無人機(jī)自主電力巡線在農(nóng)村應(yīng)用策略

楊　勇

（中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院，北京100074）

無人機(jī)自主電力巡線在農(nóng)村應(yīng)用策略

楊勇

（中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院，北京100074）

針對(duì)農(nóng)村輸電網(wǎng)絡(luò)分布的環(huán)境及巡線風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，指出了應(yīng)用無人機(jī)來實(shí)施電力巡線的重要性和便利性，引入了LSD圖像識(shí)別算法和無人機(jī)目標(biāo)定位功能來輔助人工識(shí)別故障點(diǎn)，最后對(duì)關(guān)鍵技術(shù)和未來前景進(jìn)行了總結(jié)。

無人機(jī)；農(nóng)村；電力巡線

農(nóng)村電力巡線對(duì)時(shí)效性、準(zhǔn)確性等方面有較高要求。而無人機(jī)系統(tǒng)可進(jìn)行高空間分辨率、高光譜分辨率、高時(shí)間分辨率觀測(cè)，并且能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，所以能夠極大提升工作效率?，F(xiàn)在的無人機(jī)巡線系統(tǒng)只能獲取圖像后進(jìn)行人工分析，這就對(duì)操作人員的素質(zhì)和識(shí)別經(jīng)驗(yàn)提出了過高的要求。本文提出了一種輸電線路自動(dòng)分析處理的思路，以便能夠更大程度上提高自動(dòng)化處理效率。

1　無人機(jī)農(nóng)村電力巡線方案

1.1無人機(jī)巡線系統(tǒng)的組成

因小型無人旋翼飛機(jī)固有的航時(shí)缺陷，一般情況下管轄大面積供輸電網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)村供配電部門更傾向于使用固定翼無人機(jī)來實(shí)施巡線任務(wù)。無人機(jī)系統(tǒng)主要由固定翼飛行平臺(tái)系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、數(shù)字圖傳系統(tǒng)、工作地面站系統(tǒng)、地面站配套作業(yè)軟件等系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1　無人機(jī)巡線系統(tǒng)組成

1.2系統(tǒng)工作流程

電力監(jiān)測(cè)部門執(zhí)行例行巡線任務(wù)或接到故障報(bào)警信息后，需要執(zhí)行一系列操作流程來確保無人機(jī)飛行安全、偵查精確。小型固定翼飛機(jī)采用手拋式發(fā)射升空，不需火箭助推，不需跑道，使用方便。首先，起飛前對(duì)機(jī)載設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，觀察GPS信號(hào)、航拍相機(jī)參數(shù)、通訊鏈路的暢通與否等，確保系統(tǒng)穩(wěn)定；起飛后完成待測(cè)區(qū)域的勘察、少量檢查點(diǎn)的布設(shè)和航跡的規(guī)劃。飛行過程中出現(xiàn)供電線路警情則會(huì)引起系統(tǒng)報(bào)警，操作員根據(jù)復(fù)查情況記錄信息并通知有關(guān)部門赴現(xiàn)場(chǎng)維修；最后，對(duì)巡線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和效果評(píng)估。其中，數(shù)據(jù)處理階段主要工作是利用無人機(jī)地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行平差處理，完成數(shù)字高程模型（DEM）的生成、目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)變換、故障點(diǎn)經(jīng)緯度解算等。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)工作流程

2　自動(dòng)化處理策略和關(guān)鍵技術(shù)

輸電線周邊的樹木等大型植被對(duì)線路的自動(dòng)圖像識(shí)別造成了很大的困難。無人機(jī)機(jī)載CCD攝像機(jī)對(duì)日間輸電線路進(jìn)行圖像分析，而夜間輸電線與周邊環(huán)境的明顯溫差卻使得紅外攝像機(jī)為全天候巡線提供了最好的補(bǔ)充。

2.1輸電線路的自動(dòng)圖像識(shí)別

受限于無人機(jī)航拍設(shè)備的性能指標(biāo)，電力線的圖像識(shí)別對(duì)識(shí)別算法的實(shí)時(shí)性、魯棒性和并行性有著較高的要求［1］。鑒于農(nóng)村輸電線路環(huán)境的復(fù)雜性（如圖3背景中存在復(fù)雜植被），選用成熟的線段檢測(cè)器（LSD）算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化圖像分析。這種算法將滿足一定公差的像素點(diǎn)聚類處理［2］，并對(duì)其線性擬合成多條直線段，最后對(duì)直線段進(jìn)行驗(yàn)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(shí)別大部分背景下的線路，識(shí)別率較高。

圖3　無人機(jī)航拍巡線

圖4　輸電線路圖像識(shí)別

圖5　輸電線路圖像提取

當(dāng)系統(tǒng)算法檢測(cè)到區(qū)域內(nèi)線段非連續(xù)時(shí)則認(rèn)為存在可疑故障，并通過特殊標(biāo)記來提醒操作人員。因算法并不能處理較為復(fù)雜的背景（如圖5中部分對(duì)比度較低的線路未能被識(shí)別），這時(shí)須人工介入分析是否確實(shí)存在斷股、高株植被等。白天通過CCD攝像機(jī)而夜晚通過紅外儀來觀測(cè)輸電導(dǎo)線有無斷開、觸地，夜晚則通過紅外圖像中溫度變化對(duì)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(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)白天觀察不到的可疑故障點(diǎn)。

2.2故障處的地理定位

將武裝無人機(jī)執(zhí)行偵察打擊任務(wù)時(shí)的目標(biāo)定位功能引入到電力巡線中的故障點(diǎn)地理定位上來，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化實(shí)時(shí)獲取引流線（有無斷股）、桿塔（有無鳥窩、損壞）等故障點(diǎn)的GPS坐標(biāo)?；驹砣鐖D6所示。

圖6　可疑故障點(diǎn)地理定位執(zhí)行流程圖

目標(biāo)定位的核心在于目標(biāo)地理信息解算算法，基本原理是利用無人機(jī)攜帶的小型光電轉(zhuǎn)塔拍攝可疑故障點(diǎn)的圖像，地面圖像處理軟件利用攝影測(cè)量學(xué)技術(shù)和多次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換［3］，求得待測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的地理坐標(biāo)［4］。

3　結(jié)束語

本文提出了一種半自動(dòng)化的無人機(jī)農(nóng)村電力巡線方法，充分整合現(xiàn)有的成熟的圖像識(shí)別算法來提高輸電線路的自動(dòng)化識(shí)別概率，并引入了無人機(jī)在軍事領(lǐng)域的目標(biāo)定位功能來實(shí)時(shí)、高精度獲取可疑故障點(diǎn)的地理位置信息。試驗(yàn)證明，利用小型固定翼無人機(jī)巡線，可最大程度地減輕人力成本壓力，并在農(nóng)村、山區(qū)等復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)中降低因地理環(huán)境惡劣帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］曹蔚然，朱琳琳，韓建達(dá).面向旋翼無人機(jī)的高壓輸電線在線檢測(cè)方法［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)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(xué)技術(shù)與工程，2015，4（15）:211.

［3］黃亮，劉忠，李劍輝，等.空中機(jī)動(dòng)平臺(tái)光電載荷無源定位算法及坐標(biāo)變換分析［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，21（6）：37-38.

［4］楊勇.無人機(jī)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位研究與實(shí)現(xiàn)［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，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(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)闊o人機(jī)應(yīng)用。