李峰 李忠孝 呂彥霏

（內(nèi)蒙古易飛航空科技有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011517）

0 引言

在無人機技術(shù)大放異彩的今天，采用無人機巡檢成了很多行業(yè)的常態(tài)性工作。然而其管理工具和軟件平臺的更新卻沒能跟上實際工作需要。后果就是，不僅無人機巡檢的數(shù)據(jù)沒能充分利用起來，還在不必要的工作上浪費了很多時間和精力[1]。但AI智能巡檢飛行平臺系統(tǒng)，克服了以往無人機巡檢中數(shù)據(jù)信息龐大卻無法充分有效利用的缺點，著力提升作業(yè)效率和巡檢精細化程度。

1 AI智能巡檢飛行平臺研究背景

巡檢是很多行業(yè)的常態(tài)性工作，早期以人工作業(yè)為主，無人機因其幾十倍于人力的高效成了巡檢新利器。然而工作方式革新了，很多單位卻沒有對管理工具和軟件平臺進行迭代更新，還在用老一套的方式展開工作。后果就是，不僅無人機巡檢的數(shù)據(jù)沒有充分利用起來，還浪費了很多時間和精力。當巡檢任務(wù)較重時，需要處理的巡檢照片數(shù)量很大，幾千張都算少的。業(yè)內(nèi)人員為了能把巡檢照片和圖片信息對應(yīng)起來，常常不厭其煩（迫于無奈）地一張照片一張照片地重命名，一不小心出現(xiàn)編錯、編亂的現(xiàn)象，事后極難將其糾正捋順。除此以外，無人機巡檢的過程不是一氣呵成的，個別細節(jié)需要單獨多角度拍攝。飛手為了避免拍攝的照片命名混亂，就不敢多拍，有時會漏掉重要細節(jié)。以電力行業(yè)為例，無人機巡檢在電力行業(yè)的應(yīng)用，包括日常巡檢、故障巡檢、線路勘察驗收等方面。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，無論是企業(yè)用電，還是居民用電，對電網(wǎng)可靠性的要求都越來越高了。加上我國地形復(fù)雜、氣象條件多變，造成輸電線路走廊環(huán)境復(fù)雜，容易發(fā)生輸電線路故障。通過開展巡檢工作，可及時發(fā)現(xiàn)故障并消除故障，恢復(fù)輸電線路工作。無人機智能巡檢技術(shù)已經(jīng)成為電網(wǎng)運維工作的重要手段。相比人工巡檢，無人機巡檢機動靈活，幾乎可以在任意位置任意角度進行拍攝，巡檢盲區(qū)很小。然而隨著無人機智能巡檢技術(shù)在電網(wǎng)運維工作中的深入應(yīng)用，我們急需一種無人機圖像采集自動化智能缺陷分析系統(tǒng)，將之應(yīng)用在輸電線路巡檢作業(yè)中，以便更多地節(jié)省時間和人力資源，精準捕捉巡檢目標和路線，不受操作人員專業(yè)化程度限制，不受天氣和氣候影響，不受環(huán)境影響，隨時調(diào)取歷史數(shù)據(jù)進行比對，實現(xiàn)快速巡檢、快速發(fā)現(xiàn)異常狀況，實現(xiàn)無人機操作自動化、缺陷管理圖像化、數(shù)據(jù)分析精細化的目標。

2 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析

國外直升機巡檢發(fā)展歷程始于20世紀50年代初期。歐美等國家和地區(qū)較為廣泛地開展有人直升機巡檢始于20世紀90年代末。在無人機巡檢領(lǐng)域，在國內(nèi)仍處于硬件開發(fā)階段時，但發(fā)達國家對無人機巡檢技術(shù)的研究已經(jīng)涉及圖像、數(shù)據(jù)處理等方面。1995年，英國威爾士大學和英國電力行業(yè)貿(mào)易協(xié)會聯(lián)合研制了專用于輸電線路巡檢的小型旋翼無人機，驗證了其可行性。隨后，美國、西班牙、日本等國家，在無人機巡檢領(lǐng)域均有了突破性進展。雖然國外無人機企業(yè)較國內(nèi)無人機起步更早，但國內(nèi)無人機作為后起之秀，如今在該領(lǐng)域大放異彩，很值得我們關(guān)注和研究。2009年開始，國家電網(wǎng)有限公司（原國家電網(wǎng)公司）、中國南方電網(wǎng)有限責任公司、內(nèi)蒙古電力（集團）有限責任公司等相繼開展了無人機巡檢研究和應(yīng)用。此后取得了一系列突飛猛進的進展。近年來，電力行業(yè)正在大力推廣無人機巡檢業(yè)務(wù)。應(yīng)用實踐表明，無人機巡檢不僅能夠發(fā)現(xiàn)人工巡檢中所發(fā)現(xiàn)的輸電線路缺陷，也能夠發(fā)現(xiàn)人工巡檢難以發(fā)現(xiàn)的缺陷，比如金具銹蝕、螺栓螺帽缺失、雷擊閃絡(luò)故障等，且發(fā)現(xiàn)缺陷量較人工巡檢大大提升。隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，無人機行業(yè)已步入快速發(fā)展期。目前，無人機已應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、電力、氣象、通信、農(nóng)林、救援等多個專業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用場景不斷拓展。尤其是我國電網(wǎng)高速發(fā)展，無人機技術(shù)必將在推動電力行業(yè)進程中發(fā)揮重要作用。無人機巡檢是綜合各種成像技術(shù)的原理，再利用合理的算法進行圖像處理的技術(shù)。以輸電線路巡檢為例，其中就運用了紅外檢測、激光雷達巡檢、多光譜巡檢等多種技術(shù)，不同的檢測技術(shù)根據(jù)其不同的特點會應(yīng)用在不同的范圍。綜合起來，續(xù)航的穩(wěn)定性尤其重要，在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)該向著數(shù)據(jù)處理智能化、作業(yè)自主化的方向發(fā)展[2]。

綜觀國內(nèi)外無人機發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，無人機巡檢技術(shù)發(fā)展趨勢可概括為以下幾點。

（1）多功能、智能化：今后的無人機平臺應(yīng)該是多功能、通用的。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，采用模塊化技術(shù)，可以有效共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一機多用的功能。對于智能終端的設(shè)計，應(yīng)該將有效管理巡檢任務(wù)、有效監(jiān)測無人機飛行狀態(tài)、檢查無人機飛行安全等結(jié)合為一體。未來，無人機應(yīng)該可以更大限度地自主完成任務(wù)、自動識別和尋找目標，在人員監(jiān)控時更加便捷、更加智能化。

（2）精確度高、適應(yīng)性強：無人機利用智能平臺進行數(shù)據(jù)收集和分析，進而開展相關(guān)工作。智能平臺在存儲、處理和應(yīng)用數(shù)據(jù)時的精確度決定了其工作的效率。因此在智能巡檢飛行平臺的設(shè)計上，其配置和整理相關(guān)設(shè)備和數(shù)據(jù)的精準度是重點考慮的內(nèi)容，其中包括對缺陷圖片的比對技術(shù)以及處理后產(chǎn)生的巡檢報告等。

此外，無人機機身輕巧，在生活和工作領(lǐng)域有著極強的便利性。今后的無人機將會更加操控自如，無論是復(fù)雜的地形，還是惡劣的天氣，都能最大限度發(fā)揮其優(yōu)勢。

（3）航時長、安全性強：在電力、農(nóng)業(yè)、物流等領(lǐng)域，無人機已經(jīng)展現(xiàn)出了其強大的優(yōu)勢。在今后的發(fā)展中，無人機的高空長航時優(yōu)勢會使其工作效率更高，實現(xiàn)無人機作業(yè)的更多可能性。比如在災(zāi)害發(fā)生時，可迅速獲取第一手受災(zāi)線路圖像信息，為后續(xù)搶修工作提供信息支持。同時其可靠的巡檢反饋功能，可避免人工巡檢缺陷，也減輕了作業(yè)人員的勞動強度。另外，即使在惡劣環(huán)境中不幸損毀，也不會造成操作者的人員傷亡[3]。

3 易飛云巡檢平臺關(guān)鍵技術(shù)及介紹

易飛云AI智能巡檢飛行平臺，通過無人機自動巡檢系統(tǒng)，采用一鍵自動起降、自主巡航的無人機，結(jié)合后臺數(shù)據(jù)處理軟件，可快速完成線路巡檢任務(wù)并及時有效地發(fā)現(xiàn)異常狀況，且無需輸電線路無人機巡檢作業(yè)經(jīng)驗，系統(tǒng)可自主開展輸電線路巡檢作業(yè)，較無人機人工巡檢，提升了作業(yè)效率和巡檢精細化程度。

無人機首次飛行進行巡檢單元標準圖像采集，綁定巡檢設(shè)備，生成設(shè)備巡檢標準、設(shè)備巡檢航線與巡檢點；采集信息回傳易飛云巡檢平臺的巡檢項目管理系統(tǒng)，巡檢項目管理人員即可通過管理端制定巡檢任務(wù)與巡檢周期、巡檢線路；任務(wù)管理系統(tǒng)按巡檢計劃自動將任務(wù)分配給項目巡檢人員，項目巡檢人員可遠程通過APP巡檢端及時收到巡檢任務(wù)，并實時了解當前的巡檢任務(wù)情況以及新的巡檢任務(wù)；巡檢人員根據(jù)巡檢任務(wù)生成的地圖數(shù)據(jù)以及塔桿信息，快速定位巡檢目標[4]；在巡檢人員到達目的地后，只需選定當前巡檢任務(wù)的目標塔桿，通過APP開啟一鍵起飛，易飛云巡檢端自動開始檢測，對塔桿進行無人值守巡檢，自動采集每個巡檢點的圖像并通過易飛云巡檢圖像系統(tǒng)將巡檢數(shù)據(jù)回傳到巡檢管理端，管理端通過圖像比對學習系統(tǒng)，將實時的比對結(jié)果反饋給管理端，同時下發(fā)巡檢人員；巡檢人員通過反饋信息即可知道是否存在異常；當巡檢點全部檢測完畢后，無人機自動返回起始點，并更新本次巡檢任務(wù)執(zhí)行結(jié)果，等待執(zhí)行下一個巡檢目標[5]。

3.1 項目總體目標

在初步完成無人機自主巡檢作業(yè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)圖傳系統(tǒng)、圖像比對系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)研發(fā)智能圖像學習系統(tǒng)，深入研發(fā)自主飛行系統(tǒng)與圖傳系統(tǒng)以及后端路線任務(wù)規(guī)劃管理系統(tǒng)。

3.1.1 技術(shù)指標

（1）項目關(guān)鍵技術(shù)：①AI圖像識別、深度學習；②無人機遠程圖像傳輸；③巡檢管理應(yīng)用系統(tǒng)。技術(shù)路線的設(shè)計架構(gòu)如圖1所示。

圖1 易飛云AI 智能巡檢飛行平臺技術(shù)路線設(shè)計架構(gòu)

（2）機場管理：包括地圖顯示、環(huán)境監(jiān)測、機場選擇、機場信息及操作、機場配置、無人機操作及機場監(jiān)控等功能。

（3）無人機配置：通過管控平臺可直觀地看到所控制無人機在線與否以及無人機的基本參數(shù)信息等，進而進行增減無人機的操作。

（4）載荷管理：針對第三方載荷，本管控平臺應(yīng)該可以設(shè)置和添加無人機掛載的載荷，并進行管理管控。同時關(guān)于特殊載荷，還應(yīng)具備基本配置、位置配置、網(wǎng)絡(luò)配置、服務(wù)器配置、控制器配置等功能配置。

（5）用戶管理：創(chuàng)建不同類型和權(quán)限的用戶，為保證平臺數(shù)據(jù)和設(shè)備的安全操作，可以為不同用戶分配相關(guān)的權(quán)限。

（6）任務(wù)規(guī)劃管理：為無人機設(shè)置新的飛行任務(wù)，同時也可查看歷史所建飛行任務(wù)，并對已保存的任務(wù)進行編輯。

（7）執(zhí)行任務(wù)管理：指派特定的無人機對選擇的任務(wù)進行執(zhí)行，包含地圖顯示、在線無人機、待命無人機、任務(wù)執(zhí)行及飛行操作等。

（8）數(shù)據(jù)管理：對無人機、自動機場、載荷的飛行數(shù)據(jù)和后期處理作業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)果進行存儲，并建立管理庫，方便后期進行數(shù)據(jù)查閱和調(diào)用。

3.1.2 經(jīng)濟指標

項目建成后將從本質(zhì)上改變無人機工業(yè)巡檢的模式，預(yù)計產(chǎn)生收入1000萬元/年，利潤300萬元/年，稅收60萬元/年，投資利潤率100%。

3.1.3 成果指標

該系統(tǒng)無需專業(yè)的無人機飛行控制人員，且無需輸電線路無人機巡檢作業(yè)經(jīng)驗，系統(tǒng)可自主開展輸電線路巡檢作業(yè)。這極大地減輕了巡檢作業(yè)人員的勞動強度和勞動時間，極大地提高了后期數(shù)據(jù)的分析、缺陷診斷效率和質(zhì)量。

（1）無人機全自動進行電網(wǎng)巡檢作業(yè)，作業(yè)效率和巡檢精細化程度較無人機人工巡檢提升2倍。

（2）自主規(guī)劃飛行航線，巡檢任務(wù)自由設(shè)定，巡檢頻次大幅提升。

（3）無需專業(yè)輸電巡檢經(jīng)驗，無需專業(yè)無人機飛手，極大地減輕了巡檢作業(yè)人員的勞動強度和勞動時間。

（4）圖像識別技術(shù)和圖像控制算法精確識別、鎖定目標，云端自動分析、檢測缺陷并出具報告。

3.2 研究內(nèi)容

（1）行業(yè)巡檢標準管理：巡檢單元標準圖像采集可將設(shè)定的標準通過圖像學習、生成標準與缺陷項的管理存儲到云端。管理人員將標準與巡檢掛點對應(yīng)，并將不同類型的塔桿對應(yīng)到多個巡檢掛點，生成塔桿唯一標準。

（2）無人機自主飛行：接收巡檢任務(wù)，對應(yīng)要執(zhí)行的任務(wù)進行一鍵起飛操作；按設(shè)定好的巡檢點順序自主飛行，檢查點自動拍照。

（3）缺陷檢測：巡檢數(shù)據(jù)回傳到云端，通過云端圖像識別服務(wù)，自動檢測巡檢塔桿的數(shù)據(jù)，分析比對出塔桿缺陷項，同步到巡檢任務(wù)。

（4）報告生成：待所有巡檢任務(wù)全部執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)可一鍵導(dǎo)出本次巡檢項目的整體巡檢報告，包括巡檢線路數(shù)、塔桿數(shù)，其中存在缺陷數(shù)據(jù)以及缺陷點所在塔桿、位置等信息。

3.3 創(chuàng)新點及先進性

（1）離線規(guī)劃航跡：在高精度3D點云中離線標注巡檢目標，系統(tǒng)自動生成無人機航點動作和飛行航跡。自動飛行算法，無需人工操控，無需作業(yè)經(jīng)驗，在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)無人機全自動巡航、拍攝。

（2）自動起降換電：自動機場就近部署在作業(yè)現(xiàn)場，自動起飛、高精度視覺自動降落；自動進行電池更換，支持高頻作業(yè)，3分鐘即可再次起飛作業(yè)。

（3）自動AI識別、對準與拍攝：通過機器視覺識別目標，如絕緣子、桿塔頂部等；通過圖像算法控制云臺鎖定巡檢目標，并始終處于畫幅中央，自動調(diào)整焦距放大目標區(qū)域進行拍攝。

（4）自動缺陷識別：無需人工識別比對，圖像實時傳輸?shù)皆贫耍詣幼R別檢測巡檢圖像中的缺陷，支持電力巡檢中常見的9 大類50多個小類的缺陷識別，按照國網(wǎng)、南網(wǎng)標準規(guī)范導(dǎo)出巡檢報告。

易飛云智能巡檢系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)人工現(xiàn)場控制無人機自動巡檢，優(yōu)勢非常明顯：

（1）極大地減輕了自動巡檢作業(yè)人員的勞動強度和勞動時間；

（2）無需專業(yè)的無人機飛行控制人員，節(jié)省了人力資源；

（3）自動巡檢頻次可自由制定，不受人員工作時間限制；

（4）作業(yè)效率和自動巡檢精細化程度較無人機人工自動巡檢提升數(shù)倍；

（5）極大地提高了后期數(shù)據(jù)的分析、缺陷診斷效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語

由于無人機巡檢作業(yè)的特殊性和行業(yè)應(yīng)用特點，對無人機巡檢的安全性和可靠性要求較高，進而對無人機巡檢管理系統(tǒng)的要求更高。易飛云巡檢項目管理系統(tǒng)集成了無人機巡檢工作流程中的所有環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了對無人機巡檢作業(yè)的智能化處理。該項目建成后，將從本質(zhì)上改變無人機工業(yè)巡檢的模式，將極大地降低巡檢難度和人工成本以及人身安全風險，在安全風險可控的前提下，大大提高巡檢效率，節(jié)省無人機工業(yè)巡檢的人力成本和時間成本，提高巡檢的精確率，并在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足的前提下，可為社會帶來極大的效益。