(jī)在巡檢工作中的主要優(yōu)勢是：
1、強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性。許多檢查環(huán)境很復(fù)雜，位于死區(qū)，無人區(qū)等地方。無人機(jī)可以通過遠(yuǎn)程控制或自主路線規(guī)劃來彌補(bǔ)維護(hù)人員缺乏良好的交通條件。
2、精細(xì)的操作。該無人機(jī)可以配備可見光成像設(shè)備，紅外熱成像儀和激光雷達(dá)設(shè)備，以準(zhǔn)確收集傳輸線通道空間的三維信息和塔架各部分的信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行詳細(xì)檢查和分析生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況，有效地減少了體力勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。
3、高效率。以塔桿檢查為例。檢查員通常一天可以檢查6到10根電線桿和塔樓，而無人機(jī)則可以在一小時內(nèi)完成一天的手動檢查。廣東電網(wǎng)使用無人機(jī)進(jìn)行檢查的機(jī)器檢查中心所占比例逐年增加。它已率先實(shí)現(xiàn)了對輸配電（即輸電，變電站和配電）機(jī)器檢查線的全面覆蓋。年運(yùn)行量超過13萬公里。機(jī)器檢查占全球操作次數(shù)的85％，整體效率提高了6倍2.。
二、常見的無人機(jī)類型和產(chǎn)品代表
到目前為止，無人機(jī)已經(jīng)成為工業(yè)應(yīng)用的基本工具。電動無人機(jī)攜帶不同的任務(wù)設(shè)備來執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。根據(jù)布局形式，常用的電動無人機(jī)主要使用多旋翼，固定翼，垂直起降固定翼，無人直升機(jī)等型號。
如果將無人機(jī)用于檢查操作是“站在巨人的肩膀上”，那么飛機(jī)平臺就是巨人，而布局決定了巨人的高度。不同的布局形式?jīng)Q定了飛行平臺每個模塊的性能參數(shù)，從而決定了其在不同應(yīng)用場景下的適用性。
三、無人機(jī)動力智能檢查解決方案
基于無人機(jī)的三維檢查系統(tǒng)包括無人機(jī)在高精度數(shù)據(jù)采集，線路檢查，數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用中的應(yīng)用。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
2019年，國家電網(wǎng)提出了“普適電力物聯(lián)網(wǎng)”的概念，涉及信息和數(shù)據(jù)的深度集成與應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面推廣，綜合建設(shè)。電力行業(yè)的內(nèi)部和外部生態(tài)學(xué)。
此外，南方電網(wǎng)在電網(wǎng)運(yùn)行計(jì)劃中加強(qiáng)了無人機(jī)自動駕駛技術(shù)的項(xiàng)目研究，并于2018年開始收集數(shù)據(jù)。目前智能檢具，已完成了高精度絕對坐標(biāo)的激光全省6萬公里輸電線路。雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)收集。
無人飛行器在收集基本數(shù)據(jù)方面具有許多優(yōu)勢。它們具有靈活的起降，低空飛行智能檢具，低成本和易于維護(hù)的特點(diǎn)。他們可以獲得高空間分辨率，高光譜分辨率和高時間分辨率。多光譜成像。
隨著無人飛行器技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)載激光雷達(dá)已逐漸進(jìn)入無人飛行器產(chǎn)業(yè)，特別是合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)可使人類具有“透視”的能力。 SAR利用合成孔徑原理實(shí)現(xiàn)高分辨率的微波成像，具有全天候，全天候，高分辨率和寬范圍等特點(diǎn)。從理論上講，SAR可以輕松實(shí)現(xiàn)100公里距離目標(biāo)的厘米級分辨率。這種出色的成像功能對于長距離目標(biāo)的高分辨率監(jiān)視應(yīng)用特別有吸引力。
廣東電網(wǎng)機(jī)械巡邏中心于2018年推出了激光雷達(dá)高精度無像控制航測解決方案。通過將激光雷達(dá)安裝在垂直起飛和降落的固定翼無人機(jī)上進(jìn)行線數(shù)據(jù)收集，它可以有效地解決大范圍的復(fù)雜性地形圖。
CW-30LiDAR獲得的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)
LiDAR設(shè)備與無人機(jī)和集成控制高度集成。該設(shè)備集成了多個組件，例如激光掃描儀，GNSS高精度定位系統(tǒng)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，時間同步系統(tǒng)和全畫幅相機(jī)。機(jī)器緊湊且高度集成；采用全頻RTK + IMU融合技術(shù)和激光雷達(dá)測量技術(shù)，測量精度高。地面站軟件可以實(shí)時顯示和控制無人機(jī)和激光雷達(dá)設(shè)備。
檢查系統(tǒng)
當(dāng)前，無人機(jī)在電力工業(yè)中的應(yīng)用主要用于線路檢查。由于我國地域遼闊，地形復(fù)雜多樣，山區(qū)多，輸電設(shè)備分布廣泛，環(huán)境復(fù)雜，因此，故障的原因包括雷擊，鳥類破壞，臺風(fēng)等自然因素，以及大型建筑。起重機(jī)和泵車之類的機(jī)械。樹木撞擊電線等外力因素，設(shè)備絕緣老化，硬件腐蝕和斷裂等材料質(zhì)量因素。
UAV智能檢查系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)類型配備了不同的任務(wù)吊艙系統(tǒng)，包括可見光成像設(shè)備，紅外熱成像儀，紫外成像儀，高分辨率航拍數(shù)碼相機(jī)，激光雷達(dá)等。
數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用系統(tǒng)
利用電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，存儲，處理和應(yīng)用，廣東電網(wǎng)建立了6.8萬公里的數(shù)字通道，累積了23萬張組件庫照片和50,000張缺陷庫照片，絕緣子照片9種類型的識別率零件和13種典型缺陷超過90％。
截至2019年10月，國家電網(wǎng)臺州輸電局已完成對所有鐵塔的無人機(jī)精細(xì)檢查，完成了220 kV線路鐵塔的自主檢查航跡標(biāo)記和300多個三維激光雷達(dá)基地塔用復(fù)合翼無人機(jī)在1000公里以上的輸電通道上進(jìn)行掃描和巡邏。已發(fā)現(xiàn)10,000多個缺陷，其中包括967個嚴(yán)重缺陷和179個嚴(yán)重缺陷。
隨著AI智能缺陷識別技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入發(fā)展，國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)都對數(shù)據(jù)采集，路線規(guī)劃和準(zhǔn)確性驗(yàn)證提出了更高的要求。
臺州國家電網(wǎng)供電局通過整合創(chuàng)新，構(gòu)建了智能化輸電管理控制平臺，重點(diǎn)關(guān)注三維設(shè)備模型，多源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，智能算法實(shí)用性和多樣化的應(yīng)用場景，提供了智能傳輸檢查解決方案的“一站式”。
南航還啟動了兩大核心系統(tǒng)，即3D航路系統(tǒng)+ Smart Patrol UAV控制APP，可根據(jù)用戶需求定制N種航路，并提供高精度，完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行飛行安全檢查，讓飛行的每一步都得到預(yù)先控制。廣東電網(wǎng)開發(fā)的無人機(jī)自動駕駛系統(tǒng)通過云服務(wù)器準(zhǔn)確規(guī)劃了無人機(jī)的巡邏軌跡，并將其發(fā)送到野戰(zhàn)無人機(jī)。無人機(jī)配備可見光和紅外攝像機(jī)等傳感器，可實(shí)現(xiàn)對輸電設(shè)備的高精度自動檢查。并實(shí)現(xiàn)實(shí)時缺陷分析。預(yù)計(jì)到2025年，廣東電網(wǎng)的所有無人機(jī)將從人工遙控操作轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣玉{駛。
