無人機巡檢技術大揭秘：感知層，你不知道的原理和路徑！

從元月份到6月份，新華網(wǎng)先后報道稱，“甘肅啟用‘5G+無人機’巡檢告訴公路”，“甘肅武威：運用‘電力+北斗’無人機開展電力通信巡檢作業(yè)”，“蘭州倚能電力集團首次利用無人機完成輸電線路巡檢”。可見，無人機巡檢在甘肅逐步走向常態(tài)化。

作為工業(yè)智能化的重要分支，無人機巡檢已成為替代人力作業(yè)的重要措施和手段，也是低空經(jīng)濟新質(zhì)生產(chǎn)力的直接體現(xiàn)。那么，作為機器的無人機，是怎么替代人力來完成巡檢任務的呢？

集軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成、無人機培訓與應用于一體的蘭州東方商易文化科技有限公司的負責人說：“無人機巡檢不單單是依靠無人機的‘飛’”，而是軟硬件系統(tǒng)的集成。它通過多光譜攝像機、熱成像儀、傳感設備等，重構傳統(tǒng)人工巡檢的效率邊界，“空中感知+智能處理”是其核心價值。由“感知、傳輸、處理、應用等構成了無人機巡檢的技術路徑和原理”。今天先談談無人機巡檢技術路徑和原理的感知層。

感知層是多模態(tài)傳感器構建“空基數(shù)據(jù)采集網(wǎng)”，是無人機巡檢的“神經(jīng)末梢”。其核心任務是通過各類傳感器獲取目標對象的多維數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)人工巡檢依賴肉眼觀察不同，無人機巡檢的感知能力突破了“見光可”的單一維度。形成“光譜、熱成像、激光、氣體”于一體的多模態(tài)數(shù)據(jù)采集體系，為后續(xù)分析提供豐富了“數(shù)字原材料”。

一、光學感知，從“可見光”到“多光譜”的精度躍升。傳統(tǒng)人工巡檢依賴波長400-700nm的可見光相機，而這僅能記錄目標的顏色、形狀等表層信息，對隱蔽缺陷（如絕緣子內(nèi)部裂紋、管道微小泄漏）的識別能力有限。無人機巡檢的光學感知技術通過擴展光譜范圍，實現(xiàn)了從表觀"到"本質(zhì)"的觀測突破。

其中的多光譜相機，包含了可見光、近紅外、短波紅外等寬光譜范圍，波段可覆蓋400-2500nm，通過采集目標在不同波段的反射率差異，可識別人工無法察覺的“光譜指紋”。如罌粟苗在700-1300nm近紅外波段的反射率比普通作物低15%-20%，通過多光譜數(shù)據(jù)可精準區(qū)分；風電葉片的雷擊損傷會導致樹脂分層，在1500-3000nm短波紅外波段會呈現(xiàn)特征性的“暗斑”。

高分辨率可見光相機，采用1英寸大底CMOS傳感器（像素≥2000萬），配合變焦鏡頭（焦距24-200mm），可實現(xiàn)1cm級地面目標的清晰成像。

在電力巡檢中，可識別絕緣子串的瓷片裂紋（長度≥2mm）、金具銹蝕（面積≥50mm2）等缺陷。

二、紅外感知，從“溫度記錄”到“故障診斷”的能量解碼

紅外熱成像儀是無人機巡檢的“溫度顯微”鏡"，其原理是基于普朗克黑體輻射定律——任何溫度高于絕對零度的物體都會向外發(fā)射紅外輻射，通過探測器（如碲鎘汞、銻化銦）將紅外信號轉換為電信號，最終生成反映物體表面溫度分布的熱像圖。

在工業(yè)巡檢中，紅外感知的核心價值在于捕捉"異常溫度場"。例如：電力設備中，變壓器套管接頭松動會導致接觸電阻增大，電流通過時產(chǎn)生焦耳熱，局部溫度可比環(huán)境高20-50℃；

油氣管道泄漏時，泄漏點因摩擦生熱或介質(zhì)汽化，會在熱像圖中呈現(xiàn)“熱點”（溫度異常值≥10℃）；光伏組件故障（如二極管損壞、隱裂）會導致局部發(fā)電效率下降，對應區(qū)域溫度比正常組件高5-15℃。

現(xiàn)代無人機搭載的紅外熱成像儀已實現(xiàn)640×512像素的高分辨率，熱靈敏度（NETD）≤50mK（可識別0.05℃的溫度差異），配合連續(xù)變焦功能，可在100米高度精準定位0.5平方米的異常熱源。

三、激光感知，從“距離測量"到"三維建模"的空間重構

激光雷達（LiDAR）通過發(fā)射激光脈沖并接收反射信號，可精確計算目標的距離、方位與反射強度，其原理基于激光的飛行時間（ToF，Time of Flight）。無人機搭載的激光雷達通常采用1550nm波段（人眼安全），掃描頻率可達200Hz，單秒可生成百萬級點云數(shù)據(jù)。在無人機巡檢場景中，激光感知的核心作用是構建目標的三維數(shù)字模型。比如電力桿塔，通過點云數(shù)據(jù)可測量桿塔傾斜度（精度±0.1°）、橫擔變形量（誤差＜2mm），判斷是否因基礎沉降或外力破壞導致結構失穩(wěn)；油氣管道：結合地面控制點（RTK定位），可生成管道的三維坐標軌跡，檢測因沉降、塌陷導致的管道彎曲（曲率半徑＜設計值80%）；風電葉片：通過多次掃描生成葉片的三維點云，與原始CAD模型比對，可量化葉片變形量（如葉尖位移超設計值5%）或表面損傷（缺口長度≥3mm）。

4.氣體感知，從“氣味識別"到"成分分析"”的化學探測

針對化工、燃氣等特殊場景，無人機需搭載氣體傳感器（如電化學、半導體、光離子化PID傳感器），通過檢測空氣中的特征氣體濃度，識別泄漏或違規(guī)排放。其原理是利用氣體分子與傳感器材料的物理/化學反應（如氧化還原），將氣體濃度轉換為電信號。

例如：檢測甲烷（天然氣主要成分）時，采用激光光譜傳感器（如TDLAS，可調(diào)諧二極管激光吸收光譜），通過測量特定波長（1653nm）的激光被甲烷分子吸收的強度，可檢測0.1ppm級（百萬分之一）的泄漏；而檢測揮發(fā)性有機物（VOCs）時，PID傳感器通過紫外光電離氣體分子，根據(jù)電離后的電流強度計算濃度，響應時間＜2秒，可識別苯、甲苯等有害氣體；

檢測硫化氫（H?S）時，電化學傳感器通過H?S與電極的反應產(chǎn)生電流，檢測下限可達1ppm，適用于煉油廠、污水處理廠等場景。