一城一北斗|北斗高精度定位輸電線路無人機智能巡檢系統創新應用

申報單位：國網浙江省電力有限公司三門縣供電公司

聯合申報單位：

主要完成人：幸進、張平、胡飛、張蔡旺

一、案例簡介

國網三門縣供電公司輸電運檢中心負責縣域內總長576km的高壓輸電線路運維工作，覆蓋地形以山地、丘陵區域為主，運行維護難度較大。傳統人工巡檢面臨效率低（本體巡視山區桿塔單基耗時1～2小時不等，有時會更久）、高空作業風險高、數據采集精度不足（照片合格率僅68％）等痛點，尤其在臺風、雨雪等極端天氣下，隱患漏檢率高達23％。為突破行業瓶頸，公司于2022年啟動“北斗＋無人機”智能巡檢體系建設項目，以大疆御3系列無人機為載體，集成北斗RTK厘米級定位、禪思L2激光雷達建模、紅外熱成像檢測三大核心技術，實現了輸電線路三維建模、航線規劃與自主巡檢等功能。該體系的最大突破在于攻克了高壓電磁干擾環境下的精準定位難題，通過北斗雙頻RTK抗干擾算法，在110kV高壓電磁場環境下實現水平2cm、高程5cm的定位精度，較傳統GPS方案提升5倍；結合激光點云生成的毫米級三維模型，動態規劃分級高程航線，解決山區信號遮擋導致的航線偏移問題。2023年累計完成1822基桿塔自主巡檢，發現絕緣子自爆、導線斷股等隱患213處，其中47處為人工難以識別的毫米級缺陷，巡檢效率提升400％。

二、技術方案

系統采用“數據采集一智能建模-動態規劃-精準執行一反饋優化”的閉環架構，通過北斗高精度定位、激光雷達三維建模與AI算法深度融合，實現輸電線路巡檢的無人化、智能化。

1）數據采集：高精度三維感知。硬件配置：選用大疆M350RTK無人機搭載禪思L2激光雷達模塊，該負載集成32線激光雷達、2000萬像素測繪相機及高精度慣導系統（IMU），支持每秒24萬點云數據采集。北斗RTK定位：無人機通過內置北斗三號雙頻RTK模塊（支持B1C、B2a信號），實時接收北斗衛星信號及本地差分基準站校正數據，定位精度達水平±1cm、垂直±1.5cm，RTK信息界面圖。作業模式：輸電線路走廊飛行，激光雷達掃描寬度覆蓋線路兩側各50米，點云密度≥200點／㎡；對耐張塔、轉角塔等關鍵節點進行環繞飛行，獲取塔身、絕緣子串等部件的毫米級細節。

2）模型構建：自動化三維重構。數據處理流程：基于大疆智圖軟件濾除植被、鳥類等動態干擾點，保留導線、桿塔等靜態結構數據；將北斗RTK定位數據與激光雷達點云時空對齊，消除累計誤差；自動拼接點云形成完整輸電通道三維模型，精度≤5cm，并標注導線弧垂、樹障距離等關鍵參數。智能分割算法：通過AI算法識別并分割導線、絕緣子、金具等部件，支持一鍵導出桿塔坐標、導線弧垂表等結構化數據。

3）航線規劃：動態避障與智能優化。航線生成邏輯：以導線為中心設定安全飛行走廊（水平±3m，垂直±2m），規避風偏、舞動等潛在風險；在每個航點預設多任務指令，如“懸停5秒拍攝可見光照片”“沿絕緣子串軸向飛行錄制視頻”；基于三維模型自動識別樹木、建筑物，生成繞飛路徑，安全裕度≥2m。動態調整機制：無人機飛行中實時接收北斗定位數據，若檢測到突發障礙（如飛鳥），AI算法在0.5秒內重新規劃局部路徑。

4）自主巡檢：厘米級精準控制。飛行控制：無人機全程依賴北斗RTK信號，接收衛星數≥20顆（GPS僅6顆），定位穩定性提升40％；采用4G網絡與北斗短報文雙通道，確保山區無公網區域的指令傳輸與數據回傳，接收衛星數量圖。多任務執行：同步拍攝可見光照片（分辨率2000萬像素）與紅外熱成像（精度±2℃），識別發熱缺陷；對歷史缺陷點進行局部高密度掃描，監測形變發展趨勢，實時飛行界面圖。

三、創新亮點

1、行業場景突破：從“人巡”到“GPS輔助”再到“北斗主導”的跨越

1）傳統人工巡檢的局限性：早期輸電線路巡檢高度依賴人工，作業人員需攜帶設備翻山越嶺，每日僅能覆蓋數基桿塔。在浙東丘陵地帶，復雜地形導致巡檢盲區多、效率低，且存在高空墜落、野生動物襲擊等安全隱患。

2）GPS輔助階段的探索與瓶頸：2010年后，無人機技術引入電力巡檢，初期依賴GPS定位。GPS雖提升了作業范圍，但存在精度不足、信號穩定性差、功能單一等顯著缺陷。3)北斗技術的革命性突破:2020年北斗三號全球組網后，三門縣供電公司率先推進“北斗替代GPS"戰略，實現三大升級:厘米級定位;多衛星冗余;全流程自動化:基于北斗高精度定位的航線規劃，實現“一鍵起飛一AR自主巡檢一自動返航”，單架次作業時間縮短66%。關于北斗主導巡檢對比人工巡檢和 GPS輔助巡檢，從單基桿塔耗時、缺陷識別率、安全性及地形適應性等4個方面展開。

2、技術創新:北斗與多源數據的深度融合

1)“北斗+激光雷達”三維建模:采用大疆M350RTK無人機搭載神思L2激光雷達，結合北斗RTK實時定位，生成密度達200點/㎡'的高精度點云模型，精準還原導線弧度、樹障距離等細節，建模效率較傳

2)動態避障與智能糾偏:融合北斗定位與激光雷達實時掃描數據，無人機可動態調整飛行路徑，規統測繪提升4倍。突發障礙(如飛鳥、臨時施工設備)，避障響應時間≤0.5s。3)短報文應急通信:在無公網信號的偏遠區域，北斗短報文功能實現巡檢數據實時回傳與指令下發，應急響應時回從2小時縮短至30min

1)核心技術自主可控:全鏈路采用國產北斗定位服務，替代GPS及境外RTK服務，規避數據安全風

3、國產化替代與社會價值險;硬件成本降低40%，運維費用年節省50 萬元。

2)生態與經濟雙效益:減少山區巡檢車輛燃油消耗，年碳排放降低15噸;推動國產無人機、RTK模塊產業鏈發展，間接帶動上下游產值超千萬元。