無人機自主電力巡線在農村應用策略

楊　勇

（中國航天空氣動力技術研究院，北京100074）

無人機自主電力巡線在農村應用策略

楊勇

（中國航天空氣動力技術研究院，北京100074）

針對農村輸電網絡分布的環境及巡線風險等特點，指出了應用無人機來實施電力巡線的重要性和便利性，引入了LSD圖像識別算法和無人機目標定位功能來輔助人工識別故障點，最后對關鍵技術和未來前景進行了總結。

無人機；農村；電力巡線

農村電力巡線對時效性、準確性等方面有較高要求。而無人機系統可進行高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率觀測，并且能夠實時進行自動化監測，所以能夠極大提升工作效率。現在的無人機巡線系統只能獲取圖像后進行人工分析，這就對操作人員的素質和識別經驗提出了過高的要求。本文提出了一種輸電線路自動分析處理的思路，以便能夠更大程度上提高自動化處理效率。

1　無人機農村電力巡線方案

1.1無人機巡線系統的組成

因小型無人旋翼飛機固有的航時缺陷，一般情況下管轄大面積供輸電網絡的農村供配電部門更傾向于使用固定翼無人機來實施巡線任務。無人機系統主要由固定翼飛行平臺系統、任務載荷系統、飛行控制系統、數字圖傳系統、工作地面站系統、地面站配套作業軟件等系統組成，如圖1所示。

圖1　無人機巡線系統組成

1.2系統工作流程

電力監測部門執行例行巡線任務或接到故障報警信息后，需要執行一系列操作流程來確保無人機飛行安全、偵查精確。小型固定翼飛機采用手拋式發射升空，不需火箭助推，不需跑道，使用方便。首先，起飛前對機載設備進行調試，觀察GPS信號、航拍相機參數、通訊鏈路的暢通與否等，確保系統穩定；起飛后完成待測區域的勘察、少量檢查點的布設和航跡的規劃。飛行過程中出現供電線路警情則會引起系統報警，操作員根據復查情況記錄信息并通知有關部門赴現場維修；最后，對巡線數據進行處理和效果評估。其中，數據處理階段主要工作是利用無人機地面數據處理系統進行平差處理，完成數字高程模型（DEM）的生成、目標點坐標變換、故障點經緯度解算等。系統工作流程如圖2所示。

圖2　系統工作流程

2　自動化處理策略和關鍵技術

輸電線周邊的樹木等大型植被對線路的自動圖像識別造成了很大的困難。無人機機載CCD攝像機對日間輸電線路進行圖像分析，而夜間輸電線與周邊環境的明顯溫差卻使得紅外攝像機為全天候巡線提供了最好的補充。

2.1輸電線路的自動圖像識別

受限于無人機航拍設備的性能指標，電力線的圖像識別對識別算法的實時性、魯棒性和并行性有著較高的要求［1］。鑒于農村輸電線路環境的復雜性（如圖3背景中存在復雜植被），選用成熟的線段檢測器（LSD）算法實現自動化圖像分析。這種算法將滿足一定公差的像素點聚類處理［2］，并對其線性擬合成多條直線段，最后對直線段進行驗證連接，得到提取后的線路矢量。如圖4、圖5所示，此算法能夠處理并識別大部分背景下的線路，識別率較高。

圖3　無人機航拍巡線

圖4　輸電線路圖像識別

圖5　輸電線路圖像提取

當系統算法檢測到區域內線段非連續時則認為存在可疑故障，并通過特殊標記來提醒操作人員。因算法并不能處理較為復雜的背景（如圖5中部分對比度較低的線路未能被識別），這時須人工介入分析是否確實存在斷股、高株植被等。白天通過CCD攝像機而夜晚通過紅外儀來觀測輸電導線有無斷開、觸地，夜晚則通過紅外圖像中溫度變化對比值觀察輸電線路異常，還可通過桿塔上絕緣子等的亮度判斷是否存在擊穿發熱現象，發現白天觀察不到的可疑故障點。

2.2故障處的地理定位

將武裝無人機執行偵察打擊任務時的目標定位功能引入到電力巡線中的故障點地理定位上來，可實現半自動化實時獲取引流線（有無斷股）、桿塔（有無鳥窩、損壞）等故障點的GPS坐標。基本原理如圖6所示。

圖6　可疑故障點地理定位執行流程圖

目標定位的核心在于目標地理信息解算算法，基本原理是利用無人機攜帶的小型光電轉塔拍攝可疑故障點的圖像，地面圖像處理軟件利用攝影測量學技術和多次坐標轉換［3］，求得待測目標點的地理坐標［4］。

3　結束語

本文提出了一種半自動化的無人機農村電力巡線方法，充分整合現有的成熟的圖像識別算法來提高輸電線路的自動化識別概率，并引入了無人機在軍事領域的目標定位功能來實時、高精度獲取可疑故障點的地理位置信息。試驗證明，利用小型固定翼無人機巡線，可最大程度地減輕人力成本壓力，并在農村、山區等復雜的供電網絡中降低因地理環境惡劣帶來的風險。

［1］曹蔚然，朱琳琳，韓建達.面向旋翼無人機的高壓輸電線在線檢測方法［J］.計算機應用研究，2014，10（31）：3197-3198.

［2］張亞紅，夏仁波.基于直線段上下文的紅外與可見光圖像匹配［J］.科學技術與工程，2015，4（15）:211.

［3］黃亮，劉忠，李劍輝，等.空中機動平臺光電載荷無源定位算法及坐標變換分析［J］.海軍工程大學學報，2009，21（6）：37-38.

［4］楊勇.無人機對移動目標實時動態定位研究與實現［J］.四川兵工學報，2014，3（35）：137-138.

Application Policy Research on Power Line Inspection With UAV

YANG Yong
（China Academy of Aerospace Aerodynamics，Beijing 100074，China）

According to the characteristics of the rural environment and the risk of power network distribution，and points out the importance and convenience of implementing the use of unmanned aerial vehicles（UAV）inspecting，discusses the specific implementationmethod.Finally，the key technologiesand future prospects are summarized.

UAV；countryside；power line inspection

TM755

A

1672-545X（2016）06-0196-02

2016-03-14

楊勇（1984-），男，山東青州人，高級工程師，碩士，研究方向為無人機應用。