变电站无人机巡检
随着社会经济的飞速发展、城市规模的不断扩大、工业经济的不断增长，为满足社会及经济的快速提升需要，电网工程建设规模也日益增加。随着多数变电站机构的建成及应用，变电站电力设备运行管理手段单一、单单依靠人工巡视巡检等问题逐渐显现。在电网系统电能传输机构体系中，变电站作为重要的一环，保证其安全运行十分重要。本研究项目致力于研究开发一套变电站综合智能自主巡检探测系统，主要用于满足变电站设备设施缺陷巡检及GIS六氟化硫气体绝缘金属组件设备状态监测，以此摆脱以往人工巡视、检测的低效率模式，真正实现变电系统的综合智能自主巡检探测实际应用。
通过对变电站设备缺陷识别系统的分析研究，基于变电站设备缺陷识别系统开发成果及实际应用，将真正实现变电站设备的缺陷识别作业，系统通过无人机搭载监测设备，并采用基于深度学习的目标缺陷识别算法，填补变电站巡检无人机目标识别功能的不足之处，对传统的变电站设备目标识别方法受人工设计及选择特征限制所导致的不足进行了提升，实现了很好的泛化能力。同时对该系统方法所采用的识别网络向嵌入式平台进行了移植，形成了独立的变电站设备缺陷的识别模块，并可用于变电站巡检无人机上进行相应的目标识别任务。该模块通过对变电站巡检无人机采集的图像进行分析，对变电站设备缺陷异常情况可以准确快速的识别，对提高变电站的安全可靠性，以及建设更加智能化的现代电网意义重大。
通过对变电站GIS六氟化硫气体绝缘金属组件监测系统的分析研究，开发设计一套GIS母线结构温度、应力、变形及地基基础的在线监测系统。系统包括GIS位移、温度、应力及地基基础四个参数的实时监测，根据故障和受损位置不同，布置不同的传感器，对温度、应变/应力、沉降传感器进行现场安装，通过选好布置点，将传感器部署安装在被测物上，之后进行保护胶带膜覆盖保护及外层涂刷保护油漆，并进行传感器位置标记点。最终实现对金属组件膨胀节、管道本体的应力变化及组件基础沉降数据的实时探测，及时掌握金属组件应力变化及基础沉降数据，提前预警预防金属组件因多个因素影响所导致的六氟化硫气体泄露事件。通过运用无人机缺陷巡检系统、GIS气体金属组件监测系统并结合现有变电站巡检方式联合形成体系，弥补现有巡检方式的不足，推动变电智能巡检科学发展，提高变电系统的综合管控效率。
国内研究水平在变电站缺陷识别方面，南京悠阔电气科技有限公司研发团队针对变电站巡检自动识别技术系统进行设计研发，系统仍然需要人工参与核对的问题，提出了一种适用于巡检自动识别算法。该算法对变电站室内外的设备设施均适用。同时针对不同类别仪表设备图像，做了设备模板化处理，并划分了最大、最小值，通过调用对应仪表图像模板，利用尺度不变特征变换(SIFT)算法对仪表区域进行了配准。然后二值化处理表盘子图像，利用快速霍夫变换(FastHoughTransform)检测指针，从而实现指针读数的自动识别，有效的提升了识别的精度和鲁棒性。
国外研究水平近年来国外越来越多的公司或机构加入了电力设备运行状态的在线监测新方法的研究热潮当中，目前已存在了许多监测系统，包括发电机的绝缘过热、变压器的局部放电以及GIS气体的监测系统，同时还可以对介质损耗及电容值以及容性电力设备的电流进行在线的监测。美国加州理工大学针对当前变电站设备的监测系统仍然需要人工参与识别，耗时耗力且智能化程度欠缺等问题，提出了一种结合人工神经网络和多种检测设备信息对电力设备运行状态图像进行识别的方法，该方法的预处理采用数字图像处理技术，识别采用BP神经网络，提高了图像识别的效率和准确度，对电力系统的在线监测起到了积极作用。针对变电站中变压器油位、刀闸和开关等设备状态当前检测不准确的问题，以及变电站中运动目标和烟火等仅能依靠人工进行判断的问题，提出了采用数字图像技术与计算机视觉技术结合的识别方法。该方法结合实际变电站运行状况，对图像进行滤波、二值化等处理，进而进行有效识别，实现了无人监守变电站的设备在线监测。美国通用电力公司中针对变电站防误操作技术存在的问题，提出了一种几种基于图像识别技术的可视化防误操作系统。该系统采用智能图像识别算法识别和处理图像，可有效得到设备状态等信息。针对当前电力设备运维主要依靠人工、耗时耗力且精度低等问题，提出了一种基于计算机视觉的异常巡检图识别方法。该方法通过对航拍图像进行灰度化、边缘检测等预处理并提取输电线区域，对该区域进行卷积操作，计算赃物比例，结合实际误差，最终实现赃物的识别。
2018展望：无人机在电力巡检领域中的应用及前景
无人机巡检作为一种使用可见光及红外热像仪等巡检设备对输电线路进行巡视检查的全新巡检技术，与人工巡检相比具有许多优点。下一步，应全面推广无人机作业核心技术，加快复合型运检人员培育，推动人工智能技术在无人机领域的融合应用。
对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，是供电企业一项繁重的日常工作。人工巡检是一种传统的巡检方式，也是目前输电线路巡检的主要方式。由于输电线路走廊地形环境复杂，在一些条件恶劣如跨江跨河或高山峻岭地区，沿线部分区段几乎没有巡视道路，这种巡检方式劳动强度大、工作条件艰苦，输电线路的运行情况得不到及时反馈。
无人机巡检作为一种使用可见光及红外热像仪等巡检设备对输电线路进行巡视检查的全新巡检技术，具有迅速快捷、工作效率高、不受地域影响、巡检质量高、安全性高等优点。据统计，运用无人机进行缺陷识别，杆塔瓶口及以上位置、人工难以发现的缺陷占比78.5%。设备本体巡检效率和质量显著提高，并且极大降低了劳动强度，提升了巡检效率，确保了对电力设备状态的运行维护能力。因此，无人机的应用是线路巡检智能化发展的有效解决方案。
目前，国家电网公司已将无人机巡检作业纳入输电线路精益化考核指标中。截至2017年年底，公司系统各单位共配有各类型无人机1800余架,2017年度无人机累计巡检杆塔超过21万基，累计发现缺陷超过5万余处；按照缺陷位置划分，以杆塔瓶口及以上位置线路设备及附属设施缺陷为主，占75.8%；按照缺陷等级划分，以一般缺陷为主，占87.2%；按照缺陷类型划分，以金具类缺陷为主，占42.7%。公司系统各单位广泛应用无人机开展线路巡检，在G20峰会、金砖会议、全运会和党的十九大保电工作中发挥了突出作用，无人机巡检已成为输电线路运维不可或缺的手段。
中国电科院积极为无人机巡检提供技术支撑
近年来，中国电科院不断探索，积极开展技术攻关，为公司开展无人机巡检提供技术支撑工作，取得丰硕成果。
2013年，《国家电网公司输电线路直升机、无人机和人工协同巡检模式试点工作方案》出台。在公司统一组织安排下，中国电科院牵头建立了无人机巡检技术标准、试验研究和检测、人员培训和保障等技术支撑体系，有力支撑了无人机巡检技术在公司系统各单位的推广应用。
2015年，中国电科院负责起草的《架空输电线路无人机巡检作业技术导则》正式发布，标准规定了采用无人机对架空输电线路进行巡检的巡检系统、巡检作业要求、巡检前准备、巡检方式及方法、巡检内容、巡检资料的整理及移交、异常情况处置等，适用于采用固定翼无人机、旋翼无人机对架空输电线路进行的巡检作业。
在编写标准的同时，中国电科院还编制了无人机巡检系统性能检测方案，自主设计研制无人机巡检技术试验和研究关键设备，制定相关检测规范和标准，并依托国家电网公司特高压交流试验基地，建立包括巡航性能、巡检性能、抗电磁干扰、环境适应性等7大类共49小项的完整技术研究和试验检测能力的综合试验基地，实现了试验环境条件可控、试验安全风险可控、试验结果评价定量化和标准化。
2016年，中国电科院成为国内电力行业第一个具有无人机CNAS/CMA资质的检测机构，严格按照CNAS/CMA体系要求开展试验检测工作，为无人机“统一选型配置、统一招标采购、统一技术研发”奠定坚实基础。目前累计完成50余个型号的无人机型式试验，共出具性能试验检测报告100余份，出具的试验检测报告是国家电网公司招标采购无人机的唯一依据。
在国家电网公司的大力支持下，中国电科院在国网特高压交流试验基地，建设了由实操训练场地和三维仿真虚拟培训系统两部分组成的无人机巡检人员岗位技能培训能力。
2017年，中国电科院与中国航协通航分会在北京签署合作协议，联合成立“国家电网UTC无人机培训考试中心”，健全完善无人机培训和考核标准，实现基础技能培训与专业技能培训有效对接，全面提升培训质量，推动无人机在电力行业规范应用,有序规模发展。不久前，由国家电网公司主办，国网湖北电力、中国电科院共同承办的首届输电线路无人机巡检技能大赛在特高压交流试验基地开赛。比赛提升了无人机巡检队伍的专业知识和实际操作技能水平，为各单位线路运维人员创造了更多相互交流学习的机会。
中国电科院针对无人机巡检业务流各个环节，研发了输电线路无人机巡检综合管控系统，初步建设了值班管控中心和巡检数据应用中心。该系统采用国家电网公司、省公司、地市公司三级架构，不同的用户具有不同的操作和管理权限。同时接入无人机巡检实时数据及空域申报数据，可实时展示巡检全过程和空域预警信息，实现无人机作业全天候监控、作业管理与现场无缝连接、巡检数据智能化分析、巡检资源集约化管控和科学调配等功能。
2017年，中国电科院先后选取国网湖北、山西、江西电力作为推广应用试点，依托现有的无人机巡检管控系统，建立巡检应用中心，开展无人机巡检管控系统部署应用，完善中国电科院值班中心。
中国电科院与空军参谋部航空管制局及下属五大战区建立定期协商机制，促成空军参谋部航空管制局与国家电网公司签署战略合作框架协议，为公司系统各单位规范化使用空域提供管理和技术保障。2017年11月21日，空参航管局在北京召开国家电网无人机巡检飞行空域使用协调会，东部、南部、西部、北部和中部空军参谋部航管处，国家电网公司等8家单位参会。这对于保障飞行安全，推动电力行业无人机规范、健康发展具有重要意义。中国电科院将组建专门队伍、投入专门人员，做好公司无人机巡检空域管理支撑工作。
无人机在电网企业应用前景展望
全面推广无人机作业核心技术。实现无人机巡检100%覆盖所有输电线路，输电线路无人机巡检管控系统100%覆盖所有运维单位。持续完善输电线路无人机作业管理和技术标准体系，完善总部运检管控系统中无人机子模块；拓展数据应用中心容量及功能，结合新技术发展趋势滚动更新巡视及检修作业模式，实现全自动、智能化线路运行管控。
加快复合型运检人员培育。推动无人机培训体系不断完善，一方面根据国家法律法规和相关政策，推进无人机基础技能培训工作，为合法合规开展无人机巡检作业奠定基础；另一方面立足电网巡检需要，深化无人机岗位技能培训工作，切实提高巡检人员综合技能水平，促进传统运检队伍向复合型运检队伍的转变。
推动人工智能技术在无人机系统领域的融合应用。使无人机具备智能控制、整合空域和适应环境的能力，能够协同指挥控制、协同态势生成与评估，协同语意交互，同时利用智能算法对收集的语音、文字和图像等信息进行智能分析，实现人工智能与无人机的共同发展。
原标题:无人机在电网企业的应用及前景展望