基于圖像識(shí)別技術(shù)的輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的研究

龔其波 楊鵬星 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司巴州供電公司

一、輸電線路智能巡檢系統(tǒng)需求

（一）總體需求

針對(duì)不同區(qū)段線路缺陷，擬通過(guò)“輸電線路智能巡檢系統(tǒng)”的開發(fā)，達(dá)成以下目標(biāo)：一方面，設(shè)計(jì)數(shù)字化巡線方案。另一方面，建立相應(yīng)的監(jiān)控、巡線以及管理平臺(tái)。輸電線路智能巡檢系統(tǒng)的構(gòu)建，不但可縮短巡檢周期，優(yōu)化巡檢流程，提升巡檢效率，且可在實(shí)時(shí)監(jiān)控和傳感裝置的輔助之下，獲取更多現(xiàn)場(chǎng)信息，從而更加精確的識(shí)別隱匿于線路中的缺陷之處，并做好后期處理和維護(hù)工作。

（二）系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

（1）裝置自檢技術(shù)。一般，前端裝置主要安裝在鐵塔上，但為確保前端裝置在露天作業(yè)下仍保持運(yùn)行的穩(wěn)定性，需配備更為完善和全面的功能，如，自潔凈、智能溫濕調(diào)控、自動(dòng)保養(yǎng)以及智能防霧等等。若非嚴(yán)重機(jī)械故障，部分常規(guī)故障可由前端裝置還原。比如，調(diào)節(jié)裝置故障或失效，前置裝置可對(duì)該缺陷自行復(fù)核，并于備份庫(kù)調(diào)取正常配置，不影響其他參數(shù)，在優(yōu)化前端裝置穩(wěn)定性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行維護(hù)的無(wú)人化目標(biāo)。

（2）智能巡檢技術(shù)。從系統(tǒng)組成來(lái)看，智能巡視技術(shù)包含三部分，即智能識(shí)別部分、智能輸入部分、智能預(yù)警部分：①智能識(shí)別技術(shù)。智能識(shí)別技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)圖像的大量收集和分析，并以Hough 算法數(shù)學(xué)模型為參考所開展的故障識(shí)別過(guò)程。該技術(shù)主要是運(yùn)用高精度診斷模型識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)圖像，未來(lái)其診斷范圍還將拓寬至多個(gè)維度[1]；②智能輸入技術(shù)。智能輸入技術(shù)所針對(duì)的作業(yè)目標(biāo)為各巡線狀態(tài)和故障信息，以巡檢任務(wù)、目標(biāo)區(qū)域以及設(shè)備圖像為依據(jù)，對(duì)巡線狀態(tài)和故障信息進(jìn)行完整輸入，并以智能化方式對(duì)故障信息進(jìn)行合理分類；③智能預(yù)警技術(shù)。對(duì)于輸電線路現(xiàn)場(chǎng)因無(wú)人看守或監(jiān)督不到位引起的線路故障，智能預(yù)警技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用能夠有效應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題。例如，采用SG186 接口并按照其故障管理程序便可有效預(yù)警故障，該系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行線路故障的識(shí)別和隱患的預(yù)警主要是以分類統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)模型算法以及診斷信息為基礎(chǔ)。目前，常見的預(yù)警方案主要有以下幾種：a.網(wǎng)絡(luò)提醒。借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行預(yù)警信號(hào)的發(fā)送以及語(yǔ)音信息的上報(bào)；b.短信提醒。將預(yù)警報(bào)告在第一時(shí)間以短信形式發(fā)送至管理人員。

二、圖像智能識(shí)別分析

從輸電線路巡檢業(yè)務(wù)開展目標(biāo)來(lái)看，主要是為了對(duì)長(zhǎng)期潛藏于輸電設(shè)備的內(nèi)部缺陷和外部隱患進(jìn)行有效挖掘。通過(guò)深入調(diào)查輸電設(shè)備缺陷情況發(fā)現(xiàn)，缺陷的發(fā)生主要受兩方面因素影響：一方面，外部因素。主要包括線路走廊距離不足或偷盜線路等，該部分占總?cè)毕莸?0%左右；另一方面，內(nèi)部因素。主要是導(dǎo)線、絕緣子、避雷器等各方面原因，盡管該部分占比較小，大約在10%左右，但仍不可忽視，特別是對(duì)于部分難以從外觀檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷，需以高清監(jiān)測(cè)視頻系統(tǒng)進(jìn)行智能識(shí)別。

（一）絕緣子缺陷識(shí)別

絕緣子缺陷識(shí)別主要針對(duì)的是外觀上較為明顯的缺陷內(nèi)容，如復(fù)合絕緣子斷串、絕緣子自爆等。具體識(shí)別過(guò)程如下：首先，明確視頻拍攝的具體維持，并對(duì)缺陷所在區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，圈定缺陷所覆蓋范圍；其次，通過(guò)圖像去噪處理，對(duì)圖像背景中的各影響因子進(jìn)行徹底消除；最后，比較區(qū)域內(nèi)像素和正常狀態(tài)下圖像去內(nèi)像素的差異性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)識(shí)別報(bào)警功能。

（二）導(dǎo)、地線缺陷識(shí)別

目前，在散股和斷落等故障的識(shí)別過(guò)程中，識(shí)別精準(zhǔn)度較高的識(shí)別方法主要是導(dǎo)、地線缺陷識(shí)別，具體識(shí)別步驟與絕緣子缺陷識(shí)別無(wú)異[2]。但導(dǎo)、地線識(shí)別范圍受線路檔距影響，其范圍無(wú)法有效確定，本次研究通過(guò)對(duì)導(dǎo)、地線掛點(diǎn)狀態(tài)的有效識(shí)別，從而判斷導(dǎo)、地線是否存在斷落缺陷，并嘗試以掛點(diǎn)為前提通過(guò)導(dǎo)、地線弧垂懸鏈線方程，對(duì)導(dǎo)、地線在圖像上的范圍進(jìn)行模擬，最后對(duì)該范圍內(nèi)散股或受損缺陷進(jìn)行科學(xué)合理的判斷。

（三）異物懸掛識(shí)別

現(xiàn)階段，輸電線路常見的異物懸掛缺陷主要包括以下幾類：即，鳥巢、風(fēng)箏、廣告幅等等，而異物懸掛識(shí)別主要是懸掛在塔頭或?qū)?、地線上的各種外飄物進(jìn)行識(shí)別。由相關(guān)分析可發(fā)現(xiàn)，鳥巢和風(fēng)箏是主要懸掛物，其中相較于藏于塔材中的鳥巢，風(fēng)箏更易于被識(shí)別。而在視頻拍攝鳥巢時(shí)，由于鐵塔遮擋視頻圖像模糊不全，對(duì)此通過(guò)采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，搜集全網(wǎng)范圍內(nèi)近些年來(lái)拍攝的鳥巢圖片，以機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建其鳥巢模型，借助模型對(duì)是否有鳥巢進(jìn)行綜合判斷。

三、智能巡檢系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（一）預(yù)置位設(shè)置

在視頻云臺(tái)控制界面，不但可實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前位置的有效保存，且能夠以分組形式對(duì)各部件進(jìn)行檢測(cè)，其中重點(diǎn)巡視部件主要有導(dǎo)線、地線、絕緣子、線路走廊以及金具等等。依據(jù)各部件歷史主要缺陷類型，對(duì)主要識(shí)別區(qū)域進(jìn)行有效劃定，以確保識(shí)別工作開展的準(zhǔn)確性及有效性。

（二）標(biāo)準(zhǔn)圖片設(shè)置

在一設(shè)置預(yù)置位的基礎(chǔ)上，需確保各位置配相應(yīng)的圖片，用于巡檢圖片分析。對(duì)已經(jīng)設(shè)置好的標(biāo)準(zhǔn)圖片，重點(diǎn)識(shí)別區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)劃分和標(biāo)記，并做到與該類缺陷主要識(shí)別區(qū)域相對(duì)應(yīng)。

（三）巡視周期設(shè)置

根據(jù)線路狀態(tài)等級(jí)設(shè)置定期拍照巡檢周期以及巡檢預(yù)置位順序，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按建立的路線進(jìn)行巡檢，可針對(duì)攝像頭設(shè)置多個(gè)位置。在設(shè)定的周期內(nèi)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用攝像頭進(jìn)行拍照并調(diào)用智能分析接口分析當(dāng)前是否存在異常，如果異常給出異常圖片位置及產(chǎn)生告警。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著電網(wǎng)信息化基礎(chǔ)建設(shè)水平的不斷提升，采用圖像識(shí)別技術(shù)等方式開展線路巡視已成為新常態(tài)。而基于圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)輸電巡故障識(shí)別進(jìn)行研究，通過(guò)智能巡檢系統(tǒng)需求、圖像智能識(shí)別技術(shù)以及智能巡檢系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)等內(nèi)容，進(jìn)行深入探索研發(fā)示范系統(tǒng)開展了場(chǎng)景化驗(yàn)證工作，對(duì)電網(wǎng)行業(yè)未來(lái)開展基于圖像識(shí)別技術(shù)的輸電線路巡視具有重要參考價(jià)值。