国网山东电科院打造“空天地”立体智能巡检

通讯员 郑文杰 张劲

日前，国网山东省电力公司牵头、国网山东电科院具体组织、国网智能公司等单位参与申报的科技成果“基于人工智能的输电线路大规模立体巡检关键技术及应用”荣获2023年度中国电力科学技术进步一等奖，实现了历史性突破。

该成果构建了“空天地”立体智能巡检体系，实现大规模输电线路场景全方位监控、巡检影像智能分析、缺陷隐患实时预警处置，推动输电线路巡检模式完成“无人机替代本体人工巡视、可视化替代通道人工巡视”的深刻变革，显著提升输电线路防护水平。

智能监拍 实现线路通道实时监控

“近年来，随着社会经济发展，全国架空输电线路里程迅速增长，线路运维压力与日俱增，亟须引入信息化、智能化手段解决超大规模输电线路防护问题。”该院输变电技术中心主任辜超介绍说，“在通道防护方面，我们先后研发了通道监拍装置、智能识别模型、端云协同算法，实现了通道实时监控、智能告警。”

自2015年开始，针对传统架空输电线路人工巡检效率低、周期长等问题，该院成立攻坚团队，立足线路通道防护实际需求、深入分析传统技术手段难见成效的原因，得出结论——“规模化部署是实现通道防护的关键、低成本是实现规模化部署的前提、定时监拍取代连续视频监控符合当前需求。”他们牵头研制低成本、小型化、高可靠的可视化装置，采用定时抓拍的方式实现通道影像采集，解决了通道实时监控问题。随着监拍装置规模化应用，海量巡检图像辨识单纯依靠人工，工作量大、实时性差、隐患漏报概率高。2017年，团队研发人工智能图像识别模型并在可视化系统部署应用，攻克了施工机械、山火、导地线异物等通道内隐患目标精准识别难题，实现通道隐患实时识别预警。2018年，该团队进一步研发轻量化智能识别模型并对全省监拍装置升级，仅将前端识别有隐患的图像回传至后台系统，大大降低了装置流量费用与功耗。

2021年至今，山东电网可视化覆盖率逐年提升，开始向规模化要效益，该团队先后研发基于激光点云的三维测距技术，并在全省220千伏及以上线路部署应用，实现通道隐患精准测距、分级预警，监盘人员告警确认处理工作量显著降低；研发基于短视频的导线舞动检测技术，相比传统舞动监测装置具有无需停电安装、成本低、支持迭代升级的特点，迅速在山东烟台、滨州等舞动易发区规模化应用，显著提升舞动监测与防治水平。

自主巡检 确保线路本体高效巡视

2017年，随着无人机巡检大规模应用，依靠人员手动操控无人机进行本体巡检，暴露出巡检不规范、关键点位漏拍、图像采集不准确等问题。该团队提出基于输电线路激光点云的无人机航迹自动规划方法，按无人机巡检飞行距离、标准拍照顺序一键生成巡检航线，无人机按照航线高精度飞行，保证了巡检安全性以及图像采集的规范性、准确性，单塔巡检时间由30分钟降低至8分钟。

无人机执行巡检任务时，采集的图像质量易受环境影响，从而影响本体缺陷的辨识。2018年，该团队研发了图像增强算法、设计了基于视觉反馈的闭环控制策略，实现非理想光照情况下的高清晰图像采集。

无人机巡检图像存在分辨率高、缺陷目标微小等特点，人眼辨识海量高分辨率图像中的销钉缺失、裂纹级隐患，难度高、耗时长，成为无人机巡检最薄弱一环。为此，该团队研发了高精度线路本体缺陷识别模型，单张图像识别耗时小于2秒，且对细粒度缺陷识别精度超出专业人员约10%，替代人工实现无人机巡检图像全自动化智能识别。

人工智能 助力线路巡检质效提升

人工智能算法是该成果的核心创新之一。该项目团队立足实际需求，历时六年，针对人工智能三要素“数据（样本）、算法、算力”逐个突破，形成高性能人工智能技术体系，并通过输电巡检图像智能识别比赛等形式，优选高性能算法进行培育，迭代创新，不断提升算法性能。

为了得到性能优秀的人工智能模型，必须以大量优质数据（样本）作为支撑。该团队与各网省公司及设备厂家合作，持续收集全网通道可视化监拍图像、无人机巡检影像，构建了国内外数量最大、种类最全的百万级输电线路缺陷与隐患样本库，为高性能算法训练提供了坚实的数据基础。

输电线路本体缺陷和通道隐患种类繁多，识别难度大。该项目团队从样本优选、算法模型创新、训练策略优化等全环节要素入手，构建了输电巡检影像人工智能识别系列模型，在全网范围大规模应用，并定期进行算法运行成效分析、收集一线用户反馈意见，对算法模型迭代提升，实现全部缺陷隐患的准确识别，识别精度超过专业人员。

算法运行必须有充足的算力支撑。该项目通过模型压缩等算法将需要高算力、大内存的算法部署在前端设备上，实现前端隐患检测；同时，云端负部署高性能推理算法，对前端回传的隐患图像进行细化识别，减少前端算法由于精度不足造成的误报，从而构建高效的云边协同体系，解决海量并发图像实时精准识别难题。

该团队牵头发布国际、行业等标准10余项，涵盖样本、算法、装备及作业等多个维度，为相关技术研发、产品研制提供标准引领。该成果应用后山东电网通道外破及本体缺陷造成的线路故障停运率显著降低，有力保障了输电线路安全稳定运行。技术同时拓展应用于铁路、水利等重要基础行业，并出口沙特、巴西等多个国家，带动相关产业快速发展。

下一步，国网山东电科院将深入落实创新驱动策略，从人工智能大模型、工业级无人机、视听融合监控等多点发力，实现输电线路巡检从感知智能到多模态生成式智能的新跨域，为新型电力系统安全稳定运行提供坚强网架支撑。