無(wú)人機(jī)在輸電線路自動(dòng)化巡檢中的研究應(yīng)用

周勇

摘要：近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，“5G”時(shí)代的來(lái)臨，國(guó)家經(jīng)濟(jì)也在不斷的發(fā)展，對(duì)電量的需求在不斷的增加，輸電的線路由于其特殊性，很多都暴露在空氣中，對(duì)輸電線路的檢查也是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，在輸電線路檢查的過(guò)程中，暴露出來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越多，基于此，本文重點(diǎn)闡述了輸電線路的發(fā)展現(xiàn)狀，以及無(wú)人機(jī)在輸電線路自動(dòng)化巡檢過(guò)程中的應(yīng)用，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);輸電線路;自動(dòng)化巡檢

目前我國(guó)在無(wú)人機(jī)行業(yè)的研究投入逐漸增大，無(wú)人機(jī)也逐漸滲透進(jìn)入很多行業(yè)被應(yīng)用，但是就目前的研究現(xiàn)狀而言，無(wú)人機(jī)的研究還存在一定的問(wèn)題，對(duì)無(wú)人機(jī)的研究還缺少熟練的操作，目前無(wú)人機(jī)還是主要依賴飛手來(lái)進(jìn)行操作，按照飛手設(shè)定的飛行軌跡進(jìn)行飛行，與飛手的技能熟練度和操作能力也有一定的關(guān)系，為了更好的解決這個(gè)問(wèn)題，更多的人投入到無(wú)人機(jī)的研究之中，本文主要闡述，無(wú)人機(jī)在輸電線路中，通過(guò)對(duì)圖像的收集、預(yù)處理、視覺(jué)處理等完成對(duì)輸電線路的判定，從而檢測(cè)出輸電線路存在何種的缺陷，并闡述了相關(guān)信號(hào)塔的應(yīng)用，自動(dòng)化巡檢的完成，可以大大的提升巡檢的效率，提升巡檢的準(zhǔn)確率，降低成本。

一、輸電線路巡檢技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)己經(jīng)意識(shí)到人工巡檢的缺點(diǎn)，無(wú)人機(jī)巡線也逐漸成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，智能高效的線路巡檢方法開(kāi)始投入使用。2002年華北電網(wǎng)開(kāi)始開(kāi)展直升機(jī)電力巡線項(xiàng)目;2005年10月湖北開(kāi)始嘗試用紅外線掃描技術(shù)進(jìn)行線路巡檢;2008年4月山西省超高壓輸變電分公司對(duì)省內(nèi)35條500KV輸電線進(jìn)行了直升機(jī)巡檢工作[1];2014年，國(guó)家電網(wǎng)為將無(wú)人機(jī)巡線成為體系，使無(wú)人機(jī)巡線成為常態(tài)化，選取十個(gè)省份作為基礎(chǔ)試點(diǎn)，以山東萊蕪為基地，建立無(wú)人機(jī)培訓(xùn)中心;易瓦特南京電力在地形惡劣的地方，采用固定翼做動(dòng)態(tài)巡查，用10分鐘巡檢盤(pán)江線共計(jì)38級(jí)桿塔;百色供電局為保證施工現(xiàn)場(chǎng)安全和空中作業(yè)人員安全，使用了3架四旋翼無(wú)人機(jī)高空作業(yè)區(qū)域進(jìn)行安全排查和監(jiān)督;河南省漯河市舞陽(yáng)縣對(duì)最長(zhǎng)的10KV馬崗線進(jìn)行空中巡檢。

二、無(wú)人機(jī)在輸電線路自動(dòng)化巡檢中的應(yīng)用

在進(jìn)行輸電線路巡檢時(shí)，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用大致可以分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段為圖像視頻收集、整理、歸納的階段，第二個(gè)階段則是由相關(guān)圖像分析儀器，完成對(duì)無(wú)人機(jī)收集到的視頻圖像進(jìn)行分析，從而判斷輸電線路中存在的問(wèn)題，以及故障的類(lèi)型，自動(dòng)生成相應(yīng)的報(bào)告，工檢修人員參考，并準(zhǔn)確的對(duì)故障進(jìn)行維修。

由于輸電線路的特殊性，很多直接暴露在野外和空氣中，對(duì)輸電線路造成的傷害也是不可忽視的，很多不便于人工進(jìn)行檢修的地方，都可以使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行檢修，查看故障類(lèi)型，通常，輸電線路靠人工進(jìn)行檢修需要很大的財(cái)力、物力，很有可能在檢修過(guò)程中造成不必要的傷亡和資源浪費(fèi)，因此，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用，大大提升了輸電線路檢修的效率，和增加了輸電線路檢修的安全性，節(jié)約了成本，減少的資源的浪費(fèi)，無(wú)人機(jī)的圖像識(shí)別技術(shù)以及分析技術(shù)，在輸電線巡檢中起到重要的作用[2]。

（一）圖像收集

隨著長(zhǎng)距離、大跨度、高海拔的架空高壓電網(wǎng)建設(shè)，使得傳統(tǒng)線路巡檢方法難以滿足發(fā)展的需要。利用無(wú)人機(jī)對(duì)架空輸電線路進(jìn)行巡檢作業(yè)，具有效率高、成本低、效果好等優(yōu)點(diǎn)。然而現(xiàn)有無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)功能單一，不能同時(shí)采集針對(duì)鳥(niǎo)害、破損巡檢可見(jiàn)光圖像采集和針對(duì)設(shè)備異常發(fā)熱的紅外熱圖像，采集后的圖像不能實(shí)時(shí)傳輸給工控機(jī)進(jìn)行破損、故障分析，大大限制了無(wú)人機(jī)對(duì)架空輸電線路巡檢的應(yīng)用范圍。無(wú)人機(jī)在圖像收集過(guò)程中，圖像采集系統(tǒng)通過(guò)可見(jiàn)光攝像頭和紅外攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光圖像和紅外熱圖像的同時(shí)采集;圖像采集系統(tǒng)對(duì)采集的可見(jiàn)光圖像和紅外圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮;圖像采集系統(tǒng)通過(guò)12C模塊將壓縮后的圖像傳輸給圖像處理系統(tǒng);圖像處理系統(tǒng)通過(guò)12C接收?qǐng)D像采集系統(tǒng)采集的可見(jiàn)光和紅外圖像;圖像處理系統(tǒng)對(duì)采集的可見(jiàn)光和紅外圖像進(jìn)行配準(zhǔn)和圖像融合;圖像處理系統(tǒng)通過(guò)Zigbee將融合后的圖像傳輸給工控機(jī);工控機(jī)通過(guò)Zigbee通訊模塊接收?qǐng)D像處理系統(tǒng)融合后的圖像;工控機(jī)對(duì)融合圖像進(jìn)行故障分析和辨識(shí)[3]。

1.圖像采集

在進(jìn)行圖像采集的時(shí)候，對(duì)于無(wú)人機(jī)攝像頭的選取非常重要，影響無(wú)人機(jī)拍攝到圖像的質(zhì)量，更加影響后續(xù)對(duì)圖像的整理和分析，在選取攝像頭的時(shí)候，一定要選取拍攝廣角較大的攝像頭，偶爾通過(guò)人工調(diào)節(jié)光線以及曝光量，來(lái)避免光線的影響對(duì)圖片質(zhì)量的影響，一般來(lái)說(shuō)，攝像頭的分辨率是與圖片的質(zhì)量成正比的，分辨率越高，圖像質(zhì)量越好，越清晰;攝像機(jī)的鏡頭廣角較大，視野就更好，拍攝的范圍也就更寬，但是也存在一定的缺陷，容易造成圖像的扭曲，不便于儀器的辯認(rèn)。

2.機(jī)載視覺(jué)處理

視覺(jué)處理是圖像收集的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)視覺(jué)處理系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以實(shí)時(shí)有效的將圖像信息傳遞到中央控制系統(tǒng)和視頻圖像處理器，完成圖像的收集，在當(dāng)前無(wú)人機(jī)圖像手機(jī)視覺(jué)處理中，視覺(jué)系統(tǒng)的處理方式一共有兩種，一種是通過(guò)無(wú)人機(jī)的攝像頭拍攝視頻以及圖像，再通過(guò)地面?zhèn)鬏數(shù)斤w行控制系統(tǒng)，完成視覺(jué)轉(zhuǎn)換，另一種是通過(guò)輔助處理器I/O口進(jìn)行圖像收集和處理，將結(jié)果通過(guò)I/O口傳遞給飛行控制系統(tǒng)，完成視覺(jué)的轉(zhuǎn)換[4]

（二）航拍圖像的預(yù)處理

在進(jìn)行航拍圖像預(yù)處理的時(shí)候，一共分為三個(gè)步驟，首先是進(jìn)行彩色圖像的灰度化，這個(gè)過(guò)程中主要是通過(guò)將才彩色圖像進(jìn)行灰度處理，降低圖像處理器的分析時(shí)間，提升圖像處理器的運(yùn)行效率;其次是，圖像色彩增強(qiáng)，在圖像灰度化處理之后，在進(jìn)行圖像增強(qiáng)，即減少圖像中的噪聲的影響，增加圖像的可對(duì)比度;最后是對(duì)圖像進(jìn)行去噪處理，一般的噪聲處理方式是利用高斯濾波去噪方式，這種辦法是利用加權(quán)平均數(shù)來(lái)進(jìn)行去噪的，準(zhǔn)確性和去噪效果較好。

（三）故障檢測(cè)

1.絕緣子掉串檢測(cè)

絕緣子在圖像中的影響是一個(gè)周期重復(fù)的影響，一幫具有連續(xù)性，在檢測(cè)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)不同于其他影像的不規(guī)則分布，那么就說(shuō)明這段影像處于的位置，配電線路發(fā)生了絕緣子掉串的現(xiàn)象。

2.絕緣子表面異常檢測(cè)

絕緣子異常缺陷主要是因?yàn)榻^緣子的表面出現(xiàn)放電現(xiàn)象，因此，在圖像識(shí)別信息序列中，與正常的信號(hào)序列存在些微的區(qū)別，且顯示的顏色深淺度與正常的也存在一定的區(qū)別。異常檢測(cè)的方法有多種，字典學(xué)習(xí)在異常檢測(cè)中也有應(yīng)用，采用一種種較為快速且有效的異常檢測(cè)方法iForesf，這是一種無(wú)監(jiān)督的方法，基于樣本自身特性構(gòu)測(cè)出可能的離群點(diǎn)，為了進(jìn)一步增強(qiáng)性能，在iForest之后還采用了多層感知機(jī)濾除干擾樣本，達(dá)到絕緣子表面異常檢測(cè)的目的。

（四）無(wú)人機(jī)在信號(hào)塔中的應(yīng)用

信號(hào)是所有無(wú)線設(shè)備以及通信設(shè)備必備的一個(gè)組成，“5G”同通信時(shí)代的來(lái)臨，信號(hào)的穩(wěn)定性以及接收傳遞的速度，是人們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，四旋翼無(wú)人機(jī)飛行器，可以通過(guò)搭載信號(hào)塔轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用于抗震救災(zāi)中，將信號(hào)傳遞到信號(hào)較差的地區(qū)，增強(qiáng)地區(qū)信號(hào)。

有無(wú)人機(jī)搭載的信號(hào)塔轉(zhuǎn)換器，可以在無(wú)信號(hào)區(qū)，自動(dòng)連接并通過(guò)無(wú)人機(jī)上的地理定位系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息的傳遞，在抗震救災(zāi)地區(qū)應(yīng)用的更加頻繁，能夠?qū)崟r(shí)的反應(yīng)抗?fàn)幘葹?zāi)的情況，無(wú)人機(jī)收到信號(hào)后，通過(guò)解碼翻譯的功能，將信號(hào)進(jìn)行破譯，再通過(guò)信號(hào)增大功率，將信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，覆蓋范圍進(jìn)行擴(kuò)大，無(wú)人機(jī)在這個(gè)過(guò)程中起到了信號(hào)中轉(zhuǎn)樞紐的作用，并且無(wú)人機(jī)是和地面上的信號(hào)基站直接對(duì)接，信號(hào)的傳輸和轉(zhuǎn)換增強(qiáng)不受地域的限制，地形對(duì)信號(hào)的影響也能達(dá)到微乎其微。

三、總結(jié)

為加強(qiáng)配電設(shè)施的維護(hù)，需要每隔一段時(shí)間進(jìn)行巡檢。但是在巡檢過(guò)程中如果采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式，則不僅需要耗費(fèi)較多的人力、物力，而且也加大了配電管理部門(mén)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和工作量。基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與圖像處理技術(shù)的日漸成熟，結(jié)合無(wú)人機(jī)體積小、無(wú)人化、運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)以及圖像處理的智能化，采用該技術(shù)大大降低了巡檢工作人員的工作量，而且減少了配電管理部門(mén)對(duì)巡檢工作的費(fèi)用開(kāi)支，能夠更好的確保配電設(shè)施巡檢的效率與準(zhǔn)確度。無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)可以與信號(hào)塔完美結(jié)合，發(fā)揮信號(hào)最大的優(yōu)勢(shì)，提供更多的便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]田力.輸電線路桿塔無(wú)人機(jī)自動(dòng)精細(xì)巡檢系統(tǒng)研究[J].電力與能源，2019，40（02）：130-134.

[2]麥俊佳，郭圣，徐振磊，曾懿輝.輸電線路多旋翼無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛智能巡檢系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2019，280”）：105-110.

[3]方遠(yuǎn)征，劉洪偉，劉霄，胡春生，王偉.無(wú)人機(jī)自動(dòng)避障技術(shù)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用[J].山東電力技術(shù)，2019，46（02）：10-13.

[4]錢(qián)金菊，彭向陽(yáng)，麥曉明，易琳，饒章權(quán).架空輸電線路巡檢機(jī)器人自動(dòng)上下線裝置[J].廣東電力，2017，30（05）：101-107.