水电厂无人机智能巡检技术的应用

柳玉宾，纪宇飞，梁振飞，王 勇，周宏利

（1.华电电力科学研究院有限公司北京分院，北京 100045；2.华电湖北发电有限公司新能源分公司，湖北 武汉 430062）

水电厂在人们生活中有着重要的作用，水电厂的运行情况将影响着人们生活中使用水电的质量水平。为了提高发电设备的巡检质量，不断加强巡视技术的创新，现阶段，无人机智能巡检技术已在水电厂巡视工作中广泛应用。无人机具备低成本、高效率、高安全性等技术优势，在实际巡视中，无需复杂的操作步骤，操作人员很容易上手，极大程度地减少了工作人员的工作负担。本文对水电厂中无人机智能巡检技术的应用进行了详细的分析和探讨，进一步提高无人机在水电厂巡查中的应用质量和效率。

1 巡检无人机对智能型水电厂建设的重要性

随着经济的发展，多数的水电厂已经实现了自动化和智能化，对水电厂的设备检测主要依靠于各个单元的监测控制进行，逐步实现了全面的智能化控制，减少了相关工作人员的工作压力。但是各个单元系统往往会出现不统一的情况，工作人员不能实时保持对现场的巡查和监控，导致监测死角的存在[1]，存在较大的质量漏洞，严重影响水电厂的稳定运行，设备故障不能及时发现和处理，任其发展下去，便会引发较大的安全事故。为了保证水电厂中的各个环节的设备均能得到全方位的巡视，需要利用无人机智能技术的支持。水电厂的危险故障排解及较多的复杂电力结构的巡视均需要使用无人机，从而提高巡视质量和效率，保证巡视安全。

2 无人机在水电厂巡视中的制约因素

2.1 续航能力不足

无人机具有两种类型，一种是纯电动无人机，另一种便是油电混合的无人机，而无人机的续航能力则是工作人员最为在意的内容。如果在巡视过程中，没有完成巡视目标就由于电量耗尽而停止工作，便会降低工作效率。通常情况下，纯电动无人机的续航时间为0.5 h，油电混合无人机续航能力为2 h，但是混油性无人机隐患较大，可能会在运行的过程中发生爆炸现象，使得智能无人机推广存在一定限制。

2.2 飞巡空域限制条件较多

无人机在巡查的过程中需要在高空中进行，由于现阶段空域管制严格，水电厂在高空作业时，申请流程复杂且周期长，将会延误巡查时间。设置的空域管制机构较多，具体的管辖位置不明确，并且相关的机构管理人员满足不了咨询需求，通讯占线率高，飞巡空域限制条件多，导致无人机巡视施工无法顺利开展。因此，需要优化空域申请的管理流程，提高申请效率。

2.3 图像传输距离短

工作人员需要对无人机在巡视过程中拍摄的图像继续进一步的分析和探讨，但是受到外界条件的影响，无人机信号受到干扰，便会降低图像传输质量。在多建筑或者郊区区域进行巡视，只能保持2km左右的图像传输。无人机在巡视过程中易被杆塔线或植被遮挡，严重限制了传输距离，只能保持在1 km内，降低了巡视质量。

2.4 信号容易被干扰

自主巡检是对无人机的基本要求，是实现智能化的重要标准，无人机在执行自主巡视程序时，需要较强的RTK网络信号的支持[2]，但是在水电厂中网络信号不稳定，导致自主巡检不能顺利地完成巡视目标，严重影响对水电厂设备的检测效果。

2.5 手动无人机电力巡检效果差

为了保证图像数据满足生产需求，某些水电厂使用的是手动无人机对电力进行巡检。此过程中，需要保证输电线路通道和杆塔本体巡视轨道达到要求，由专业的工作操作人员进行控制无人机飞行，避免高电压带来较大的风险。

2.6 数据存储容量不足

无人机在巡视的过程中需要对不同的地方进行精确的拍摄，并及时保存。随着水电建设规模的壮大，无人机的储存量不足以满足巡视要求，无法进行后续的巡视工作，因此需要配置大容量分布式阵列存储器，保证无人机正常运行。

3 应用优化策略

无人机智能巡视逐渐代替了传统人工巡视，不仅顺应了时代的发展，并且在水电厂巡视过程中占据了技术优势，解放劳动力。通过实践发现，其巡视效果可以满足巡视基本要求，并且还降低了线路运行维护成本。面对复杂且危险系数较高的输电设备，可以利用无人机对线路本体运行状态进行精准把控，保护了工作人员的生命安全，提高线路抗风险水平。

3.1 利用“巢-巢”巡检新模式

为了解决无人续航能力差这一问题，可以在线路及供电密集的区域内设置变电站部署无人机机巢，供无人机进行补电。建立无人机机巢主要依靠激光导航、视觉识别、R TK精确定位等技术丰富其功能[3]，以达到帮助无人机提高续航能力的目的。当无人机的续航状态不佳时，可以在无人机机巢的条件下，实现精准降落，并自主更换电池，以满足无人机的用电要求，实现快速充放电等功能。主要以远程指令实现“巢-巢”，便可以持续为无人机进行续航，保证重要负荷地区水电厂的稳定巡视。

3.2 “5G+”通信实现低延迟

现阶段，无人机的网络信号使用的是4G模式，在实际应用中，信号存在200 ms左右的延迟，导致在巡视的过程中，往往会因为网络延迟不能精准悬停和精准拍摄，无法保证获取数据的准确性，飞行时还会出现碰撞等事故。目前，5G通信技术已经被广泛推广，具有低延迟、高效等优势，可以充分应用到无人机中，极大程度地提高了无人机自主巡检影像数据采集的精准度，更加精确地控制其飞行轨道，保证巡检过程的安全可靠，避免了信号不稳定的问题出现。

3.3 超短波远程高清图传技术

压缩算法可以实现对图像的压缩，在无人机中得到了一定应用，并且可以提高巡检图像传输的效率，但是不能保证图像的清晰度。在外界环境的影响下，受到无线电信号的干扰，便会降低其传输效率和质量，并且图传距离满足不了远距离自主巡检的需求。

3.4 全过程实时智能识别

图像缺陷是无人机在巡视过程中常有的情况，为了避免有效信息的缺失，可以结合实际情况在机巢等部署边缘计算处理器，无人机巡视中拍摄的图像数据可以传输到处理器中，然后对图片数据信息进行AI识别，将存在较大缺陷的图片进行处理，并实现流式计算，利用该技术可以精确地识别细小缺陷，相比人眼识别更加可靠和高效。

4 结语

在水电厂保证巡视质量的前提下，无人机技术节约了大量的人力和物力，但由于其智能化水平不足，导致状态监测效果不佳，然而随着新型技术的开发，将5G技术、超短波通信技术、AI识别等在无人机领域加以应用，便会弥补其现有缺陷，延伸其应用前景，从而提高水电厂智能化运行维护水平。