智能識別技術(shù)在無人機(jī)電力巡檢中的應(yīng)用研究

韓洪豆

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司徐州供電分公司，江蘇 徐州 221000）

引言

電力線路容易受到環(huán)境因素的影響，當(dāng)線路產(chǎn)生問題會對供電造成阻礙，難以保證生產(chǎn)及生活的質(zhì)量。當(dāng)電力長期暴露在外部環(huán)境下桿塔及線路自身都會受到破壞，還會導(dǎo)致安全事故。當(dāng)前電力巡檢工作中引入了無人機(jī)設(shè)備及現(xiàn)代化技術(shù)，借助無人機(jī)進(jìn)行巡檢能夠提升工作的效率，還可保證巡檢效果，其中智能識別技術(shù)發(fā)揮了重要的作用。

一、電力線路巡檢模式的現(xiàn)狀

目前輸電線路的巡檢方法大多還是依賴于人工巡檢，而人工巡檢模式主要有以下幾點(diǎn)問題：(1)巡檢手段單一。人工巡檢時(shí)只能使用望遠(yuǎn)鏡與相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行測量，尋找問題時(shí)只能進(jìn)行人為的查找，在電力巡檢過程中無法使用過重的診斷設(shè)備。例如：桿塔瓶口上面的部位有觀測角度大與觀測距離遠(yuǎn)這兩個(gè)特點(diǎn)，人工巡檢時(shí)無法進(jìn)行問題的查找，只能得過且過，最后導(dǎo)致巡檢結(jié)果產(chǎn)生誤差，影響了巡檢的質(zhì)量，提高了線路產(chǎn)生問題的概率。(2)維護(hù)人員無法滿足線路增長需求。最近幾年，220kV 及以上電壓等級輸電線路的總長度已經(jīng)超過7×105km，年增長9%左右，以后的年增長率約6%?？陕肪€維護(hù)人員的增長率卻在2%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上線路的增加速度，而且人工人本越來越高，電力企業(yè)為了控制成本，不會大量增加維護(hù)人員，因此會產(chǎn)生維護(hù)人員無法滿足線路增長需求的情況。(3)數(shù)據(jù)管理分散。目前電力巡檢工作中，大多都是電力線路運(yùn)維部門進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計(jì)，卻沒有及時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分享與整合，導(dǎo)致數(shù)據(jù)過于分散，無法進(jìn)行多維度的利用，也不能給有關(guān)部門進(jìn)行數(shù)據(jù)的提供，從而影響有關(guān)部門進(jìn)行有效精準(zhǔn)的判斷。而且在進(jìn)行巡檢數(shù)據(jù)判斷時(shí)都是由人工完成的，人工判斷容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)的判斷失誤，因?yàn)槿斯ば蔬^慢，數(shù)據(jù)的處理時(shí)間較長，因此會影響后續(xù)工作的正常進(jìn)行。因?yàn)槿斯ぱ矙z的方法過于傳統(tǒng)，并沒有給電力巡檢工作帶來良好的效率性與準(zhǔn)確性，所以，現(xiàn)在大多都使用無人機(jī)來進(jìn)行電力巡檢工作。

二、智能識別技術(shù)在無人機(jī)電力巡檢中的優(yōu)勢

無人機(jī)電力巡檢主要是指用無人機(jī)代替人工進(jìn)行遠(yuǎn)距離、復(fù)雜的大環(huán)境的電力巡檢管理工作。無人機(jī)巡檢是人工巡查的有效替代手段，特別是在山區(qū)、跨省、河流穿越等交通不便的地方。無人機(jī)的主要功能是代替工作人員完成臟、累、差的信息圖像采集—代替工作人員直接到在“需要的地方”（預(yù)設(shè)GPS坐標(biāo)點(diǎn)）采集“需要的信息”（如故障點(diǎn)）。該無人機(jī)可實(shí)時(shí)圍繞目標(biāo)進(jìn)行360°零死角全方位圖像拍攝，快速、準(zhǔn)確地傳達(dá)信息給地面工作人員，供他們對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷、制定問題解決方案，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高電力檢測的效率和信息安全性。提高無人機(jī)系統(tǒng)智能識別技術(shù)水平是我國無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)追求點(diǎn)和目標(biāo)。智能識別技術(shù)與無人機(jī)的完美結(jié)合具有廣闊的技術(shù)應(yīng)用前景。

三、智能識別技術(shù)在無人機(jī)電力巡檢中的實(shí)際應(yīng)用

（一）圖像的典型干擾因素與圖像識別措施

電力巡檢中的圖像處理會產(chǎn)生許多影響巡檢工作的干擾元素，具體如下：(1)光學(xué)像差。在光學(xué)系統(tǒng)里，遠(yuǎn)軸產(chǎn)生的實(shí)際圖像和近軸產(chǎn)生的理想圖像之間是有一定差距的。而這些差距會拉低圖像的質(zhì)量，致使電力部件檢測時(shí)的準(zhǔn)確率較差。(2)輻射失真。使用傳感器進(jìn)行目標(biāo)的反射與輻射能量的觀測時(shí)，輻射的失真會致使遙感圖像也出現(xiàn)失真情況，從而對遙感圖像的解讀產(chǎn)生影響。(3)幾何失真。傳感器與無人機(jī)飛行樣式的不一致，會致使無人機(jī)圖像出現(xiàn)扭曲的情況，這種圖像退化的情況就是幾何失真。(4)運(yùn)動(dòng)模糊。因?yàn)闊o人機(jī)在飛行過程中，成像系統(tǒng)經(jīng)常會被運(yùn)動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)所影響而變得模糊。因此，運(yùn)動(dòng)模糊是無人機(jī)電力巡檢中的最大干擾之一。(5)噪聲。信號的干擾產(chǎn)生再無人機(jī)進(jìn)行圖像的攝取與傳送的過程中，導(dǎo)致有嚴(yán)重的噪聲出現(xiàn)在圖像中，從而影響了無人機(jī)巡檢效果。為了有效地解決以上的干擾元素，提高電力巡檢圖像檢測的準(zhǔn)確性，需要針對圖像展開針對性的處理，具體如下：(1)圖像亮度調(diào)整。同一個(gè)亮度在不一樣的場景里會給人帶來不同感受的亮度，若進(jìn)行圖像拍攝時(shí)選用了不合適的亮度，也會增加計(jì)算機(jī)的識別難度，因此，需要對圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧炼日{(diào)節(jié)。具體方法如下：①可以轉(zhuǎn)換到HSL(HSV)顏色空間調(diào)整，在這個(gè)方法簡單卻低效；②可以進(jìn)行線性的調(diào)整，將電力巡檢中要體現(xiàn)的物體進(jìn)行強(qiáng)化突出；③可以進(jìn)行曲線調(diào)整，可以將圖像層的整體亮度加強(qiáng)。(2)圖像對比調(diào)整。圖像對比調(diào)整也就是在維持平均亮度的前提下，進(jìn)行亮暗點(diǎn)的變大或變小。(3)去除霧雨背景。在可見度較低的霧霾、陰雨天氣里，拍攝的圖像十分不清晰，因此，需要將圖像中的霧雨背景去除，將真實(shí)背景顯示出來。而除霧的方法分為單幀去霧方法與視頻去霧方法。(4)圖像拼接。因?yàn)闊o人機(jī)機(jī)載攝像機(jī)沒有很高的分別率，分別率會因?yàn)閳鼍暗拇笮《l(fā)生變化。因此，需要通過圖片拼接的方式來進(jìn)行工作需求的滿足。(5)圖像識別。無人機(jī)拍攝圖像時(shí)對天氣沒有要求，因此，經(jīng)常會在惡劣天氣下展開工作，這對提取目標(biāo)造成了一定程度的困難，因此，需要使用圖像處理算法來進(jìn)行圖像識別，提高電力路線檢測工作的效率。

（二）電網(wǎng)應(yīng)急響應(yīng)

在電網(wǎng)施工建設(shè)過程中，一旦發(fā)生災(zāi)害，會導(dǎo)致地面道路的暢通受阻，造成很大的交通安全隱患，但操作員此時(shí)無法對其進(jìn)行及時(shí)的安全問題巡查。這時(shí)出于安全的考慮，智能識別技術(shù)類型的無人機(jī)就可以深入實(shí)地進(jìn)行問題巡查?，F(xiàn)階段，無人機(jī)已經(jīng)能夠自由應(yīng)對正常巡檢、災(zāi)后巡檢和特殊情況巡檢。因此，在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可以利用無人機(jī)技術(shù)對輸電線路進(jìn)行巡線和拍攝沖擊照片，從而準(zhǔn)確定位施工線路故障發(fā)生區(qū)域，對輸電線路出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)的排查處理。

（三）電網(wǎng)巡檢

用智能識別技術(shù)的無人機(jī)能實(shí)時(shí)對線路環(huán)境情況信息進(jìn)行獲取，并準(zhǔn)確找出線路維護(hù)施工中存在的隱患因素，便于人員對線路設(shè)施進(jìn)行有效的調(diào)整，避免造成事故問題。進(jìn)行巡檢時(shí)，無人機(jī)可通過自身的可見光攝像機(jī)識別金屬物體，還可借助紫外成像儀來進(jìn)行檢測，準(zhǔn)確識別出其中的設(shè)備安全情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中存在隱患問題時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理，使電網(wǎng)建設(shè)能夠順利地進(jìn)行。

（四）雷擊故障點(diǎn)排查

輸電線路巡查工作的開展需對線路、電力設(shè)備及輔助設(shè)施等所處的環(huán)境進(jìn)行巡查，對線路的運(yùn)行情況進(jìn)行了解，并找到線路運(yùn)行中可能存在的安全隱患，使其能正常工作。在進(jìn)行安全巡檢工作時(shí)采用智能識別技術(shù)可發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，使故障的排查效率得到提升，還可保證排查的準(zhǔn)確性。例如在雷擊故障追蹤查找中可借助智能識別技術(shù)無人機(jī)來實(shí)現(xiàn)，通常在產(chǎn)生雷擊故障后需采用人工望遠(yuǎn)鏡巡檢的方式，但該方式較落后，難以檢測到雷擊及懸式絕緣子串放電后的破壞痕跡，檢測結(jié)果與實(shí)際情況不相符。采用人工檢驗(yàn)的方式會產(chǎn)生一些漏洞，導(dǎo)致檢查不到位，不能全面解決故障問題，而借助智能識別技術(shù)可發(fā)現(xiàn)絕緣子燒損及放電的痕跡，根據(jù)檢查結(jié)果來采取有效措施解決問題，使檢查工作順利完成。

（五）地線斷股等細(xì)微缺陷確認(rèn)

一般情況下，電纜離地較遠(yuǎn)，因此無法準(zhǔn)確確定斷股數(shù)量。為了操作方便，操作人員需在距邊導(dǎo)線50m 外的地面上設(shè)置相應(yīng)的起降點(diǎn)，然后根據(jù)操作流程到達(dá)缺陷位置。利用智能無人機(jī)的高清自動(dòng)攝影成像功能,對地線斷股位置進(jìn)行拍照，并傳送到地面基站。地面操作人員可以根據(jù)斷股位置圖對斷股點(diǎn)進(jìn)行跟蹤分析，及時(shí)了解地線缺陷產(chǎn)生的原因，為后續(xù)研究制定缺陷消缺解決方案提供重要的技術(shù)數(shù)據(jù)支撐。

四、無人機(jī)電力巡檢智能化平臺建立及未來發(fā)展趨勢

當(dāng)前無人機(jī)技術(shù)發(fā)展水平得到了提升，但設(shè)備的精益化管理與業(yè)務(wù)發(fā)展要求之間仍不匹配，由于巡檢無人機(jī)的監(jiān)管中設(shè)備僅依靠表單化的信息管理模式，巡檢數(shù)據(jù)的保存較分散，缺少合理的共享手段，難以形成統(tǒng)一應(yīng)用及閉環(huán)管理，這使巡檢數(shù)據(jù)得不到多維度的分析及應(yīng)用，也難以為輸電線路運(yùn)維部門提供準(zhǔn)確的依據(jù)。借助人工智能、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)可建立一體化的無人機(jī)智能管控平臺，使業(yè)務(wù)得到規(guī)范，能實(shí)現(xiàn)管控的智能化目標(biāo)，加強(qiáng)管理的效果，使無人機(jī)巡檢工作的管理需求得到滿足，提升管理的水平，充分發(fā)揮出其作用。管控平臺能夠作為輸電運(yùn)檢管理的數(shù)據(jù)中心及生產(chǎn)監(jiān)控中心，其中包括了電力巡檢、在線監(jiān)測、資源數(shù)據(jù)及人員等相關(guān)信息，還有設(shè)備的運(yùn)行情況以及氣象等數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)的融合及共享，借助全局化分析手段來分析輸電線路的運(yùn)行情況，并進(jìn)行智能分析及準(zhǔn)確定位，可完整地使輸電設(shè)備的運(yùn)行情況展示出來，還可呈現(xiàn)巡視情況、周期執(zhí)行情況，使運(yùn)檢指揮工作的進(jìn)行有相應(yīng)的參考依據(jù)。同時(shí)該平臺能實(shí)現(xiàn)可視化需求，對無人機(jī)巡檢進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可進(jìn)行記錄回放、電網(wǎng)資源及結(jié)果的可視化呈現(xiàn)，使巡檢管理效果大大加強(qiáng)，提升管理的效率。

通過對無人機(jī)巡檢設(shè)備及人員進(jìn)行智能化管控，可協(xié)調(diào)機(jī)巡及人巡兩方面內(nèi)容，提升管控的能力，使運(yùn)檢能夠達(dá)到更高的水平，對巡視采集、數(shù)據(jù)分析及成果管理進(jìn)行全面改善，并加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的銜接性，可提升運(yùn)檢工作的質(zhì)量。通過建立運(yùn)檢工作內(nèi)業(yè)、外業(yè)結(jié)合體系使前后端數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，能保證運(yùn)檢工作的效果，使巡檢工作得到規(guī)范，提升作業(yè)的安全性，還可促進(jìn)輸電運(yùn)維工作的發(fā)展，使運(yùn)檢的效果能達(dá)到預(yù)期要求。通過對輸電運(yùn)檢模式的創(chuàng)新，充分利用信息化技術(shù)，能夠全面發(fā)揮出技術(shù)的優(yōu)勢，提升管控的智能化水平。

在智能技術(shù)及5G 通信技術(shù)等發(fā)展下，無人機(jī)電力巡檢能夠得到進(jìn)一步的改善，通過對技術(shù)進(jìn)行融合能完善無人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)，對復(fù)雜場景的感知能力有所提升，還可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)智能識別及追蹤、智能飛行控制、自主決策等目標(biāo)，使無人機(jī)系統(tǒng)具有更加全面的功能，使其在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮出良好的效果。借助無人機(jī)系統(tǒng)在線環(huán)境感知及信息處理功能，全面感知巡檢環(huán)境，規(guī)避故障物，避免無人機(jī)在巡檢作業(yè)中受到外界環(huán)境影響。

無人機(jī)電力巡檢還可實(shí)時(shí)地進(jìn)行自主航線規(guī)劃，根據(jù)任務(wù)的內(nèi)容自主決策，并生成優(yōu)化的巡檢線路，能夠在更加復(fù)雜、開放的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無人機(jī)電力巡檢的智能化、多機(jī)協(xié)同巡檢的體系，為電力巡檢工作的優(yōu)化帶來了良好的條件，提升了巡檢的智能化水平，也使巡檢質(zhì)量得到保障，加強(qiáng)了供電的可靠性。通過對無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的不斷改善，創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)，能滿足更多的功能需求，使其發(fā)揮出更好的作用，不僅能為電力巡檢工作的創(chuàng)新提供有效的支持，還可充分發(fā)揮出各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢，使無人機(jī)的應(yīng)用有更大的發(fā)展空間。

結(jié)語

在我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展下，電力行業(yè)也變得十分壯大，而電力巡檢也變得十分重要。傳統(tǒng)的電力巡檢方法已經(jīng)無法滿足人們的需求，無人機(jī)巡檢已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)巡檢方法，無人機(jī)的使用可以將電力巡查工作的效率提高，還能降低企業(yè)成本。而將智能識別系統(tǒng)運(yùn)用在無人機(jī)電力巡檢過程中，可以更好地提高準(zhǔn)確率，讓電力巡檢的工作得到完善，從而推動(dòng)電力行業(yè)的發(fā)展。