文 | 陈伯建 王忠平 郭清梅
图 | 王忠平
一架无人机，应用于电力巡检并不难，难的是千百架无人机同时管控。
一架无人机＋高清摄像镜头，拍摄一张设备运行状况图片并不难，难的是百万张巡检照片智能分析。
从输电到变电，从变电到配电，从220千伏到1000千伏特高压……他们不断挑战自我，抢占无人机巡检技术制高点。
从外购到自研，从技术突破到规模化应用……他们一步一个脚印，不断拓宽创新边界，稳扎稳打走在创新的路上。
他们是来自国网福建电科院的无人机智能巡检科技攻关团队，他们深耕专业，勇攀技术高峰，将科技创新成果应用在八闽大地上。
攻克飞行路径规划难题
推广无人机自主巡检规模化应用
6月5日，国网三明供电公司输电运检中心员工廖振陆利用无人机自主巡检220千伏列新线3号塔。他通过遥控端巡检APP领取班长发布的作业任务，下载航线后一键启动无人机，无人机开始自主巡检。
而距离巡检现场百公里外的国网福建电力机巡中心内，无人机智能巡检科技攻关团队成员梁曼舒正通过机巡作业微应用，实时远程监督现场作业情况，查看作业人员动向和无人机航行轨迹。10分钟后，无人机自主巡检作业任务完成，巡检图像远程上传至机巡作业微应用，自动命名匹配，并调用人工智能算法进行缺陷识别。与此同时，图像分析人员对人工智能图像识别出的缺陷复审后，通过生产作业系统推送给线路检修人员。
这是国网福建电力机巡作业微应用服务生产一线的场景。
自2021年起，国网福建省电力有限公司落实国家电网有限公司无人机自主巡检样板间建设工作要求，启动基于新一代设备资产精益管理系统（PMS3.0）的机巡作业微应用研发工作，利用人工智能算法提高数据处理效率，实现无人机自主巡检规模化应用，提升无人机数字化巡检质效。
无人机自主巡检已实现规模化应用，大幅提升电网巡检质效
平台研发伊始，团队就遇到了棘手的技术难题，如何高效为无人机提供精确飞行路径以实现自主巡检呢？市面上主流航线规划软件价格高昂，未充分融合电力需求，无法与平台贯通，为此团队决定联合国网泉州供电公司等单位进行软件自研。2021年1月，第一版带着浓郁“电力特色”的三维航线规划软件育孕而生，团队信心满满开始全省推广，但到了班组，大容量点云直接让他们泄了气，原来面对数据量动辄上1GB乃至10GB的大容量点云，系统经常加载卡顿、崩溃，完全无法应用到生产现场。
团队成员加班加点寻找技术难题的解决方案
怎么办呢？团队成员从游戏中得到启发，想到可以借用成熟的游戏引擎来加载三维点云，但这需要重写软件且自研底层代码。经过技术可行性论证后，团队马上联合具备三维引擎自研能力的团队重构软件，不仅解决了大容量激光点云加载问题，还增加了树障分析、虚拟架线等功能，一线班组普通电脑就可以顺畅加载运行，全省推广应用165套，并逐步在配电、变电推广应用，节省软件外购成本1500余万元，得到基层单位一致好评。
科技创新成果只有应用到生产一线才能焕发出生命力。最终，机巡作业微应用经过30余次的迭代升级，成功接入21项业务中台服务，开发87个功能模块，可实现空域申请、计划制定、巡检作业、数据分析等九大机巡业务线上流转，进一步解决了当前无人机巡检数据线下流转慢、安全管控不足等问题，促进无人机巡检业务从线下分散作业向线上集中监控模式转变，并于2021年12月通过验收。
截至目前，机巡作业微应用注册用户4367余个，100%覆盖一线无人机巡检班组，日均活跃帐户500余个，已录入自主巡检航线16万余条，上传机巡高清图像660万余张，应用人工智能识别图像超500万余张，识别缺陷7.2万余处。
构建人工智能算法培育机制
提升机巡数据处理效率
“因为不用在设备间来回穿梭，所以之前无人机在输电线路上应用比较广泛，但在变电站内飞无人机，会遇空间狭小、电磁干扰、视觉误差等一系列问题，使用传统人工操控无人机巡检不合适。”团队负责人陈伯建说。
220千伏、500千伏、1000千伏……刚开始探索在变电站内无人机自主巡检就像在刀尖上跳舞一样，特别有压力，但也特别有成就感。2020年以来，团队相继攻克了变电站高精度三维建模、无人机巡检航线规划、复杂环境抗干扰等一系列关键核心技术，2020年9月完成了世界上首次特高压变电站无人机多机协同自主巡检，2023年6月实现56个变电站无人机自主巡检，已规划航线1569条，航线总长度55.7万公里，可巡检点位7.4万处。
随着自主巡检技术瓶颈的解决，无人机巡检得到更广泛的应用，平台也产生了海量的数据。如何高效处理海量数据成为技术攻关团队面对的又一难题。对此，团队着手探索应用人工智能技术，打通机巡作业微应用与“两库一平台”链路，自动调用人工智能模型算法对巡检照片进行识别，识别结果经人工复核后上报至设备运维精益化管理系统，并推送缺陷信息给运维人员，达到“无人机巡检—缺陷分析上报—联动消缺”一气呵成。
理想很丰满，现实很骨感，早期平台每天智能识别1万张无人机巡检图像，大家却发现识别率只有70％左右，每发现1个缺陷还会误报7个缺陷。哪里出问题了？“样本太单一，规则不完善、模型不匹配，当前算法模型都是线下训练，样本数量与质量得不到保证，训练结果又无法直接应用于生产一线，需求与研究脱节。”团队成员李哲舟说。
为解决传统人工智能算法研究与生产脱节问题，快速提升算法实用性，团队建立算法培育机制，组织华为等厂家将模型训练融入到机巡平台日常生产中，组织华为等厂家按周进行算法PK，按月更新模型至人工智能平台，通过机巡作业微应用与“两库一平台”实现人工智能样本收集、模型训练、现场应用、需求反馈闭环线上流转。经过3个月的努力，目前模型识别准确率已提升至75％左右，缺陷误报率降低至3个左右，初步实现辅助一线班组进行照片审核工作，机巡数据处理效率有了较大提升。
拓展“机场＋网格化”等应用场景
打造“无人化”巡检新范式
在无人机智能巡检科技攻关团队成立伊始，成员们的心中便一直有一个梦想，就是实现整个无人机作业全过程“无人”值守，飞手不用到现场就可以完成电力线路、变电站的巡检工作。为进一步提升变电无人机巡检“无人化”水平，该团队大力探索“小型化、高可靠、低成本”的机场应用。
2022年，在国网无人机自主巡检样板间建设成果的基础上，该团队聚焦“安全、质量、效能”提升，探索基于无人机的输电、变电、配电多专业数字化、“无人化”巡检模式，全面开展三明城郊（山区）、福州平潭（海岛）、厦门同安（平原）等“无人化”巡检示范区建设。“无人机‘机场＋网格化’协同巡检模式打破了传统专业间的壁垒，实现了多专业共享共用，节省大量工时，且真正做到全自主‘无人化’作业。”陈伯建介绍。
截至目前，该团队已应用6种56套不同技术路线的机场，并牵头完成国家电网有限公司首个无人机机场标准《电力无人机机场技术规范》编制，为机场规模化应用贡献福建经验。
在探索无人机自主巡检的同时，团队也在继续挖掘无人机巡检多专业多场景应用方式，利用无人机实时监督高空作业、搭载Ｘ光射线仪对耐张线夹开展空中数字射线成像检测，以及开展灾前勘察、灾后灾损评估等等。联合水口集团公司克服水轮机蜗壳内部完全封闭，信号被屏蔽等诸多困难，开展国内首次水电站蜗壳无人机巡检；在闽粤联网工程建设初期，应用“无人机＋数字孪生”技术模拟实际架线情况，实现线树矛盾提前预测、树障距离及范围精准定位，清障范围精确至分米级，有效保障了闽粤联网工程建设进度……
一个又一个创新成果落地应用的背后，是国网福建电科院无人机智能巡检科技攻关团队深耕专业技术，在多元拓展中寻找自我价值，让创新开拓结出累累硕果。
未来，团队将依托机巡技术搭建电网实景三维模型，推进数据智能化分析、智能化缺陷诊断和工单驱动运维管理，加大无人机机场配置，拓展无人机网格化巡检应用范围，以数字化技术赋能新型电力系统省级示范区建设，在现代设备管理体系落地实践中积极打造“福建典范”。
