新能源电站无人机巡检系统
（一）硬件设备选型
1.无人机
选用具备长续航、高稳定性且适应复杂环境的无人机，该无人机单次续航可达50分钟左右，覆盖半径达10公里，能满足新能源项目大面积场区的巡检需求。
1.1. 轻型无人机
裸机重量（带普通桨叶）：1219 克（含电池、桨叶和 microSD 卡）
裸机重量（带静音桨叶）：1229 克（含电池、桨叶和 microSD 卡）
最大起飞重量：1420 克（常规桨叶）、1430 克（静音桨叶）
尺寸：
展开尺寸：长 307.0 毫米，宽 387.5 毫米，高 149.5 毫米
折叠尺寸：长 260.6 毫米，宽 113.7 毫米，高 138.4 毫米
最大载重：200 克
桨叶尺寸：10.8 英寸
轴距：对角线：438.8 毫米
最大上升速度：10 米/秒
带配件最大上升速度：6 米/秒
最大下降速度：8 米/秒
带配件最大下降速度：6 米/秒
最大水平飞行速度（海平面附近无风）：21米/秒；前飞21米/秒，侧飞18米/秒，后飞19米/秒（运动挡）
最大起飞海拔高度：6000 米
带配件最大工作海拔：4000 米
最长飞行时间（无风环境）：49 分钟（常规桨叶）、46 分钟（静音桨叶）
最长悬停时间（无风环境）：42 分钟（常规桨叶）、39 分钟（静音桨叶）
最大续航里程（无风环境）：35 公里（常规桨叶）、32 公里（静音桨叶）
最大抗风速度：12 米/秒*
最大可倾斜角度：35°
工作环境温度：-10℃ 至 40℃（无太阳辐射）
GNSS：GPS + Galileo + BeiDou + GLONASS
悬停精度（无风或微风环境）
垂直：±0.1米（视觉定位正常工作时）;±0.5米（GNSS正常工作时）;±0.1米（RTK正常工作时）
水平：± 0.3 米（视觉定位正常工作时）;± 0.5 米（GNSS 正常工作时）;± 0.1 米（RTK 正常工作时）
RTK 定位精度：RTK 固定解：水平：1 厘米 + 1 ppm；垂直：1.5 厘米 + 1 ppm
机载内存：无
机身接口：
E-Port 接口 × 1：支持官方配件和第三方 PSDK 设备（均不支持带电插拔）
E-Port Lite 接口 × 1：支持 USB 连接 DJI 调参软件和部分第三方 PSDK 设备
螺旋桨型号：1157F（常规桨叶）、1154F（静音桨叶）
夜航灯：无人机内置
感知系统类型：全向双目视觉系统，辅以机身底部三维红外传感器
图传方案：O4 图传行业版
实时图传质量：遥控器：1080p/30fps
工作频段
2.400 GHz 至 2.4835 GHz
5.725 GHz 至 5.850 GHz
5.150 GHz 至 5.250 GHz
最大信号有效距离（无干扰、无遮挡）：
FCC：25 公里
CE：12 公里
SRRC：12 公里
MIC：12 公里
天线：8 天线，2 发 4 收
支持存储卡类型：请使用 U3/Class10/V30 及以上的存储卡
1.2 载荷设备：负载云台相机（无人机内置）
相机类型：具有长焦可见光、广角可见光和红外热成像相机、相机无法拆卸与机身一体化；
广角：1/1.3 英寸 CMOS，有效像素 4800 万
中长焦：1/1.3 英寸 CMOS，有效像素 4800 万
长焦：1/1.5 英寸 CMOS，有效像素 4800 万；数字变焦16 倍（混合变焦 112 倍）
激光测距：
正入射量程：1800 米（1 Hz）@20% 反射率目标*
斜入射量程（1:5 斜距）：600 米（1 Hz）
盲区：1 米
测距精度：1 米至 3 米：系统误差 <0.3 米，随机误差<0.1 米@1σ
其他距离：±（0.2+0.0015D）（D 代表测量距离，单位米）
红外补光：DJI Matrice 4T FOV：5.7°±0.3°
热成像相机：
热成像传感器类型：DJI Matrice 4T：非制冷氧化钒（VOx）
分辨率：DJI Matrice 4T：640 × 512
像元间距：DJI Matrice 4T：12um
帧率：DJI Matrice 4T：30Hz
测温方式：DJI Matrice 4T：点测温、区域测温
测温范围：DJI Matrice 4T -20℃ 至 150℃（高增益模式）、0℃ 至 550℃（低增益模式）
数字变焦：DJI Matrice 4T：28 倍
红外测温精度：
DJI Matrice 4T：高增益：±2℃ 或 ±2%，取较大值
DJI Matrice 4T：低增益：±5℃ 或 ±3%，取较大值
云台：
稳定系统：三轴机械云台（俯仰、横滚、平移）
结构设计范围：
机械限位：
俯仰：-140° 至 113°
横滚：-52° 至 52°
平移：-65° 至 65°
软限位：
俯仰：-90° 至 35°
横滚：-47° 至 47°
平移：-60° 至 60°
可控转动范围：俯仰：-90° 至 35°；平移：不可控
最大控制转速（俯仰）：100°/s
角度抖动量：±0.007°
Yaw 轴是否可控：手操不可控、MSDK 接口程序可控
工作环境温度：-10℃ 至 40℃
2.计算存储型交付台式工作站
型号：IPASON-i7-3050-AI
CPU：12代i7 或以上
内存：64G
显卡：RTX 3050 6G
固态：500G
存储：4T
显示器：华为MateViewSE 23.8寸
网卡：支持网口、WIFI6
机箱：黑色办公机箱
键盘：罗技无线鼠标键盘套装
3. 卫星通信系统数据传输
固定式无人机巡检数据卫星传输终端
高度一体化集成了天线、卫星路由器、各种射频模块等
用户接口灵活可选，可选 LAN、RS232/485 、WIFI等
数据速率可灵活选择
应用广泛，可根据需求提供专网或互联网接入服务
与手机基站一起应用时即可实现手机话音通信
IP66 级防尘防水，环境适应性强
可用于低运营成本的小速率传输的所有场景
采用静中通天线或动中通天线即可实现需要移动通信的场景
改用大天线和大功放时，即可实现大数据和高清视频的传输场景
村村通网络或村村通手机通信
射频性能：
天线口径：0.5m，0.74m，0.97m， 1.2m（可选）
工作频率：上行13.75 - 14.5GHz，下行10.7 - 12.75GHz
功率：+31dBm 最小
传输性能：
通信体制：TDM/ TDMA（时分多址）
传输能力：下行100Mbps最大，上行30Mbps最大
网络功能：IP / VLAN，TCP加速
网络协议支持：TCP/IP 、UDP、TFTP
数据接口：LAN、RS232/485 、WIFI（可选项）
供电：
系统供电：90 - 260VAC 或 24VDC
电源接口：航空头
环境：
工作温度：-40℃ - +65℃
防护等级：IP66
（二）软件系统搭建
1.飞行控制系统
支持管理人员远程规划巡检航线、设定巡检周期和任务参数，实现无人机自主起降、巡航作业，并具备实时飞行状态监控和应急返航功能。
2.数据传输系统
采用4G或5G网络以及卫星互联网，确保无人机巡检过程中高清影像、检测数据等实时稳定回传至信息化网络平台，保障数据传输的安全性与可靠性。
3.AI智能分析系统
通过先进的图像识别和数据分析算法，能够智能识别人员安全、物料管理、场地环境和车辆管理等隐患违规情况，并自动生成报警信息。
（1）人员安全隐患：未佩戴安全帽识别、越界识别、未穿反光衣识别、高处作业未系安全带、夜景红外人员识别
（2）物料管理隐患：建筑物料乱堆放识别
（3）场地环境隐患：烟雾识别、扬尘超标、可见光火焰识别、红外火焰识别、开挖现场裸露土堆识别
（4）车辆管理隐患：渣土车识别、重型机械识别、普通车辆识别、车辆乱停乱闯
4.进度管理系统
基于无人机航拍影像和现场采集数据，对工程进度进行可视化展示和分析，通过与计划进度对比，及时发现进度偏差并预警。
5.风险监控系统
接收AI智能分析系统的报警信息，自动进行问题识别和风险评估，通过电话、微信等方式将风险提示传递至现场管理人员，并记录问题处理过程，形成管理闭环。
6.报告生成
通过数据分析处理，自动生成巡检报告，包括巡检概况、发现问题、处理结果等内容，为项目管理提供决策依据。
（三）巡检方式
1.任务规划巡检
管理人员根据施工进度、重点区域和巡检需求，在飞行控制系统中设定无人机巡检航线、飞行高度、拍摄频率等参数，制定巡检计划。
2.自动巡检
无人机按照预设任务自主起飞，沿规划航线进行720度全景航拍和数据采集，对建筑工地安全防护网、临边防护网、深基坑等重点部位进行定期巡检、拍照、存档。
（四）系统平台功能
1.1 电站数据首页
电站数据首页功能，包括统计电站无人机累计巡检情况，累计复核消缺情况，近一年或一个月的缺陷数量趋势，电站发现的各缺陷所占的比例，以及无人机拍摄的高清电站全景图，无人机巡检的区域会在高清全景图中显示。
1.2 区域公司数据首页
区域分公司数据首页包含全省各电站无人机接入情况总览、各电站巡检计划完成情况、各电站消缺统计情况、各电站缺陷数量与无人机巡检次数的对比趋势、全省新能源电站发现缺陷的统计。分公司全景地图采用省级行政单位划分显示，全省电站的位置可以全景图中清晰的反应出来。在全景图上点击各电站图标可以进入对应电站的数据首页。
1.3 集团公司数据首页
集团公司数据首页包含全国各省无人机接入情况总览、各省分公司巡检计划完成情况、各省分公司消缺统计情况、各省分公司缺陷数量与无人机巡检次数的对比趋势、全国新能源电站发现缺陷的统计。集团全景地图采用全国地图，各省公司位置可以全景图中清晰的反应出来。电站省公司在地图上的图标可进入点击省公司的数据首页
2.1 航线规划功能
具备航线规划功能，可以在系统中的高精度测绘底图规划巡检区域，并根据任务类型自动规划航线，任务类型包括组件缺陷巡检、任意点巡检、自定义航线巡检类型，生成支持无人机的导入的KML/KMZ两种格式的航线。
2.2 空域管理功能
具备巡检区域的空域管理功能，空域管理功能包含设置允许使用空域的起止时间，记录空域状态的管理人员，可以设置空域的当前状态，将空域申请材料上传至相关空域管理条目中实现对空域信息的管理。
2.3 飞行时间管理
飞行时间管理功能能够自动统计无人机巡检时长、巡检容量，巡检时长可根据巡检的业态、电站、分公司等类型进行筛选查询，帮助集团用户、分公司用更清晰的了解各电站无人机使用情况。
2.4 飞手排名功能
飞手排名功能会将公司内执行无人机巡检的飞手巡检时长进行排名显示，巡检飞手包含飞手所在电站、省公司、飞手累计巡检无人机时长等信息。
3.卫星通信系统数据传输和终端
3.1 基于卫星通信系统的无人机巡检物联网数据传输
（1）物联网（Internet of Things ，IoT）是一种自动控制系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及对各类告警信号监测等各项功能。
（2）卫星通信，具有通信容量大、覆盖范围广（覆盖无运营商信号区域）、建设维护简单等显著优点。将卫星通信作为物联网系统的数据传输方式可以非常好的满足用户远程无人值守站的数据传输、设备通信管理的需求。
（3）卫星覆盖范围广
许多新能源工地可能分布在偏远地区或地理位置分散的地点，这些地点的地面网络有限或没有地面网络。卫星提供广阔的覆盖范围，可以提供用户与偏远站点的连接。借助卫星通信，无人机采集和物联网IoT站点可以在任意区域部署。
（4）卫星通信系统的高可靠性
通信是无人机巡检的物联网数据传输成功的关键。数据传输不可间断，以便管理人员能及时收到数据或告警信息。对于城市地区而言，地面网络可满足通信需求，但是地面网络的缺点是基础设施受到山川、河流、沙漠等自然环境的影响。而卫星通信不受这些问题的影响，因此卫星通信是远程物联网数据传输的可靠解决方案。
（5）实时、高效的远程物联网数据采集和设备监控信息回传
原始图像数据和设备运行状态信息具有很高的实时性，当地面网络服务不可用时，借助高可靠的卫星传输，用户可以自信地将工地现场的数据传输到物联网系统，使信息具有可操作性，并使工作的人员更加了解现场状况。
3.2 卫星通信系统传输无人机巡检物联网数据的优点
(1)安全性强
新能源电站用户可以建立一个卫星站点，采集到的数据直接传输到用户数据中心，不经过主站，确保数据的隐蔽性和安全性。
(2)优异的环境适应性
卫星通信不受山川、河流、沙漠、海洋、地质灾害等恶劣的环境影响，是远程物联网数据传输的可靠的解决方案。
(3)高性价比
卫星通信产品性能优异，安装维护简单，运营资费低且用户无须建设昂贵的卫星主站，适合小数据量的物联网数据传输应用。
(4)高灵活性
卫星通信系统可提供点对点、星状网、网状网、星/网混合网、全网状网、树状网、广播网等网络结构，具有高度的灵活性。
3.3 卫星通信传输物联网数据图示
3.4 卫星通信数据终端
（1）特点
1、固定式无人机巡检数据卫星传输终端
2、高度一体化集成了天线、卫星路由器、各种射频模块等
3、用户接口灵活可选，可选 LAN、RS232/485 、WIFI等
4、数据速率可灵活选择
5、应用广泛，可根据需求提供专网或互联网接入服务
6、与手机基站一起应用时即可实现手机话音通信
7、IP66 级防尘防水，环境适应性强
（2）应用
1、可用于低运营成本的小速率传输的所有场景
2、采用静中通天线或动中通天线即可实现需要移动通信的场景
3、改用大天线和大功放时，即可实现大数据和高清视频的传输场景
4、村村通网络或村村通手机通信
4.新能源电站安全巡检异常识别功能
在工程施工场景中，传统人工安全巡检面临效率低、隐患漏检率高、实时性差等问题。人工巡检难以覆盖工地全区域，且对高空、深基坑等危险区域的检测存在极大安全风险。本功能通过机场无人机搭载多传感器设备进行自动常态化巡检，结合智能算法实现工地安全隐患的自动化识别、将施工现场隐患识别效率提升 至80% 以上，重大隐患漏检率降低至 5% 以下，形成 “巡检、识别、预警、整改、复查” 的安全管理闭环，有效降低工地安全事故发生率。
该功能以机场无人机为载体，搭载高分辨率摄像头、红外热成像仪，构建起立体化的巡检网络。无人机凭借灵活机动的特性，可轻松穿梭于工地各个角落，通过设定自动化巡检航线，无人机能够按照既定频率开展常态化巡检，彻底摆脱了人工巡检受时间、空间限制的桎梏。
在智能算法的加持下，无人机巡检系统宛如拥有了 “智慧大脑”。针对人员安全隐患，系统能够精准识别未佩戴安全帽、未穿反光衣、越界等违规行为。一旦发现异常，立即触发预警机制，向安全管理人员推送实时告警信息，确保违规行为第一时间得到纠正。在物料管理方面，智能算法可快速识别建筑物料乱堆放现象，避免因物料随意堆积引发的安全事故和施工不便。对于场地环境隐患，系统具备敏锐的烟雾、火焰探测能力，能够在火灾萌芽阶段及时发出警报；同时，对裸露土堆的识别功能，有助于督促施工方做好扬尘治理工作，落实环保要求。在车辆管理上，渣土车、重型机械、普通车辆等各类工地车辆均在系统的监控范围之内，通过智能识别，规范车辆运行秩序，减少车辆碰撞等事故发生。
人员安全隐患：未佩戴安全帽识别、反光衣识别、越界识别、未穿反光衣识别、夜景红外人员识别
物料管理隐患：建筑物料乱堆放识别
场地环境隐患：烟雾识别、可见光火焰识别、红外火焰识别、裸露土堆识别
车辆管理隐患：渣土车识别、重型机械识别、普通车辆识别
4.新能源电站施工进度分析功能
在现代化工程建设中，高效精准的施工进度管理至关重要。施工进度分析功能应运而生，它打破了传统人工测量、统计的局限，借助先进的无人机航拍技术与云端智能计算，为工程进度把控提供了全新的解决方案。该功能通过无人机或者机场采用平面拍摄模式对施工现场进行拍摄，可直接上传大疆智图输出的正射影像地图，通过识别地图上的新能源组件自动计算拍摄区域施工进度，也可采用云端重建功能实现自助计算现场施工进度的过程，更是展现了其强大的技术优势与智能化特点。
首先，数据采集阶段是整个流程的基础。使用无人机进行拍摄时，工作人员根据施工现场的实际规模与地形情况，规划合理的飞行路线与拍摄参数。采用平面拍摄模式，确保无人机在稳定的高度与角度下，对施工现场进行全方位、无死角的拍摄。拍摄完成后，获得一系列高分辨率的图像数据。这些图像数据不仅包含了施工现场的地形地貌信息，更清晰地记录了新能源组件的安装状态、分布位置等关键信息。
接着，将采集到的图像数据上传至云端，正式开启云端建图之旅。在云端，数据预处理是第一步重要操作。系统会对上传的大量图像进行筛选与校验，剔除模糊不清、存在严重遮挡或因拍摄异常导致的数据错误的图像，保证进入后续处理环节的图像数据质量可靠。同时，对图像进行格式转换、色彩校正等操作，使其符合后续处理的标准要求。
完成预处理后，进入特征提取与匹配环节。云端系统运用先进的计算机视觉算法，对每一幅图像进行特征点提取。这些特征点如同图像的 “指纹”，具有独特的几何与纹理信息。系统通过分析图像中新能源组件的形状、边缘、纹理等特征，精准提取出大量稳定且具有代表性的特征点。然后，在不同图像之间进行特征点匹配，寻找出存在于多幅图像中的相同特征点，以此建立图像之间的关联关系，为后续的二维重建奠定基础。
基于特征匹配结果，云端系统开始进行二维重建。利用多视图立体视觉（MVS）算法，根据图像之间的相对位置、姿态以及特征点匹配信息，计算出施工现场的二维重建结构。该算法通过对不同角度拍摄的图像进行分析，构建出施工现场的空中三维映射关系。空三模型中每一个点都包含了精确的坐标信息，直观地展现了施工现场的地形起伏、新能源组件的空间分布等情况。在空三模型的基础上，系统进一步构建三角网格模型，将离散的点连接成连续的表面，形成更加直观、真实的二维模型。
系统利用智能识别算法，对融合后的二维正射地图新能源组件进行识别与计数。通过对比规划设计中的新能源组件数量与实际识别到的数量，自动计算出拍摄区域的施工进度。
整个云端建图过程，不仅实现了从图像数据到二维模型的转变，更通过智能化的识别与计算，将施工现场的复杂信息转化为直观、准确的施工进度数据。施工管理人员无需亲临现场，通过系统界面即可实时查看施工进度，及时发现施工过程中的问题，调整施工计划，大大提高了施工管理的效率与精准度。
5.新能源电站施工质量分析功能
在新能源电站建设中，施工质量是决定电站长期稳定运行的关键因素，而传统人工验收模式存在着极大的安全隐患。新能源电站内高耸的铁塔往往高达数十米，人工验收时，工作人员需携带沉重的检测设备攀爬至塔顶，在狭窄且晃动的塔架上进行作业，稍有不慎就可能因失足、设备坠落或突发恶劣天气等因素导致坠落事故，给验收人员的生命安全带来严重威胁。在此背景下，新能源电站施工质量分析功能应运而生，它借助无人机搭载的高清设备和 AI 技术，不仅实现了对施工关键环节和质量控制点的高效巡检，保障施工质量符合标准，更从根源上降低了人工验收爬塔坠落的风险，为工程建设筑牢安全防线。
无人机凭借其独特的灵活性和机动性，成为替代人工验收的理想工具。工作人员提前根据施工现场地形、铁塔分布和导线走向，规划出科学的飞行航线。搭载着高清设备的无人机升空后，可轻松抵达人工难以触及的高空区域，从水平、垂直、倾斜等多个刁钻角度，对铁塔组立情况、导线弧垂度情况等关键施工部位进行全方位、无死角拍摄。高清设备具备高分辨率成像和光学防抖功能，即便在复杂光照条件下，也能拍摄出细节清晰、色彩还原度高的验收照片，精准捕捉铁塔焊缝是否平滑、螺栓是否紧固、导线是否存在松弛等细微质量问题，为后续质量评估提供可靠的数据支撑。
拍摄完成后，工作人员将验收照片上传至新能源电站施工质量分析功能模块。只需在界面上简单标记目标设施，系统便会自动读取照片中无人机的飞行高度、拍摄角度等参数信息。基于这些数据，结合分析技术，系统能够快速且精准地计算出铁塔的垂直情况、导线的弧度情况等关键数据。
6.新能源电站组件缺陷识别功能
能够直接从图像中进行非人工干预的自动检测异常点检验，自动标记和记录位置信息；并且可以自动判断故障类型，至少包括组件破损、组件异位、组串短路、组串开路、二极管故障、内部缺陷、草木遮挡、表面污迹、边缘积尘、固定设施遮挡故障。
