无人机智能巡检系统

一.背景与现状

随着各地区电网规模的不断扩大，变电站数量逐年增加，变电站运维人员的巡检作业工作时间也随之增长。目前，变电站巡检通常以人工巡检为主，高清视频和机器人巡检为辅来开展站内联合巡检。目前面临的问题有：

1.高空设备存在盲区：避雷针、绝缘子串等设备距地面高传统人工巡检与固定摄像头仰视视

2.角存在视觉盲区：细微裂纹、局部发热等缺陷难以及时发现。

3.机器人环境适应性差：机器人对地形和道路的要求也比较严格，造成很多场景无法覆盖。

4.感知能力扩展性弱：机器人难以灵活加装多种特种传感器，感知能力不足导致缺陷识别率不高。

5.施工难度大，成本高：传统方案需要同步轨道等设施，施工周期长，成本高。

二.无人机优势

1.覆盖范围与灵活性：

高空覆盖，无人机可轻松抵达高空设备，弥补高清摄像机和机器人无法触及的盲区；多维度多视角，无人机可在“高中低”空域巡检，覆盖设备巡检的多个视角；同时可额外覆盖变电站外围的输电和配电线路。

2.低部署与低成本：

‌无人机无需改造变电站基础设施（如铺设路面、布线拉线），机巢部署周期短；无人机与机巢维护相对简单，高清摄像机需要维护大量摄像机和线路，机器人还需维护路面。

3.高巡检效率：

相较于人工巡检和机器人巡检，无人机在巡检效率上有比较大的提升，如果使用多机协同作业，巡检时间会进一步压缩；

4.多种传感器融合：

‌无人机可搭载高分辨率光学相机、红外热成像仪、激光雷达等设备，同时采集高清图像、温度数据及三维点云信息；无人机的传感能力可基于负载进行扩展。

三、产品架构

四、关键技术

1.无人机导线级避障与绕障

通过AI视觉技术与激光雷达感知探测技术的结合，实现架空导线、镂空树木等障碍物检测，检测到障碍物后，基于自主避障与绕障技术动态调整飞行策略绕开障碍，进一步保障无人机飞行作业安全。

绕障技术是在自主避障技术的基础上，进一步实现无人机在复杂环境中的自主导航和路径规划。

2.智能分析技术

基于无人机和高清摄像机巡视采集的图片，进行智能识别，主动发现缺陷，识别类型包括各类表计、外观缺陷、刀闸分合、压板状态、作业安全异常行为等。

3.实景三维建模技术

通过无人机采集+3DGS重建技术，三维高精度还原变电站场景。3DGS 基于点的渲染技术，通过3D 高斯函数表示场景，结合了基于神经网络的优化和显式结构化数据存储的优点，保留了连续体积辐射场的理想特性。模型带有有地理信息坐标，可量测、可定位、可裁剪编辑，无需人工修模，模型细节真实呈现，提供高质、高效、低成本的模型资产。

4.数字孪生技术

实现基于三维全景的巡检路线规划、三维导航及巡检结果立体呈现；实现主辅监测、三维、视频、巡检数据的深度融合与数字孪生展示，构建数字孪生系统。

五、系统功能

1.运行监控

（1）信息总览：汇总展示站内关键数据信息，如无人机状态、无人机巡视情况、高清视频设备运行情况、告警情况等。

（2）实时高清视频监控：查看实时安防视频监控。

（3）实时无人机监控：实时监控机巢视频、飞行器视频、机巢工作状态、无人机工作状态。

（4）静默监视：摄像机在空闲时间对设备异常、人员异常行为、环境异常进行告警。

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2.设备监控

实现变电站数据模型“区域-间隔-设备-部件”与航线航点的关联，基于此实现如下功能：

（‍1‍）设备点位：以设备点位目录树，可快速查看设备部件的最新无人机巡视抓拍图片，如果是高清视频监控可查看实时视频。

‍‍（2）设备航线：以无人机航线组成无人机覆盖的设备点位目录树“航线（间隔）-设备-部件”，可快速查看最新巡视抓拍结果，也可快速临时起飞无人机进行巡视。‍‍‍

3.航线规划

无人机变电站巡检主要是以航线指引无人机飞行巡检，航线的安全设计与规划，能更好的确保无人机的作业安全。

4.航线管理

变电站点位模型和航线的导入管理，航线点位与变电站设备台账关联，变电站航线基于点位模型的呈现。

5.智能巡视

无人机为主+高清视频为辅巡检，结合规划航线的无人机，以及高清摄像机、无人机，实现多源联合巡检，有效控制项目投资：

（1）以无人机覆盖大部分设备的重点部位和仪表，以及红外测温，可基于无人机的航线进行巡检任务的下发，按照任务调度进行任务执行；

（2）高清视频用于巡检无人机无法覆盖的，如GIS的设备巡检，以及部分仪表。

6.任务调度

无人机任务调度，根据巡检计划，自动生成无人机调度任务，根据每个任务的执飞时间和无人机的充电时间，自动编排无人机任务的衔接时间；

7.作业安全管控

（1）作业人员身份识别：门禁识别到人脸后，自动比对进站人员身份，比对成功自动开启门禁，系统记录开门事件。

（2）作业人员行为分析：通过远程操控无人机，快速起飞至作业管控上空实时对作业现场进行安全监控，并实现对检修作业期间现场施工人员在未戴安全帽、未穿工装、吸烟、越限/闯入等不安全行为进行实时分析，提升现场安全管理水平。

8.无人机航线仿真验证

（1）航线仿真验证：基于变电站精细化三维模型，实现变电站巡检航线的仿真验证，验证航线安全性，以保证实际航线飞行时的安全可靠。

（2）无人机巡检模拟演练：基于变电站三维模型，实现某次巡检任务的模拟演练。