效率倍增，开启无人机完全自主巡检模式————复亚智能携手飞桨为电力巡检量身定做AI大脑

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<article><section data-type="rtext">摘 要：本案例描述了中国电网基础设施巡检数字化升级背后的科技力量。中国电网基础设建设世界领先，多年以来我国从未发生过类似美国、印度等国家影响千万至数亿人口的大停电事件，这背后是我国电网运维检修人员日以继夜努力的成果，加快推进电网转型升级，进一步缩短停电时间，这也对现有“人巡为主，机巡为辅”条件艰苦、成本高企的巡检模式提出更高要求。复亚智能携手百度飞桨为电力巡检行业，打造国内首个无人机“AI大脑+3D感知导航”智能巡检飞行系统。通过对电网通道进行快速三维实景建模，获取可视化精准数据，突破了常规通过激光点云建模，规划航线、执行拍摄、再倒出数据建模，并等待数天后才能预设航线实现无人机自动巡检的难点。“AI大脑+3D感知导航”以“三维感知、目标识别、任务路径实时规划、目标拍摄”让无人机电力巡检更加智能。无人机携带AI大脑、激光雷达和视觉系统，通过在线3D建模和深度学习技术，学习区分直线塔、耐张塔的种类，规划巡检路线，并根据运检规范，优化运检方案中对光线要求较高、细小物体建模精度低、时效性差等问题。“AI大脑+3D感知导航”自主化无人机巡检方案，适应多杆塔类型，大幅提升电网巡视的速度和频次，巡检效率提高100%，人工成本降低60%。关键词：飞行大脑；科技创新；人工智能；电力巡检；飞浆案例正文：2021年秋，在一家电网企业指挥中心内，随着工作人员点击无人机自动巡检平台上任务开始按钮，一台搭载“AI大脑+3D感知导航”的无人机从自动机场内腾空而起，不依赖点云和预设航线（即不依赖预先点云建图和人工航线规划）全自动对站外5～8公里半径的杆塔与线路开始巡检，采集架空高压线路的导线、金具、绝缘子的外观数据，将拍摄的照片实时上传云端进行缺陷识别，并按照线路、杆号、缺陷整理归集。根据《国家电网有限公司架空输电线路无人机智能巡检作业体系建设三年工作计划（2019-2021年）》已明确指出，无人机平均巡线率需高于60%，发达省份需率先达到85%。对于无人变电站、除了周固定频次的日常巡检，还具有强应急需求，需要无人机迅速进行巡检并识别潜在风险设备。20多年来，国家电网持续创造了全球特大型电网最长安全纪录，建成多项特高压输电工程，成为世界上输电能力最强、新能源并网规模最大的电网，这些成绩离不开每位电网人日以继夜的拼搏努力，也离不开电网人对技术不断革新的孜孜以求。变革，无人机助力传统电力巡检目前我国已经建成了六大跨省区的电网，分别是南方、西北、华东、华中、华北和东北这六大电网，输电线路总长度超过了115万千米，500KV及以上的输电线路已成为各区电网输电主力。我国幅员辽阔，地形复杂，加上气象条件的复杂多变，给跨区电网和超高压输电线路工程的建设带来了极大的挑战，尤其在建成之后的维护与保养工作中，仅依靠现行的检查手段难以满足高效快速的工作要求。无人机应用于电力输电线路巡检，不受地形地貌限制，在险峻山区、河流交织的地貌中大展身手。机载高清摄像设备可对输电线路故障进行实时在线定位和监控，地面站控制人员可根据地面站回传实况及时发现重大隐患，从而实现了杆塔巡查效率的提高，节省了大量人力物力，保障了巡检人员工作安全性，在复杂地形下无人机巡检可达人工巡检效率的10倍以上。电网领域无人机技术的应用，有效缓解了电网不断扩大的巡检人员需求,提高了输电线路巡检效率与质量, 加速了电网自动化系统的集成度。新技术的应用带来新的痛点，采用无人机进行巡检作业，需要雇佣大量的飞手，人员成本会很高，在我国接近40%的电力杆塔都在山区，电力杆塔，通行成本也很高，人员安全也没有保证。同时，巡检人员操控无人机水平参差不齐，也会造成飞行精度和一致性也存在较大差异。<img data-alt="无人机路径规划与巡检" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/cf2f84913678bc6cbf3ec6669c3adaf7u1.png?imageView2/2/w/1260" />挑战，无人机的完全自主飞行模式常见的无人机自动飞行巡检，是通过人工试教或离线规划航线告诉无人机要执行的步骤：人工试教是飞手在现场手持遥控飞行，运用遥控器记录飞行位置，来编辑最佳巡检航线，无人机便按照航线规划的路径，进行飞行作业。另一种则是离线规划，重建整个工作场景的三维环境数据，根据任务需求在三维地图中规划任务航线，生成运动轨迹控制指令，然后在软件中仿真和调整轨迹，最后生成控制代码传输给无人机。两种规划方式都能满足固定航线下自动飞行航线规划需求，但依然存在应用成本高、操作专业度要求高、获得时间长等问题，我们需要更加简单、易用的无人机自动巡检技术，来加速无人机巡检应用的规模化普及。无人机完全自主巡检技术面临四大挑战：第一，电力杆塔类型多达20种，每种类型存在不同的尺寸，无人机检测精准度难以保证；第二，杆塔多处野外，地面情况复杂，杆塔数据识别提取难度大，方案需要适应不同的塔型；第三，深度学习中，学习样本数量有限的情况下，会出现检测效果不佳，如精度低、漏识别、误识别、多次识别、局部识别等问题；第四，AI大脑加载在无人机上，重量与尺寸有严苛限制，算力有限检测速度较低。<img data-alt="输电线杆塔种类" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/ae07fdcc02d063e0caba27fe6ef63577u1.png?imageView2/2/w/1260" />破题，AI大脑+3D感知导航经过反复的技术钻研，复亚智能找到答案——利用3D视觉技术，基于飞桨深度学习开源平台的PaddleDetection、PaddleSlim，研发出一套全自主无人机巡检系统，为电网作业巡检用户提供不依赖三维点云和预设航线（即不依赖预先点云建图和人工示教航线规划）的全自电力杆塔与通道巡检系统。<img data-alt="“AI大脑+3D感知导航”全自主运检专家系统示意图" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/a59aab79286332d65172be133446ff90u1.png?imageView2/2/w/1260" />搭载高倍光学变焦高清摄像镜头与激光雷达，通过图像识别技术自主识别杆塔类型和杆塔部件目标种类，探测目标的精确位置，运用飞桨的图像分类检测，计算杆塔相对无人机的方位角，机载激光雷达，快速地获取输电线路通道沿线地貌形态、地表附着物（树枝、建筑等）、线路杆塔等实时点云数据，自主规划飞行巡检路线完成杆塔目标检测。该系统具备四大核心亮点——亮点一“效率高”。4分钟完成全自主巡检一级塔，预计减少人力成本50%以上，相比飞手操控无人机巡检缩短30%以上时间。大幅提升巡检效率，节省人力开支，通勤所产生的车损、油耗、安全事故等也大幅减少。亮点二“看得准”。在拍摄杆塔部件时，激光雷达实时建模捕捉深度信息，计算出杆塔部件三维坐标，深度神经网络精准检测目标在镜头中的位置，有效排除杆塔上其他相似部件干扰。高清镜头始终锁定目标处于画幅中央，自动调整焦距进行细节放大，针对性的对故障进行诊断。<img data-alt="无人机机载相机自动目标对准与放大" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/c5ac9303984d9a3a7c3cd324415c4a62u1.png?imageView2/2/w/1260" />亮点三“看得全”。通过视觉对杆塔类型识别，实时规划量身定做的飞行路线，确保目标无一遗漏。后端处理系统根据缺陷识别规则，对所拍摄图像中典型部件进行自动定位、识别、缺陷整合分析，将缺陷进行部件类型、缺陷类型、缺陷状态等多个维度进行分类，便于电网运维人员后续展开查询和工作复盘。亮点四“全自主”。视觉识别和激光雷达，实时感知被检测目标以及周围环境，避免无人机与外部的障碍物碰撞产生安全事故。对拍摄质量进行复核，如识别到曝光、虚焦、画质问题图片，无人机将自动调整朝向、相机云台角度再次拍摄，确保拍摄质量。过去几个月的实测数据显示，“AI大脑+3D感知导航”全自主化无人机巡检方案，相比常规自动无人机电力杆塔巡检方案，效率提升了30%以上。无人机+AI已成为工业巡逻巡检的必然发展方向，以常态化、精细化、智能化、在线化的显著优势，复亚智能在电网巡检、交通巡逻、水务巡检、光伏巡检、园区巡逻等多领域已开始规模化落地应用。随着传统领域数字化转型的深入和智慧城市应用的快速发展，未来，工业无人机自动巡检系统的应用将有着无限的可能。案例评点：“中国是能源大国，随着社会经济不断发展，用电设备不断增大，用电需求和人力限制之间的矛盾，电网负荷呈整体稳步上升趋势，成为制约电网运行的重要因素； 为了保障设备的可靠运行，电网企业联合复亚智能科技、复旦大学等企业院校，把国内首个无人机“AI大脑+3维感知导航”全自主运检专家系统融入电网运维、运检中，将会对中国电力巡检非常大的促进作用和积极的科技助力意义。”国网泰州供电公司智能运检中心</section></article>

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