摘" 要：無(wú)人機(jī)（UAV）技術(shù)的快速發(fā)展和市場(chǎng)擴(kuò)大，已推動(dòng)其在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用從傳統(tǒng)的巡檢擴(kuò)展至測(cè)繪、檢修等多個(gè)方面，促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。該文采用CiteSpace知識(shí)圖譜和文獻(xiàn)綜述法，深入分析2014—2024年發(fā)表的470篇以“無(wú)人機(jī)”和“電網(wǎng)”為關(guān)鍵詞的中文文獻(xiàn)，明確無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)領(lǐng)域的三大主要應(yīng)用場(chǎng)景及其關(guān)鍵技術(shù)。研究不僅在理論上拓寬對(duì)無(wú)人機(jī)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，跳出以往局限于巡檢的綜述范疇，而且在實(shí)踐上為電網(wǎng)領(lǐng)域無(wú)人機(jī)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；電網(wǎng)領(lǐng)域；電力巡檢；關(guān)鍵技術(shù)；知識(shí)圖譜

中圖分類號(hào)：TM75" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）09-0094-06

Abstract： The rapid development and market expansion of unmanned aerial vehicle（UAV） technology have promoted its application in the power grid field to expand from traditional inspection to surveying， mapping， maintenance and other aspects， promoting the innovation of key technologies. This paper uses the CiteSpace knowledge map and literature review method to conduct an in-depth analysis of 470 Chinese documents from 2014 to 2024 with the keywords of \"UAV\" and \"power grid\"， and clarifies the three main application scenarios and key technologies of unmanned air vehicles in the power grid field. The research not only theoretically broadens the understanding of UAV applications and breaks out of the previous review scope limited to inspections， but also provides guidance for the future development of UAV technology in the power grid field in practice.

Keywords： Unmanned Air Vehicle （UAV）; power grid field; power inspection; key technology; knowledge map

隨著科技的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，其應(yīng)用場(chǎng)景已從傳統(tǒng)的巡檢領(lǐng)域[1]擴(kuò)展至測(cè)繪[2]、檢修、應(yīng)急響應(yīng)及災(zāi)害救援[3]等多個(gè)方面。無(wú)人機(jī)技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用得益于其機(jī)型的多樣性[4]和機(jī)載設(shè)備的先進(jìn)性：無(wú)人直升機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)和固定翼無(wú)人機(jī)，根據(jù)其性能特點(diǎn)，分別在電網(wǎng)運(yùn)維的不同方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[5]。盡管無(wú)人機(jī)技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)維領(lǐng)域取得了顯著成就，有效提升了電網(wǎng)的安全性與可靠性，現(xiàn)有文獻(xiàn)綜述卻多聚焦于輸電線路巡檢技術(shù)的發(fā)展[6]，對(duì)于無(wú)人機(jī)在其他電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的深入探討則顯得不足。鑒于此，本文旨在綜合評(píng)述無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)領(lǐng)域的多樣化應(yīng)用場(chǎng)景，并深入討論各個(gè)場(chǎng)景中的關(guān)鍵技術(shù)。

為了全面了解無(wú)人機(jī)技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，本文采用了Citespace知識(shí)圖譜軟件進(jìn)行可視化分析，以期對(duì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行宏觀把握。通過(guò)文獻(xiàn)研究法，本文對(duì)2014年至2024年間的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索、整理和分析。本文首先在中國(guó)知網(wǎng)進(jìn)行高級(jí)檢索，以“無(wú)人機(jī)”和“電網(wǎng)”為關(guān)鍵詞，共篩選出470篇文獻(xiàn)，并利用CiteSpace進(jìn)行節(jié)點(diǎn)類型和文獻(xiàn)精簡(jiǎn)方法的設(shè)置，生成了關(guān)鍵詞聚類圖、關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖、機(jī)構(gòu)共線圖和年份發(fā)表量圖，以期揭示無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)領(lǐng)域的主要應(yīng)用場(chǎng)景。隨后，本文進(jìn)一步通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)和Web of Science 2個(gè)文獻(xiàn)平臺(tái)，對(duì)“無(wú)人機(jī)”與“電力巡檢”“輸電線路勘測(cè)”“電路檢修”等關(guān)鍵詞組合進(jìn)行深入研究，以探索無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程及其關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

1" 文獻(xiàn)發(fā)表情況分析

圖1清晰地描繪了2014—2023年無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)發(fā)表量及其增長(zhǎng)軌跡。這10年的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)增長(zhǎng)揭示了該研究領(lǐng)域的持續(xù)升溫。分析可劃分為3個(gè)主要階段：2014—2017年的初期發(fā)展期，年均發(fā)表量約20篇，標(biāo)志著領(lǐng)域的興起；2017—2020年的快速增長(zhǎng)期，年發(fā)表量激增并在2020年達(dá)到65篇的峰值，突顯了學(xué)者們對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)用中的研究熱情；2020—2023年的穩(wěn)定發(fā)展期，年均發(fā)表量保持在60篇左右，顯示研究已步入成熟階段。

深入分析基于中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索結(jié)果，表1 展示了發(fā)文量排名前10的機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)類型顯示高校和電網(wǎng)公司在該領(lǐng)域的研究貢獻(xiàn)旗鼓相當(dāng)，各有5家機(jī)構(gòu)位列榜單。華北電力大學(xué)（北京）以6篇文獻(xiàn)發(fā)表量領(lǐng)先，緊隨其后的是華北電力大學(xué)和華南理工大學(xué)，均有5篇文獻(xiàn)發(fā)表。高校累計(jì)發(fā)表22篇，電網(wǎng)公司發(fā)表18篇，反映了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界在該領(lǐng)域的平衡參與。特別地，所有電網(wǎng)公司的研究機(jī)構(gòu)均位于南方地區(qū)，這可能關(guān)聯(lián)到該地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)的快速進(jìn)展和對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的重視。

2" 無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1" 應(yīng)用場(chǎng)景概述

圖2通過(guò)CiteSpace生成的關(guān)鍵詞聚類圖揭示了無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)領(lǐng)域研究的細(xì)分子領(lǐng)域及其關(guān)注度。圖中關(guān)鍵詞前的數(shù)字越小，表明該研究子領(lǐng)域的關(guān)注度越高。在圖2中，#2電力巡檢、#4輸電線路勘測(cè)、#6電路檢修3個(gè)關(guān)鍵詞分別代表了無(wú)人機(jī)技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域的3種主要應(yīng)用場(chǎng)景。其中，電力巡檢作為關(guān)注度最高的研究子領(lǐng)域，反映了其在電網(wǎng)安全運(yùn)營(yíng)中的核心作用。輸電線路勘測(cè)的關(guān)注度緊隨其后，顯示出電網(wǎng)建設(shè)與維護(hù)對(duì)精確勘測(cè)技術(shù)的迫切需求。電路檢修的關(guān)注度相對(duì)較低，可能與其技術(shù)實(shí)施的復(fù)雜性或研究資源的分配不均有關(guān)。

2.2" 電力巡檢

電力巡檢，又稱“電網(wǎng)巡檢”“電力巡線”，根據(jù)圖2關(guān)鍵詞聚類圖及分析可以得出，電力巡檢相比其他2種應(yīng)用場(chǎng)景（輸電線路勘測(cè)、電路檢修）而言，研究關(guān)注度更高。自21世紀(jì)10年代起，無(wú)人機(jī)電力巡檢作為處理電力線路日常維護(hù)和應(yīng)急處置的高效手段，已逐步取代傳統(tǒng)的巡檢方式而被廣泛應(yīng)用[7]。無(wú)人機(jī)電網(wǎng)巡檢相比傳統(tǒng)人工巡檢，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、激動(dòng)靈活和安全高效等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)研究顯示（圖3），2014—2018年間，無(wú)人機(jī)電力巡檢技術(shù)框架初步形成，涵蓋圖像采集和預(yù)處理[8]、飛行姿態(tài)控制[9]、多傳感器高精度時(shí)間同步[10]、地面數(shù)據(jù)處理[9]、無(wú)人機(jī)自主定位[11]、巡檢路徑規(guī)劃[12]、安全距離診斷與自主避障系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)[13]。2019年后，研究進(jìn)入快速發(fā)展期，文獻(xiàn)數(shù)量激增，尤其在2021年達(dá)到高峰。研究深入細(xì)化。例如，針對(duì)無(wú)人機(jī)電力巡檢在復(fù)雜地區(qū)或無(wú)公網(wǎng)地區(qū)無(wú)法高精度定位服務(wù)的問(wèn)題，白天陽(yáng)等[14]提出基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精密單點(diǎn)定位-實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（PPP-RTK）技術(shù)；針對(duì)人工路徑規(guī)劃效果差、巡航效率低的問(wèn)題，常安等[1]提出無(wú)人機(jī)電力巡檢航線智能規(guī)劃及自主巡檢研究方法；各類深度學(xué)習(xí)算法、博弈論廣泛應(yīng)用于無(wú)人機(jī)電力巡檢卸載策略[10，15]；值得注意的是，近年來(lái)隨著人工智能大模型的爆發(fā)，其與無(wú)人機(jī)電力巡檢結(jié)合的相關(guān)研究也逐漸興起，結(jié)合路徑為人工智能大模型作用于圖像采集和預(yù)處理，從技術(shù)層面助力無(wú)人機(jī)電網(wǎng)巡檢[16]。

2.3" 輸電線路勘測(cè)

輸電線路勘測(cè)是電力設(shè)備架設(shè)前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涵蓋地形、水文、氣象等環(huán)境因素的詳細(xì)調(diào)查[17]。無(wú)人機(jī)技術(shù)在此領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，特別是在地形勘測(cè)方面，相較于傳統(tǒng)人工測(cè)量，無(wú)人機(jī)勘測(cè)以高效率和精確度著稱。這一技術(shù)進(jìn)步同時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)和測(cè)繪科學(xué)技術(shù)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。中南電力設(shè)計(jì)院自2009年3月起，便開始利用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行大比例尺地圖制作實(shí)驗(yàn)。2010年，該院進(jìn)一步開展了“無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量在電力工程中的應(yīng)用研究”項(xiàng)目，深入研究了無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的工作流程和測(cè)量精度[18]。這些研究不僅推動(dòng)了無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力工程勘測(cè)中的應(yīng)用，也為提升勘測(cè)質(zhì)量和效率奠定了基礎(chǔ)。

2.4nbsp; 電路檢修

電路檢修是指在電路出現(xiàn)故障或?yàn)轭A(yù)防故障出現(xiàn)時(shí)，而進(jìn)行的檢查和維修工作。目前無(wú)人機(jī)主要在2種電網(wǎng)場(chǎng)景中發(fā)揮檢修作用，分別是輸電線路除冰和接觸網(wǎng)停電檢修。在輸電線路除冰方面，通用辦法是無(wú)人機(jī)搭載激光設(shè)備或噴火設(shè)備，激光器發(fā)射的激光通過(guò)穿透冰塊來(lái)除冰，噴火設(shè)備則通過(guò)加熱冰塊來(lái)除冰，這2種除冰裝置都是由無(wú)人機(jī)、任務(wù)設(shè)備、地面控制模塊和綜合保障模塊組成[19]。值得關(guān)注的是，大多數(shù)除冰作業(yè)發(fā)生在低溫嚴(yán)寒地區(qū)，而無(wú)人機(jī)在低溫嚴(yán)寒條件下的續(xù)航能力會(huì)受到影響，因此，關(guān)于除冰的相關(guān)技術(shù)研究應(yīng)同時(shí)注意無(wú)人機(jī)電池續(xù)航問(wèn)題[20]。在接觸網(wǎng)停電檢修方面，無(wú)人機(jī)可代替人工完成掛接地線操作，提升作業(yè)質(zhì)量，節(jié)省作業(yè)時(shí)間；然而，無(wú)論是接觸網(wǎng)停電檢修還是其他項(xiàng)目停電檢修，暫停供電會(huì)對(duì)生產(chǎn)生活造成不良影響，所以未來(lái)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)不停電檢修技術(shù)的研究[21]。

3" 無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1" 關(guān)鍵技術(shù)概述

圖4通過(guò)CiteSpace軟件分析呈現(xiàn)了2014—2024年電網(wǎng)領(lǐng)域無(wú)人機(jī)應(yīng)用研究的關(guān)鍵詞突現(xiàn)，反映了關(guān)鍵詞的引用頻次變化。2014—2020年間，研究集中于“電力巡線”“遠(yuǎn)程監(jiān)控”和“地形測(cè)繪”，顯示出對(duì)無(wú)人機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景的探索。這一時(shí)期，圖像技術(shù)如“圖像處理”“圖像分類”雖受關(guān)注，但其他技術(shù)研究尚不突出。自2021年起，“圖像分析”“圖像識(shí)別”持續(xù)成為研究焦點(diǎn)，同時(shí)“路徑規(guī)劃”“深度學(xué)習(xí)”的引用頻次增加，凸顯這些技術(shù)問(wèn)題的研究重要性。結(jié)合第三部分的應(yīng)用場(chǎng)景描述，傳感器、激光雷達(dá)、電池續(xù)航等技術(shù)也是電網(wǎng)領(lǐng)域無(wú)人機(jī)應(yīng)用的研究重點(diǎn)。綜合分析，圖像采集與處理、路徑規(guī)劃與避障、電池續(xù)航技術(shù)是無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)領(lǐng)域深入應(yīng)用的三大核心研究領(lǐng)域。

3.2" 圖像采集與處理技術(shù)

無(wú)人機(jī)技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用已成為提升運(yùn)維效率和保障電網(wǎng)安全的重要工具。通過(guò)搭載高清攝像頭和紅外熱像儀等設(shè)備，無(wú)人機(jī)能夠高效采集輸電線路和變電站等關(guān)鍵設(shè)施的高分辨率圖像，有效解決了傳統(tǒng)人工巡檢的局限，并提高了巡檢的安全性與效率。圖像處理技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)及大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步優(yōu)化了圖像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)設(shè)施的智能分析與預(yù)警。針對(duì)無(wú)人機(jī)圖像采集在惡劣天氣下的影響，李海龍等[22]提出了一種基于無(wú)人機(jī)的圖像采集方法，通過(guò)調(diào)整航拍參數(shù)以獲得最佳效果。王坤等[23]則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列加密模塊和嵌入式安全芯片，實(shí)現(xiàn)了航拍圖像的實(shí)時(shí)在線加解密，有效預(yù)防了數(shù)據(jù)丟失和無(wú)人機(jī)被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。深度學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，使得無(wú)人機(jī)定期巡檢收集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性有顯著提升。集成信息平臺(tái)的建立，整合了無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)，促進(jìn)了信息流通和決策優(yōu)化。劉傳洋等[16]的研究綜述了近10年無(wú)人機(jī)航拍圖像中電力線檢測(cè)方法的進(jìn)展，特別強(qiáng)調(diào)了基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)義分割方法在智能識(shí)別與分析電力線目標(biāo)中的關(guān)鍵作用，并指出了當(dāng)前研究的挑戰(zhàn)與未來(lái)方向。這些研究不僅提高了電網(wǎng)運(yùn)維的智能化水平，也為電網(wǎng)安全管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

3.3" 路徑規(guī)劃與避障技術(shù)

在電網(wǎng)巡檢領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用正不斷優(yōu)化路徑規(guī)劃與避障策略。王峰等[17]針對(duì)輸電線路無(wú)（弱）信號(hào)區(qū)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，提出了一種結(jié)合5G和北斗衛(wèi)星通信的智能車載移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)雙通信方式實(shí)現(xiàn)1+1容災(zāi)備份，顯著提升了無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)車的通信可靠性與安全性。袁林峰[24]則專注于避障技術(shù)，提出了一種基于正交激光雷達(dá)的自主避障系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效檢測(cè)垂直和水平方向的障礙物，并提出了適用于電力巡檢的垂直避障策略。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該避障策略和控制算法的有效性，證明了無(wú)人機(jī)在電力巡檢中的自主避障能力。楊磊等[25]進(jìn)一步研究了多旋翼無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢中的傳感器融合與障礙物信息處理。他們通過(guò)搭載毫米波雷達(dá)、雙目視覺(jué)傳感器和差分GPS，采用多傳感器融合方法進(jìn)行障礙物檢測(cè)，并利用虛擬力場(chǎng)法進(jìn)行航跡重規(guī)劃。實(shí)際飛行測(cè)試結(jié)果表明，該方法在桿塔避障方面表現(xiàn)出色。這些研究成果不僅提高了無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)巡檢中的作業(yè)效率，也增強(qiáng)了其在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和安全性，為電網(wǎng)的智能化運(yùn)維提供了有力的技術(shù)支持。

3.4" 電池續(xù)航技術(shù)

無(wú)人機(jī)續(xù)航能力的提升對(duì)于執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間和遠(yuǎn)距離任務(wù)至關(guān)重要。隨著電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是鋰聚合物電池和氫燃料電池的應(yīng)用，無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間已顯著延長(zhǎng)。唐霜華[26]構(gòu)建了以氫燃料電池為動(dòng)力源的多旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，分析了續(xù)航的關(guān)鍵因素，并通過(guò)實(shí)際案例驗(yàn)證了模型的有效性。熊典等[27]針對(duì)輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢中續(xù)航時(shí)間難以精確控制的問(wèn)題，提出了一種考慮溫度補(bǔ)償系數(shù)和加權(quán)系數(shù)的鋰電池荷電狀態(tài)計(jì)算方法，并結(jié)合無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)，提供了剩余續(xù)航時(shí)間的預(yù)測(cè)方法和計(jì)算模型，有效提高了巡檢的安全性和效率。鄭玉浩等[28]針對(duì)地面輸電夜間探照燈存在的問(wèn)題，提出了一種利用高空虛擬電池技術(shù)、交直流變流原理和高亮COB照明技術(shù)的長(zhǎng)續(xù)航無(wú)人機(jī)照明裝置。該裝置從高空為輸電檢修提供照明，解決了夜間搶修作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，并實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)續(xù)航高空照明效果。這些研究不僅提高了無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)巡檢中的續(xù)航能力，也為夜間作業(yè)提供了創(chuàng)新的照明解決方案，進(jìn)一步優(yōu)化了電網(wǎng)運(yùn)維的智能化和安全性。

4" 總結(jié)與展望

無(wú)人機(jī)技術(shù)正在引領(lǐng)電網(wǎng)巡檢、勘察與維修的革命性進(jìn)步，其三大技術(shù)支柱——圖像采集與處理、路徑規(guī)劃與避障、電池續(xù)航為電網(wǎng)環(huán)境提供了卓越性能。本文通過(guò)可視化分析與文獻(xiàn)研究，明確了無(wú)人機(jī)在電力巡檢、輸電線路勘測(cè)和電路檢修的關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景。電力巡檢尤為重要，而其他2項(xiàng)雖關(guān)注度低卻同樣關(guān)鍵。圖像采集技術(shù)的提升，尤其是深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用，顯著增強(qiáng)了巡檢的效率與準(zhǔn)確性。路徑規(guī)劃與避障技術(shù)的智能化確保了無(wú)人機(jī)的安全飛行。電池技術(shù)的發(fā)展為無(wú)人機(jī)續(xù)航提供了提升空間。隨著技術(shù)成熟與推廣，無(wú)人機(jī)在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用將持續(xù)成為研究熱點(diǎn)，未來(lái)研究需進(jìn)一步探索技術(shù)創(chuàng)新與系統(tǒng)集成，推動(dòng)其深入應(yīng)用與發(fā)展。

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