张朝晖 成鑫 牛猛 黄勇
摘 要：该文通过对阳煤集团的电力系统引入无人机等技术，开展了自动化电力巡检的应用与研究。对无人机硬件的能力和实际应用需求进行分析，并基于人工智能算法，开发相应的图像批处理软件，将无人机作为数据采集端，识别软件作为算法端，通过大量的数据学习和分析，实现了应对多种典型故障具有较高的识别准确率。另外，通过图像数建立线路走廊三维模型，可较为直观地对线路状态进行掌握，大幅度提升了巡检效率。
关键词：无人机 煤矿 电力系统 运维
中图分类号：G64 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（b）-0084-03
Application and Research of UAV in Coal Mine Power System
ZHANG Zhaohui CHENG Xin NIU Meng HUANG Yong
（Yangquan Coal Industry （Group） Co.， Ltd.， Yangquan， Shanxi Province， 045008 China）
Abstract： This paper introduces unmanned aerial vehicle （UAV） and other technologies into the power system of Yangquan Coal Group， and carries out the application and research of automatic power patrol. Ability and practical application of unmanned aerial vehicle （UAV） hardware demand is analyzed， and based on artificial intelligence algorithm， developed a corresponding image batch processing software， the unmanned aerial vehicle （UAV） as the data acquisition end， recognition software as algorithm， through the study of a large amount of data and analysis， to achieve the deal with a variety of typical fault has higher recognition accuracy. in addition， through the establishment of line corridors image number 3D model， can be more intuitive to master line state， greatly improve the efficiency of inspection.
Key Words： UAV; Coal mine; Electric power system; operations
陽泉煤业（集团）股份有限公司属于技术密集型产业，需要持续进行技术创新，以保持持续的竞争优势。基于此需求，拟在生产智能化方面开展深入研究，引入智能化设备满足和提高现有的生产效率。而作为煤炭行业的重要基础保障，供电输电设备的运维极为关键，为了增强运维能力和提高运维效率，特开展以无人机为平台的电力运维智能化应用与研究。
1 无人机电力系统巡检现状
伴随控制技术、无刷电机和锂电池等相关技术的快速迭代，多旋翼无人机不断演进，随着在操控和携带方面的不断提升，应用场景也不断增多。特别是在电力巡检行业，通过无人机开展线路的巡检作业，在行业内受到了广泛好评和不断推广[1]。
人工的大部分常规巡检作业可以使用无人机进行巡检替代，人员工作强度能有效降低，安全性得到提高，还能提高电力线路巡检及维护效率，保障电力运行稳定，避免对用户产生影响[2]。据行业专家分析，采用无人机巡线效率比人工作业提高了数十倍。2014年至今，国家电网持续推广无人机在电力巡检作业中的应用，无人机巡检作业已经成为行业精细化考核指标的重要组成部分。
2 研究与应用
对于煤炭开采企业，电力供应是其生产的生命线，因此对电力系统运维保障要求较高，一般其发电和供电设施由其自行负责。另外，输电线路的架设，会通过煤层上方，煤层开凿的区域，且会对地表产生一定影响，同时可能对电力塔架产生影响，因此，对于此类环境，除了对塔架本身的巡查，还需对线路走廊以及地质变化进行一定程度的监察[3]。
2.1 技术方案
针对阳煤矿区现有的输电线路及设施巡检作业方式，并根据实际地理情况，提出一套适用于当地的智能电力设施巡检解决方案。同时，提高作业效率，并在一定程度上降低设施维护成本，提高阳煤集团在生产维护方面的智能化程度，为阳煤集团培养和锻炼掌握先进技术人才。同时，该文总结提炼了作业流程，并根据经验对可能出现的问题制订了相应作业预案[4]。
2.2 实施情况
对杆塔上的部件，如：接地装置、拉线及基础、绝缘子、导线、地线、引流线、防雷装置、各种监测装置、杆号、警告、防护、指示、相位等标识电缆、电缆头等的状态进行图像数据采集，采集时可同时获取可见光图像和红外光图像。
无人机线路走廊巡检可达效果：基于三维模型，对线路两侧各一定范围内的地理环境及状态进行记录和观测，并对数据进行归档存储。通过三维的数据形态，可直观地观察线路周边环境状态，如植被状态、违建状态、外围是否存在施工状态;同时，可在线测量模型中的主要数据，如面积、距离、体积等，也可以用来帮助建立线路走廊安全飞行航线。
另外，针对无人机采集的数据识别和诊断工作量大的问题，开发了基于智能算法的图片批处理软件。该软件针对无人机电力巡检而开发，基于航拍图像的输电线路部件故障自动检测系统，主要依托QT强大的人机交互功能和先进的人工智能算法对输电线路部件进行智能识别分类[5]。该系统包含识别诊断和缺陷管理两大模塊。识别诊断模块利用识别精度较高的网络模型，对电线线路部件等重点对象的图像数据实现批量化的自动故障检测以及分类保存;缺陷管理模块中主要由人工对识别诊断结果进行二次确认，通过故障部位的图像中所包含的经纬度信息，可以快速确定所属塔杆以及所在具体的位置，自动生成相应的故障检测报表，以便维修工作人员及时维护，为输电线路故障检测大幅度提高了工作效率，提升了线路巡检的自动化程度，一定程度上实现了智能化[6]。
3 结语
该文对阳煤集团的电力系统通过引入无人机，开展自动化电力巡检研究，并基于人工智能算法，开发相应的图像批处理软件，将无人机作为数据采集端，识别软件作为后端算法端，通过大量的数据学习和分析，实现了应对多种典型故障具有较高的识别准确率。另外，通过图像数建立线路走廊三维模型，可较为直观地对线路状态进行掌握，大幅度提升了巡检效率。其主要有以下特点。
（1）开展了多种类的无人机在线路巡检中的测试和应用，可应对多种需求和使用场景。
（2）开发了“智能塔架缺陷自动识别系统”软件，该软件利用机器学习等人工智能相关技术，用软件判读替代了传统的人工判读，即降低了人员劳动程度，又提高了作业效率。
（3）利用单镜头相机搭载无人机实现三维线路走廊数据的获取，是一种成本较低且效率较高的技术手段。
参考文献
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[2] 张鹏.基于数据分析的宜宾电网输电线路无人机巡检应用研究[D].电子科技大学，2020.
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[4] 刘志颖，缪希仁，陈静，等.电力架空线路巡检可见光图像智能处理研究综述[J].电网技术，2020，44（3）：
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[5] 张从新，赵乐，王先培.复杂地物背景下电力线的快速提取算法[J].武汉大学学报：工学版，2018，51（8）：
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[6] 马建，孙守增，芮海田，等.中国筑路机械学术研究综述·2018[J].中国公路学报，2018，31（6）：1-164.
