一、光伏发电站巡检
（一）需求分析
由于光伏发电行业具有特殊性，因此，光伏发电站往往地点偏远，设备众多，且分布范围区域广阔。一旦发生设备故障或污损，将造成直接财产损失及安全隐患。现有的人力巡检方法存在效率低、错误率高、巡检时间长等诸多问题。如今无人机的普及问世，对光伏电站巡检、运维可以说是锦上添花，既省时省力又省钱，一台小小的无人机可以轻松自如的完成光伏电站的巡检运维工作，代替了人工危险的高空作业和超大的工作量。
（二）解决方案
系统功能：
1.编辑无人机巡检区域，以“S形”自主完成区域内太阳能板的日常巡检（见图7-3）。
2.全屏测温，数据采集到地面站后进行视频/图像分析。
3对温度超限太阳能板位置进行自动记录和存储。
图7-3无人机光伏巡检
系统包括以下三层结构：
数据采集层：
1红外及可见光视频。
2.红外测温数据，大气、环境、地理信息等全方位传感信息采集。
数据传输层：
1.支持传统图像传输链路。
2.支持混合数据链及多通道数据链。
数据处理层：
1.包括无人机智能控制导航系统，数据存储分析系统等。
2.提供云端接口，进行数据云传输、云存储及云计算。
多光谱热成像相机在屋顶光伏板检测与大型光伏电站的运维上具备明显优势。多光谱热成像相机可以短时间内扫描处于工作状态中的光伏板，能清晰地用影像呈现温度异常（见图7-4）。
图7-4热成像效果图
通过使用热成像进行检测，能迅速确定出现故障的光伏板，及时进行修复，保障发电站保持最佳的状态。使用多旋翼无人机飞行平台搭载热成像相机，续航时间长达30分钟，一次飞行可以检测大片区域。多功能云台还可搭载摄像头，可拍摄和记录清晰的4K视频，是光伏板阵列检测的得力工具。检测人员只需通过航拍素材初步判定故障区域，然后前往确认即可，与传统的步行全场检测方式相比，工作效率显著提升。
通过热成像拍摄，巡检人员可以快速筛查出损坏或过热的电池板，即使一个电池损坏，也可能造成整个系统短路，从而让整个机构瘫痪，最终导致昂贵的维修成本。通过3D建模、点云数据、高分辨率照片、红外线视频和成像，多光谱热成像相机为光伏巡检节省了大量时间，另外，无人机高清图传技术还为光伏巡检提供了更高的广度、清晰度和可靠性。在安装热成像像机时，显示器能呈现经过加密和调色的低延时热成像画面。
（三）应用案例
2017年6月15日，上海某公司携带自主研发的无人机巡检系统，为某工厂的分布式电站进行热斑检测。光伏组件分布于工厂厂房的房顶，整体概况如图所示，此房顶电站容量400KW，数据采集时间30分钟，大体流程为：（1）现场勘查:无人机搭载可见光相机，首先对工厂进行基础勘测。（2）自动航线巡检:无人机搭载热红外相机，地面站自动规划飞行航线，采集红外数据；（3）软件分析处理：将无人机采集的红外数据上传软件进行处理分析，生成热红外温度信息概况图，直观的呈现出测区热斑分布情况，同时定位出光伏组件热斑的具体位置。通过无人机智能航线飞行，采集可见光、红外热成像温度数据，软件智能分析处理后得到的热斑位置图，以及标注出热斑温度的位置图，其中位置图呈现的方向和地图一致。
二、风力发电站巡检
（一）需求分析
在电力巡线中，风力发电站的发电机巡检更为复杂，也更具挑战。目前，检测风力发电机需要将工作人员运送到高空中进行作业。这样不仅有很大的安全隐患，而且需要在检测前停工，影响发电效率。与传统手段相比，使用无人机让风力发电机检测变得安全、便捷。无人机定位精准，可从空中接近风力发电机，检测人员的安全风险大幅降低。而且目前多旋翼无人机先进的环境感知与避障功能可有效避免撞击事故，确保飞行安全。无人机搭载的摄像头能拍摄超清图片及4K视频，用这款相机可以清晰地辨识发电机外部的损伤和故障隐患。通过高清图传系统，可实时进行检测，也可以通过飞行器储存的超高清视频素材进行后续分析。全新的技术大幅缩短了停机检修时间，提升了工作效率。
（二）解决方案
在进行风电巡检时，我们面临的最大挑战是要靠近风力涡轮机，查看是否存在损坏或对涡轮机正常工作造成的隐患，大部分无人机配备广角镜头，要距离风力涡轮机一米左右，才能进行全面检测，我们需要搭载可变焦镜头，这样才能让飞行器与涡轮机保持安全距离，同时能够看清设备上的所有细节，甚至是数字和字母，变焦镜头有10～30倍光学变焦，飞行器只需与涡轮机保持二三十米距离即可，与客户进行巡检作业时无人机操作便捷式显示尤为重要，指点变焦功能，可快速准确地捕捉画面，选点指定拍照，相机则会自动放大目标，可在地面实现技术讨论（见图7-5）。
图7-5飞行安全距离
连拍模式在巡检时非常实用，将连拍模式搭配航点飞行一起使用，连拍3～5张照片，让巡检更全面，为客户提供所需资料，大大超出预期（见图7-6）。
图7-6航线连拍模式
（三）应用案例
龙源电力中能科技开发公司在福建南海上完成风电场无人机叶片智能巡检试飞工作，无人机叶片巡检开始进入海上风电场运维。
该巡检技术使用无人机飞行平台作为载体，搭载高分辨率可见光相机观察记录叶片表面状态，巡检作业人员将无人机部署到船舶或塔底平台起飞点位后，通过“一键巡检”功能即可进行风电机组叶片表面状态的图像采集。
巡线工作组到达作业地点后，即可轻松使用挂载多功能变焦镜头开展空中巡检工作。高清实时图传让巡检员在飞行中就能快速发现故障点。同时，这款相机可拍摄1600万像素照片和4K影像，为巡检后期分析提供充分的画质保证。全新的飞控支持导航系统，使得飞行器获得厘米级别的悬停精度。此外，还可通过地面站，设置标准飞行模式，实现自主飞行或利用基站同时控制5台飞行器对不同的线路段进行检测（见图7-7）。
图7-7无人机观察叶片表面状态
三、输电线路巡检
（一）需求分析
随着经济高速发展与社会用电需求的与日俱增，超特高压远距离输电技术得到了快速发展，电网规模不断升级扩大。输电线路里程的迅速延伸及走廊环境的日益复杂，线路维护人力、物资成本的不断提高，给线路运维检修工作带来了巨大挑战。无人机在输电工作中应用范围不断扩大。主要包括以下几个应用场景:
人机协同巡线、故障巡视、诊断性巡视、施工检修前的现场勘察、运行情况监测、输电线助架线、紧急情况人员搜救、输电线路数据测量。
（二）解决方案
电力线路巡检是管理电力线路的核心工作，通过一系列精细化的巡视，对电路线路进行检查，及时发现问题，消除隐患，为人们的生活和生产用电提供保障，无人机技术的发展迎合了电网对信息化及自动化的需求，使用无人机进行巡检，已成为一种趋势，过去传统的巡检方式，通过望远镜进行观察或者通过爬塔近距离检查，山区的基塔都建在上顶上，人力到达山顶需要翻山越岭几个小时，其危险性和对工作人员的经验要求极高，像这样的山区，一个人一天大概可以巡查2个基塔，现在一般使用小型四轴多旋翼如大疆精灵4P作为小型巡检工具，它方便携带，相机分辨率高，且成像清晰，一次精细化巡检可以巡视3～4个22万伏线路塔或2～3个50万伏线路塔，对一个塔多部位进行拍摄，就可以满足巡检需求，一个架次18分钟左右的飞行最多覆盖5千米的区域，无人机的工作效率是原来人工巡检的8～10倍，让每天的工作效率有了质的提升，也大大降低了巡检人员的风险（见图7-8）。
图7-8无人机电力巡检
随着无人机介入日常线路巡检工作，输电线路巡检的整个工作模式和精细化程度都迎来了很大的变化。在线路巡检上，线路发生跳闸后，重合闸成功的线路处于带电状态，受电磁干扰，无人机很有可能发生撞击电线导致坠毁的情况，这时我们使用续航时间较长的六旋翼加D-RTK技术可以避免电磁干扰，增加安全性，同时还可以搭载多光谱热成像相机，可以近距离测温，准确性高，且发热部位易于确认，检测到导线和绝缘子异常发热时，能及时地检修，消除隐患，防止故障发生。
无人机巡检系统指利用无人机搭载可见光、红外等检测设备，完成架空输电线路巡检任务的作业系统。无人机巡检系统一般由无人机分系统、任务载荷分系统和综合保障分系统组成。无人机分系统由无人驾驶航空器、地面站和通信系统组成，通过遥控指令完成飞行任务。任务载荷分系统指为完成检测、采集和记录架空输电线路信息等特定任务功能的系统，一般包括光电吊舱、云台、相机、红外热像仪和地面显控单元等设备或装置。综合保障分系统是保障无人机巡检系统正常工作的设备及工具的集合，一般包括供电设备、动力供给（燃料或动力电池）、专用工具、备品备件和储运车辆等。
线路的维护与巡检在电力系统中有着相当重要的作用，也得到了更多电力专家的重视。通过相关的数据和图像资料可以清楚地看到，在观察设备外观情况时，无人机技术可以起到相当关键的作用，通过无人机，电力部门相关人员可以清楚判断重要部件是否受到损坏，保证输电线路的安全，保障居民的用电。除正常巡检和特殊巡检外，还可将无人机应用在电网灾后故障巡检。当灾害导致道路受阻、人员无法巡检时，无人机可以发挥替代作用，开展输电线路巡查，准确定位杆塔、线路故障，且视角更广，能避免“盲点”。无人机巡检提高了电力维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的情况下迅速完成，比人工巡线效率高出40倍。在巡检过程中，还可通过无人机清除线路上的风筝、气球、塑料袋等异物。
经过EPRI对电网故障检测数据统计，故障50%是紫外发现的、28%是红外发现的、22%是可见光发现的。电力缺陷巡检的质量实质上是多光谱设备协同作用的结果，目前无人机主要巡检设备主要都是基于可见光单光谱巡检，少部分紫外或者红外的单光谱检测设备。在单光谱检测中，尤其是可见光，可以对显而易见的问题进行查找；而如果采用单光谱轮替进行，会急剧增多检测工作量，提高作业成本。此外，红外和紫外图像非对巡检人员视觉友好型，无法通过红外和紫外图像直接引导巡检人员操作无人机飞行，需要专业的无人机操作手执行飞行任务（见图7-9）。
图7-9多光谱巡检
（三）应用案例
南京百家湖科技基于智能图像识别技术、视觉深度学习技术，结合无人机、巡检车、固定摄像机等对输电线路巡检自动拍摄的影像资料，对输电线路杆塔、导地线、绝缘子、大尺寸金具、小尺寸金具，基础通道环境、接地装置和附属设施等缺陷隐患进行自动识别、分析，搜索典型的缺陷隐患。可自动输出典型的疑似缺陷隐患识别图（见图7-10）。
图7-10疑似缺陷隐患识别
四、激光雷达巡检
（一）需求分析
杆塔精细化巡检，主要利用无人机针对高压电线杆塔本身进行拍摄，拍摄后通过对照片分析，查找杆塔有无缺陷。而激光雷达巡检主要以无人机搭载激光雷达作业，经扫描后获取三维点云模型，最终起到电力线与下方树木之间的距离预警作用。
激光雷达巡检前期准备工作和杆塔精细化巡检准备工作基本相同，但激光雷达巡检多了一项航线采集工作。因为激光雷达本身设备昂贵，所以对航线的要求和飞机的稳定性、可靠性要求特别高（见图7-11）。
图7-11无人机自动化巡检
（二）解决方案
利用机载激光雷达测量系统获取的高精度点云可以检测建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离是否符合运行规范，为输电线路监护人员提供数据基础，发现输电线路设施设备异常和隐患及线路走廊中被跨越物对线路的威胁（见图7-12，图7-13）。
图7-12激光雷达巡检
图7-13无人机激光雷达巡检
应用效果
利用无人机激光雷达技术进行电力巡线是一项先进的技术手段。采用该项技术进行电力巡线，不仅可以大幅度提高工作效率，也能大大减少野外工作，降低巡线成本。在传统的巡线工作中，100千米线路需要20个巡线人员工作1天才能完成，而利用无人机进行巡视，
需要4个架次共计2人1天就能完成，大大提高了巡视效率，且不受地理环境的限制。无人机激光雷达技术通过对电力走廊上电线塔、电力线、周围植被等地物的点云数据采集、处理，可以实现电线杆塔、电力线的真实三维重建，实现植被与电力线的精确量测，发现线路存在的安全隐患，为管理者的决策提供真实、有效的数据支持，避免线路事故停电，可以挽回高额的停电费用损失。
线路资产管理
通过巡线采集的点云和高清影像数据，处理成标准的DOM、DEM，结合分类后的点云可以实现电力线路的三维建模，恢复电力线沿线地表形态、地表附着物（建筑、树木等）、线路杆塔三维位置和模型等，并将线路的属性参数录入，实现线路资产管理（见图7-14）。
无人机图像目标自动检测
目标自动检测适用于目标特征明显、能反映地物信息的场景。智慧工地的巡检就是一个很好的例证。在工地施工领域，无人机通过探测以下基础设施来捕捉房屋在不同阶段的建造进度：地基(开始)——墙面板(正在进行)——屋顶(部分完成)——护墙(收尾)——热水器(可以搬入)（见图7-15）。
图7-15无人机图像目标自动检测
检测到完整的房子
下面是每个类的平均精度：
无人机自动识别目标屋顶：95.1%；热水器：88%；墙面板：92%；护墙：81%。
测试与集成：在模型训练好后，将API直接集成到智慧工地管理系统中。
最后一步，图像被拼接起来并使用与每幅图像相关联的GIS数据创建整个景观视图（见图7-16）。
图7-16拼接的全景视图
可见光树障分析
可见光树障分析软件是针对无人机树障巡视而研发的自动化数据分析软件，支持多旋翼和固定翼无人机的可见光、激光雷达数据来源，可实现输电导线弧垂建模、点云分类、树障安全距离分析、树障危险性分析，快速定位树障位置，识别树障类型，并生成树障分析报告（见图7-17）。
图7-17自动生成树障报告
预测的图像拼接在一起创造了整个景观视图
太阳能发电厂的日常检测和维护是一项艰巨的任务。传统的人工检测方式只能支持每三个月一次的检测频率。由于环境恶劣，因此，太阳能电池板可能会有缺陷。损坏的太阳能电池板部件会降低功率输出效率（见图7-18）。
图7-18左图太阳能电池板的原始图像 自动化系统检测的缺陷定位和分类
（三）应用案例
2019年，广西玉林供电局采用无人机三维激光扫描技术对110千伏寨隍线线路通道开展了带电巡视。通过新技术的运用，输电线路走廊内的树木、地形等显露无遗，影响电力线路正常供电的树障隐患也能第一时间发现。此前，该局线路通道内的树障观测要靠电力工人上杆或者爬到更高处才能完成，由于外部条件限制，对树障判别容易产生误差，导致在极端天气情况下树木与输电线路安全距离不够产生放电，线路停电情况时有发生。无人机三维激光扫描技术的出现有效弥补了这方面的不足，通过对高科技的应用，树障与导线的距离判断能精确到厘米级，能够准确发现树障隐患，进一步提高了供电的稳定性，同时还可以极大程度地减轻人力资源损耗。
五、输电线路故障排查
（一）需求分析
新形势下，电力行业快速发展，高压、超高压输电工程不断增多，满足了用户用电需求的同时，电网的大规模与复杂性，增大了输电线路的故障发生几率。此时，面对大规模的电网与四通八达的输电线路，传统的故障点检查方式已经无法保障电网可靠运行。积极引进小型无人机，全方位监察输电线路，快速查找输电线路路上的故障点，具有重要意义。无人机在输电线路故障点查找中的应用优势，无人机的普及，大大提高了我国输电线路的可靠性（见图7-19）。
图7-19无人机杆塔自动化巡检
（二）解决方案
无人机根据巡检事前编好的电塔GPS坐标点（或者读取高频RFID芯片），进行自动飞行巡检，巡检内容包括：引流线（有无断股）、杆塔（有无鸟窝、损坏、变形、紧固金具松脱金具被盗）、绝缘子（有无脱落、破损、污秽、异物悬挂）、防震锤（有无变形、存在异物）、线夹（有无松脱）、导线（有无断股、异物悬挂）、地面环境（有无在规定范围建筑房屋和超范围生长的植物）等（见图7-20）；无人机执行巡检监控，并实时同步传输到地面工作人员；无人机完成巡检任务后，地面工作人员根据巡检内容信息判断巡检结果，并根据具体情况制定相应的解决措施。
图7-20无人机巡查线路
无人机通过挂接热成像设备，对巡检线路进行巡检，通过温度异常变化对比值，发现隐蔽性较强的故障点，结合传统可见光巡线，热成像巡线将大大提高故障点检测的准确性。无人机搭载热成像设备夜间巡检输电设备判断依据：导线（有无红色发热点）、线夹（有无接触点发热）、引流线（有无发热点）、绝缘子（有无击穿发热）、杆塔（有无击穿发热）、耐张管（有无发热）（见图7-21）。
图7-21无人机热成像巡检图
（三）应用案例
青海省刚察县热水镇江仓地区海拔3000多米，国家电网在使用无人机对110千伏热仓线开展故障排查工作。
线路巡视人员前期运用航线规划设定好无人机飞行路径和数据采集点，无人机在距离设备2.5米处进行近距离拍摄，通过可见光拍摄及红外测温，可以精准发现螺栓、销钉、螺帽等设备是否脱落，极大地减少了人工巡检的劳动强度和作业风险，还能够发现人眼发现不了的隐患及细小缺陷，在效率和精度上都具有明显的优势（见图7-22）。
图7-22海上风电场无人机叶片智能巡检
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