柳玉賓，紀(jì)宇飛，梁振飛，王 勇，周宏利

（1.華電電力科學(xué)研究院有限公司北京分院，北京 100045；2.華電湖北發(fā)電有限公司新能源分公司，湖北 武漢 430062）

水電廠在人們生活中有著重要的作用，水電廠的運(yùn)行情況將影響著人們生活中使用水電的質(zhì)量水平。為了提高發(fā)電設(shè)備的巡檢質(zhì)量，不斷加強(qiáng)巡視技術(shù)的創(chuàng)新，現(xiàn)階段，無人機(jī)智能巡檢技術(shù)已在水電廠巡視工作中廣泛應(yīng)用。無人機(jī)具備低成本、高效率、高安全性等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際巡視中，無需復(fù)雜的操作步驟，操作人員很容易上手，極大程度地減少了工作人員的工作負(fù)擔(dān)。本文對(duì)水電廠中無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討，進(jìn)一步提高無人機(jī)在水電廠巡查中的應(yīng)用質(zhì)量和效率。

1 巡檢無人機(jī)對(duì)智能型水電廠建設(shè)的重要性

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，多數(shù)的水電廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，對(duì)水電廠的設(shè)備檢測(cè)主要依靠于各個(gè)單元的監(jiān)測(cè)控制進(jìn)行，逐步實(shí)現(xiàn)了全面的智能化控制，減少了相關(guān)工作人員的工作壓力。但是各個(gè)單元系統(tǒng)往往會(huì)出現(xiàn)不統(tǒng)一的情況，工作人員不能實(shí)時(shí)保持對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的巡查和監(jiān)控，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)死角的存在[1]，存在較大的質(zhì)量漏洞，嚴(yán)重影響水電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)備故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，任其發(fā)展下去，便會(huì)引發(fā)較大的安全事故。為了保證水電廠中的各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備均能得到全方位的巡視，需要利用無人機(jī)智能技術(shù)的支持。水電廠的危險(xiǎn)故障排解及較多的復(fù)雜電力結(jié)構(gòu)的巡視均需要使用無人機(jī)，從而提高巡視質(zhì)量和效率，保證巡視安全。

2 無人機(jī)在水電廠巡視中的制約因素

2.1 續(xù)航能力不足

無人機(jī)具有兩種類型，一種是純電動(dòng)無人機(jī)，另一種便是油電混合的無人機(jī)，而無人機(jī)的續(xù)航能力則是工作人員最為在意的內(nèi)容。如果在巡視過程中，沒有完成巡視目標(biāo)就由于電量耗盡而停止工作，便會(huì)降低工作效率。通常情況下，純電動(dòng)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間為0.5 h，油電混合無人機(jī)續(xù)航能力為2 h，但是混油性無人機(jī)隱患較大，可能會(huì)在運(yùn)行的過程中發(fā)生爆炸現(xiàn)象，使得智能無人機(jī)推廣存在一定限制。

2.2 飛巡空域限制條件較多

無人機(jī)在巡查的過程中需要在高空中進(jìn)行，由于現(xiàn)階段空域管制嚴(yán)格，水電廠在高空作業(yè)時(shí)，申請(qǐng)流程復(fù)雜且周期長(zhǎng)，將會(huì)延誤巡查時(shí)間。設(shè)置的空域管制機(jī)構(gòu)較多，具體的管轄位置不明確，并且相關(guān)的機(jī)構(gòu)管理人員滿足不了咨詢需求，通訊占線率高，飛巡空域限制條件多，導(dǎo)致無人機(jī)巡視施工無法順利開展。因此，需要優(yōu)化空域申請(qǐng)的管理流程，提高申請(qǐng)效率。

2.3 圖像傳輸距離短

工作人員需要對(duì)無人機(jī)在巡視過程中拍攝的圖像繼續(xù)進(jìn)一步的分析和探討，但是受到外界條件的影響，無人機(jī)信號(hào)受到干擾，便會(huì)降低圖像傳輸質(zhì)量。在多建筑或者郊區(qū)區(qū)域進(jìn)行巡視，只能保持2km左右的圖像傳輸。無人機(jī)在巡視過程中易被桿塔線或植被遮擋，嚴(yán)重限制了傳輸距離，只能保持在1 km內(nèi)，降低了巡視質(zhì)量。

2.4 信號(hào)容易被干擾

自主巡檢是對(duì)無人機(jī)的基本要求，是實(shí)現(xiàn)智能化的重要標(biāo)準(zhǔn)，無人機(jī)在執(zhí)行自主巡視程序時(shí)，需要較強(qiáng)的RTK網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的支持[2]，但是在水電廠中網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致自主巡檢不能順利地完成巡視目標(biāo)，嚴(yán)重影響對(duì)水電廠設(shè)備的檢測(cè)效果。

2.5 手動(dòng)無人機(jī)電力巡檢效果差

為了保證圖像數(shù)據(jù)滿足生產(chǎn)需求，某些水電廠使用的是手動(dòng)無人機(jī)對(duì)電力進(jìn)行巡檢。此過程中，需要保證輸電線路通道和桿塔本體巡視軌道達(dá)到要求，由專業(yè)的工作操作人員進(jìn)行控制無人機(jī)飛行，避免高電壓帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)。

2.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量不足

無人機(jī)在巡視的過程中需要對(duì)不同的地方進(jìn)行精確的拍攝，并及時(shí)保存。隨著水電建設(shè)規(guī)模的壯大，無人機(jī)的儲(chǔ)存量不足以滿足巡視要求，無法進(jìn)行后續(xù)的巡視工作，因此需要配置大容量分布式陣列存儲(chǔ)器，保證無人機(jī)正常運(yùn)行。

3 應(yīng)用優(yōu)化策略

無人機(jī)智能巡視逐漸代替了傳統(tǒng)人工巡視，不僅順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展，并且在水電廠巡視過程中占據(jù)了技術(shù)優(yōu)勢(shì)，解放勞動(dòng)力。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，其巡視效果可以滿足巡視基本要求，并且還降低了線路運(yùn)行維護(hù)成本。面對(duì)復(fù)雜且危險(xiǎn)系數(shù)較高的輸電設(shè)備，可以利用無人機(jī)對(duì)線路本體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)把控，保護(hù)了工作人員的生命安全，提高線路抗風(fēng)險(xiǎn)水平。

3.1 利用“巢-巢”巡檢新模式

為了解決無人續(xù)航能力差這一問題，可以在線路及供電密集的區(qū)域內(nèi)設(shè)置變電站部署無人機(jī)機(jī)巢，供無人機(jī)進(jìn)行補(bǔ)電。建立無人機(jī)機(jī)巢主要依靠激光導(dǎo)航、視覺識(shí)別、R TK精確定位等技術(shù)豐富其功能[3]，以達(dá)到幫助無人機(jī)提高續(xù)航能力的目的。當(dāng)無人機(jī)的續(xù)航狀態(tài)不佳時(shí)，可以在無人機(jī)機(jī)巢的條件下，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降落，并自主更換電池，以滿足無人機(jī)的用電要求，實(shí)現(xiàn)快速充放電等功能。主要以遠(yuǎn)程指令實(shí)現(xiàn)“巢-巢”，便可以持續(xù)為無人機(jī)進(jìn)行續(xù)航，保證重要負(fù)荷地區(qū)水電廠的穩(wěn)定巡視。

3.2 “5G+”通信實(shí)現(xiàn)低延遲

現(xiàn)階段，無人機(jī)的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)使用的是4G模式，在實(shí)際應(yīng)用中，信號(hào)存在200 ms左右的延遲，導(dǎo)致在巡視的過程中，往往會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲不能精準(zhǔn)懸停和精準(zhǔn)拍攝，無法保證獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，飛行時(shí)還會(huì)出現(xiàn)碰撞等事故。目前，5G通信技術(shù)已經(jīng)被廣泛推廣，具有低延遲、高效等優(yōu)勢(shì)，可以充分應(yīng)用到無人機(jī)中，極大程度地提高了無人機(jī)自主巡檢影像數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度，更加精確地控制其飛行軌道，保證巡檢過程的安全可靠，避免了信號(hào)不穩(wěn)定的問題出現(xiàn)。

3.3 超短波遠(yuǎn)程高清圖傳技術(shù)

壓縮算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的壓縮，在無人機(jī)中得到了一定應(yīng)用，并且可以提高巡檢圖像傳輸?shù)男?，但是不能保證圖像的清晰度。在外界環(huán)境的影響下，受到無線電信號(hào)的干擾，便會(huì)降低其傳輸效率和質(zhì)量，并且圖傳距離滿足不了遠(yuǎn)距離自主巡檢的需求。

3.4 全過程實(shí)時(shí)智能識(shí)別

圖像缺陷是無人機(jī)在巡視過程中常有的情況，為了避免有效信息的缺失，可以結(jié)合實(shí)際情況在機(jī)巢等部署邊緣計(jì)算處理器，無人機(jī)巡視中拍攝的圖像數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)教幚砥髦?，然后?duì)圖片數(shù)據(jù)信息進(jìn)行AI識(shí)別，將存在較大缺陷的圖片進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)流式計(jì)算，利用該技術(shù)可以精確地識(shí)別細(xì)小缺陷，相比人眼識(shí)別更加可靠和高效。

4 結(jié)語

在水電廠保證巡視質(zhì)量的前提下，無人機(jī)技術(shù)節(jié)約了大量的人力和物力，但由于其智能化水平不足，導(dǎo)致狀態(tài)監(jiān)測(cè)效果不佳，然而隨著新型技術(shù)的開發(fā)，將5G技術(shù)、超短波通信技術(shù)、AI識(shí)別等在無人機(jī)領(lǐng)域加以應(yīng)用，便會(huì)彌補(bǔ)其現(xiàn)有缺陷，延伸其應(yīng)用前景，從而提高水電廠智能化運(yùn)行維護(hù)水平。