自2013年南方电网制定“在全网逐步推广输电线路机巡作业”部署以来，无人机电力巡检快速发展，如今已有10年，无人机巡检方案也已逐渐成为行业的新趋势。在电力领域，无人机被广泛应用于电力输配电线路、变电站、电力塔架、风电场等领域。搭载了可见光、红外热成像、激光雷达、北斗导航、数据传输、智能控制、高精度传感器等功能技术的无人机能够快速、高效地巡检电网，大大提高了电力巡检效率和准确率，同时也减少了人工巡检中可能出现的疏漏和安全隐患。
无人机电力巡检虽然具有很多优势，但在实际应用中仍然存在一些问题与挑战：
当前存在的问题
续航问题：无人机在进行电力巡检时，其飞行时间和航程受到电池续航能力的限制。对于需要进行长距离或者长时间巡检的场景，这个问题尤为突出。
电磁干扰：在电力巡检中，无人机需要在一个强大的电磁环境中工作。强电设施周围存在的交变电磁场会对电子设备产生干扰，对无人机的稳定性产生影响。
图像传输：无人机在进行电力巡检时，需要将拍摄的图像传输到地面站进行实时分析和处理。然而，由于电力设施的复杂性和环境干扰等因素，图像传输可能会出现延迟或丢失等问题，这会影响到电力巡检的效率和准确性。
数据处理和分析：无人机巡检生成的数据量巨大，如何对这些数据进行有效处理和分析是一个挑战。此外，由于巡检环境的复杂性和多样性，数据的解读和分析需要具备专业知识和经验。
定位精度：电力巡检需要无人机能够精确地定位自己的位置。尽管GPS已经广泛应用于无人机定位，但其定位精度可能难以满足一些精细巡检的需求。
避障问题：在电力巡检中，无人机需要避免碰撞到高压线等障碍物。然而，由于无人机的感知和避障技术有限，有时会出现误判或无法及时避障的情况，这会对无人机和电力设施的安全造成威胁。
智能化程度不足：目前无人机电力智能巡检还处于初级阶段，整个产品体系还需要不断完善。
实用新技术及解决方案
为了解决以上问题，电网公司正在积极研究和应用图像压缩技术、更高精度的定位技术、基于单线激光雷达的仿线飞行智能巡检技术，以及无人机续航问题解决方案等。
无人机机巢
最近，由国家电网成都供电公司输电运检中心自主研发的车载电力无人机机巢正式装备应用，这也是川内首台车载电力无人机移动机巢。有了它，输电线路的无人机巡检从“一人一机”变成“一人多机”，实现多机集群作业，巡检效率最高提升至现有水平4倍。
图源：四川日报
对比传统无人机作业，电力无人机机巢具有三大优势，一是使用高效集群作业方式，4台无人机全天候接力式工作；二是采用“北斗动中通”技术，解决山区无信号区域无人机无法作业的技术难题；三是搭载无人机激光雷达快速扫描装置，提高树障巡检智能化、时效性，对比单一AI智能识别树障隐患准确率由80%提升至95%以上。
无人机“蛙跳式”长距离巡检
2023年11月12日，在国网福建电科院机巡中心监控室，操作人员通过机巡作业微应用机场网格化模块监控无人机起飞前的最后确认工作。随后，一架远在100千米以外、搭载双光镜头的无人机自机场腾空而起，开始一段长达12千米的单机“蛙跳式”巡检作业。
图源：国网福建电力
国网福建电力通过蛙跳式巡检模式，以接续式充电为手段，打破传统无人机机场“一飞机一机场”模式，突破单架无人机巡检半径。无人机蛙跳，是指实现无人机与机场的解耦，让无人机作业中可以根据任务要求选择最靠近自己的机场停靠、补给，实现“一机多场”，支撑无人机载长距离大范围场景接续飞行作业。
长续航氢动力无人机
2021年12月13日，在国网温州供电公司苍南县，一架由双创中心和氢航共同开发的氢能多旋翼无人机经过2小时25分的巡检，顺利完成了对500千伏望南线的通道自主巡检作业。这是全国电力系统内首次应用氢燃料电池的无人机开展巡检作业，也是氢能装备首次在电网运检中的应用。
以氢航无人机“氢霆”为例，其带载续航时间可以达到2小时25分，氢燃料电池寿命在1500小时以上，约是锂电池的20倍。同时，经试验检测，该款无人机在100米高空坠落到地面时，不会发生燃烧和爆炸，安全性能也大幅提升。
中继无人机智能巡检
2023年3月，广东电网公司首次将中继无人机应用于配网巡检作业，成功完成了无信号区配网智能巡检任务。
图源：江门供电
过去，无人机在山区等复杂地形环境巡检时，经常遭遇公共网络通信信号不佳或树木遮挡、磁场干扰等造成通信受阻的情况，有可能导致无法起飞、信号丢失等情形，使图片和数据传输中断，同时影响无人机飞手对周围飞行环境的准确判断，增加撞塔、碰线、坠毁等飞行事故发生概率。
中继无人机的应用，为解决上述难题带来了新方案。中继无人机作为作业无人机与地面控制点的通信传输媒介，相当于一个信号放大器，能够有效增强无人机飞行半径10千米以内的通信信号，减少无人机在偏远无信号区的飞行时间，破解了无人机在通信信号受干扰情况下的巡检难题。同时，中继无人机续航时长达50分钟，满足中长距离或复杂地形环境下的作业需求，不但可以建立高精度三维点云模型、进行树障测距巡视，还可以进一步针对绝缘子等设备部件开展精细化巡检，降低人工巡检的工作量和风险系数。
图像压缩技术
为解决图片并发传输慢、图片存储量大的问题，今年来，国网江苏信通公司积极扩展图像压缩技术应用，深入研讨应用图像压缩的系统技术架构，并协同专业部门测试多种图片压缩比例下对于图片目视效果、识别精度的影响。
信通公司圆满完成输电无人机系统图像压缩功能部署，并协调地市单位以线上视频会议的方式同步开展现场验证工作，图像压缩技术改造后，无人机图像由原来的12MB大小压缩至1MB，每张上传时间由原先的25秒降低至2秒以内，每次巡视作业回传图片所需时长不到5分钟，通过真实场景检验了图像压缩传输的实际应用成效，切实改善了工作效率。
北斗星基增强技术
2023年8月30日，国网克州供电公司在10千伏托巴线完成全疆首例基于北斗星基增强技术的无人机自主巡检应用。
图源：兵团广播电视台
国网克州供电公司约有4363公里配网线路，其中近百公里无通信网络覆盖，无法为无人机提供高精度定位信号，只能手动操作无人机进行巡检作业，执行效率低，而且还会因为操作失误导致线路跳闸等事故发生。
国网克州引进了基于北斗星基增强技术，通过便携式定位移动基站，组建星基RTK服务网络，为无人机在无公网环境下提供定位信号，实现无人机定点自主巡检。之前，一个熟练飞手通过手动操作无人机巡检1基配网杆塔至少需要3分钟，现在仅需20多秒就能完成，大大提升了现场巡检效率。
基于单线激光雷达的仿线飞行智能巡检技术
近日，国网山东电力公司联合中国科学院自动化研究所在无人机巡检领域取得了重大突破。在双方的共同努力下，成功研发基于单线激光雷达的仿线飞行智能巡检技术，实现了对1000千伏泉乐ⅠⅡ线23–24号塔跨黄河输电导线的精细化巡检，展现出高效与稳定的性能。
图源：央广网
该技术通过自研的激光雷达设备，结合双目视觉识别技术，部署深度卷积神经网络的算法，可实现基于仿线飞行的输电线路巡检、间隔棒巡检、树线矛盾巡检、导线异物检测、垂弧/相线距离测量，支持对输电线路导线的精细化巡检。“无人机仿线飞行最大的困难就是能否找准位置、拍清照片和准确识别缺陷。”中国科学院自动化研究所研究人员介绍道：“单纯依靠视觉对导线进行稳定跟踪难度较大，且无法实现距离测量，所以我们在双目识别的基础上增加了低成本的单线激光雷达，在巡检飞行时实时测量距离，跟踪导线，并通过PID算法控制无人机仿线飞行。”
电力AI技术
无人机结合AI辅助拍摄技术，可以实时对目标位置进行识别，动态调整云台角度，得到准确目标位置的照片。结合地理位置信息、时间信息、天气信息，实时仿真光照环境，可解决现场巡检逆光、过爆、虚焦、目标不居中、小目标分辨率低等问题，提升拍摄质量。
结合AI边缘计算，可实现缺陷的实时检测、自动标注回传，减少无效数据的回传，更专注于缺陷本身，也可减轻平台端的回传与存储压力。
结合图像识别，可实现对大范围、复杂设施的自动化巡检，快速精确识别定位危险点，智能评估隐患点的危险等级，实现智能预警，帮助巡检人员及时发现和消除安全隐患，提高作业效率。
2023年2月，南网数研院人工智能与智能软件团队发布了电网架空线路图像分析产品——智像V2.0，采用了近期大火的A-I生成式技术，率先实现了该技术在国内电力巡检领域的实用化落地，支撑数字电网智能巡检实现从“量”到“质”的飞跃，有效保障输电线路安全运行。
图源：南网数字集团
相比1.0版本，智像V2.0增加了缺陷隐患类型至107类，提升了缺陷发现率至91%，降低了识别误报率至8%，扩展了适用地域至南网五省区，大幅提升了实用化水平。
大载重无人机带电无损探伤扫描
以往我们探测线路是否有问题总是要攀上高处对其进行近距离观察，不仅耗费时间长，也有一定的安全风险。
而应用大载重无人机搭载射线检测装置作业，可实现对耐张线夹等关键连接金属进行带电无损探伤扫描，查找金属内部是否存在缺陷。
图源：皖电动态
射线能够穿透可见光无法穿透的物质，由发射器成像板组成的无损探伤设备，在不拆解不损伤输电设备的前提下，远程反映其内部裂纹、气孔等细微缺陷，整个检测过程仅耗时约30分钟，不仅提高了检测效率，也保障了人员作业安全。
无人机激光异物清除
目前，运用大载重无人机开展电力作业已经形成了一系列成熟的应用场景，随着无人机软硬件技术的
不断迭代和完善，大载重无人机在多重领域都扮演着重要角色。
由国网安徽电力研发的无人机激光异物清除器，适用于超远距异物的抵近清除，可自动识别切割路径，自动跟踪切割异物。大功率激光束保障密集通道内的各类异物完美清除。
图：无人机激光正在消除线路上的风筝线；图源：皖电动态
自应用以来，无人机激光异物清除器共消除导线异物53处，树头削枝42处，其所到之处，无不让“异物”们“闻风丧胆”。这把“激光剑”不受地形限制，使用也更加轻便、快速。
随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，无人机已经能够实现更加智能化的巡检，包括无人机自主充电、自主巡检等功能，大大提高设备巡检的效率和精度。
未来，无人机电力巡检将进一步发展和应用。一方面，随着技术的不断进步，将实现更加智能化、精细化的巡检，包括对电力设备的温度、湿度、气压、光照等方面进行监测和分析，以确保电力设备的安全和稳定运行。另一方面，随着国家对新型电力系统建设的推进，无人机电力巡检技术将成为未来电力巡检的主流方式。
