無人機(jī)精細(xì)化巡檢影像自動歸檔軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)

王鄭

【摘 ?要】無人機(jī)精細(xì)化巡檢是電力巡檢作業(yè)中的一種非常重要的巡檢方式，所獲取影像數(shù)據(jù)量較大，且影像之間僅以不同編號給予區(qū)分，依靠人工歸檔分類方式放，需消耗大量時(shí)間且容易出錯(cuò)、效率較低。針對此問題，本文開發(fā)了一款精細(xì)化巡檢影像自動歸檔軟件，對不同桿塔影像進(jìn)行自動歸檔分類存儲，極大的提高分類效率及精度，降低了人工成本。

【關(guān)鍵詞】精細(xì)化巡檢;影像歸檔;桿塔;設(shè)計(jì)與開發(fā)

0.引言

隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，規(guī)模的逐步擴(kuò)大化，超高壓輸電線路已成為全國電網(wǎng)的的主骨架[1]。架空輸電線路覆蓋范圍廣、穿越區(qū)域地形較為復(fù)雜、自然條件惡劣，傳統(tǒng)的人工巡檢方式，勞動強(qiáng)度大、耗時(shí)長，切效率低，已無法滿足電力行業(yè)智能化巡檢的需求。無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展給電力線路安全運(yùn)維巡檢帶來了便利，是一門融合了航空、遙感、電子、電力、飛行控制、通信、圖像識別等多個(gè)高尖技術(shù)領(lǐng)域的新型技術(shù)[2]?；跓o人機(jī)技術(shù)，電力運(yùn)維人員可對重要部件是否損壞做出直觀的判斷，從而保證輸電線路的安全[3]。對于災(zāi)后交通困難區(qū)域，人員無法巡檢時(shí)，可利用無人機(jī)開展輸電線路巡檢，線路故障的排查，對重要部件做出360度巡檢作業(yè)，能有效的避免忙點(diǎn)，提高工作效率[4]。

無人機(jī)精細(xì)化巡檢是電力巡檢作業(yè)中的一種非常重要的巡檢方式，由于該工作方式會產(chǎn)生大量照片數(shù)據(jù)，而且照片之間僅以不同編號區(qū)分，在實(shí)際工作中需要人工將照片按照桿塔為單位來分類存放，這種方法會花費(fèi)大量時(shí)間且容易出錯(cuò)，效率較低。針對此問題，本文旨在開發(fā)一款精細(xì)化巡檢照片自動歸檔軟件，對無人機(jī)每個(gè)架次拍攝的照片進(jìn)行自動分類歸檔，并存放到不同的目錄中，以提高分類效率及精度，降低人工成本。

1.無人機(jī)精細(xì)化巡檢影像自動歸檔系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在無人機(jī)巡檢作業(yè)時(shí)，對電力桿塔的各個(gè)部位進(jìn)行拍攝并保存在無人機(jī)所搭載相機(jī)的SD卡中，當(dāng)拍攝完一基電力桿塔后，前往下一處基桿塔繼續(xù)拍攝。由于一次作業(yè)任務(wù)可能連續(xù)執(zhí)行數(shù)天，所以積累的照片數(shù)量教多，后期的數(shù)據(jù)處理時(shí)僅依靠工作人員查看每張影像并進(jìn)行歸檔，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為提高工作效率，本文開發(fā)了一款精細(xì)化巡檢照片自動歸檔軟件，采用兩種方式對所拍攝影像進(jìn)行分類，具體思路如下：

（1）無人機(jī)在巡檢作業(yè)時(shí)會記錄影像拍攝時(shí)間，且當(dāng)無人機(jī)拍攝完一個(gè)桿塔，進(jìn)行下一個(gè)桿塔的拍攝時(shí)，期間的飛行時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對同一個(gè)桿塔拍攝所花費(fèi)的時(shí)間?；谝陨咸攸c(diǎn)，提取所有影像的時(shí)間并排序，參考長期進(jìn)行飛行任務(wù)的有關(guān)專家意見，設(shè)定進(jìn)行影像分類的時(shí)間間隔參數(shù)，檢索時(shí)間序列中相鄰的兩張影像的時(shí)間間隔是否大于所設(shè)定的閾值。大于或等于所設(shè)定的閾值，則表示兩張影像屬于不同桿塔，反之，則表示兩張影像屬于同一桿塔，從而實(shí)現(xiàn)影像自動分類。

（2）第一種方式適用于巡檢線路附近無遮擋區(qū)域，然而，電力架空線路多架設(shè)在山林之中，山體及桿塔周圍的林木均會對無人機(jī)傳播信號產(chǎn)生干擾，從而造成無人機(jī)相機(jī)所記錄拍攝時(shí)間的不準(zhǔn)確性。因無人機(jī)作業(yè)采集的影像可按拍攝順序使用數(shù)字編號命名，可通過每拍攝完一個(gè)桿塔后讓飛機(jī)返航并使用深色不透光物件遮擋攝像頭后拍攝一張影像，以這張?zhí)卣髡掌鳛闂U塔之間間隔的標(biāo)記來分類。需要對影像分類歸檔時(shí)，用戶可通過軟件設(shè)置標(biāo)記圖片的特征參數(shù)，提取所有影像名并按編號排序，依據(jù)順序識別照片特征，當(dāng)遇到滿足用戶設(shè)置的照片特征時(shí)，則歸為同一基桿塔，并移除特征照片，繼續(xù)對后續(xù)照片進(jìn)行識別歸檔，以此類推，從而實(shí)現(xiàn)照片的歸檔分類。較于第一種方法，第二種方法在便利性、速度等方面等有所欠缺，兩者可相互結(jié)合，為后續(xù)后續(xù)工作節(jié)約時(shí)間。

2.無人機(jī)精細(xì)化巡檢影像自動歸檔系統(tǒng)主要功能介紹

對于需要?dú)w檔分類的無人機(jī)巡檢影像，可依據(jù)如下方式實(shí)現(xiàn)不同桿塔影像的歸檔分類：

（1）選擇需要分檔的照片所在的目錄;

（2）選擇分檔后的照片的存儲目錄;

（3）選擇照片拍攝時(shí)間或標(biāo)志照片識別作為分檔方式;

設(shè)置照片拍攝時(shí)間或標(biāo)志照片識別分檔方式的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同桿塔影像歸檔分類。

本文所設(shè)計(jì)無人機(jī)精細(xì)化巡檢影像自動歸檔系統(tǒng)采用Windows 7、Windows10作為操作系統(tǒng)，用面向?qū)ο蟮腃#作為開發(fā)語言，使用Visual Studio 2015作為開發(fā)工具，對GMap進(jìn)行二次開發(fā)，從而完成軟件的結(jié)構(gòu)和功能。見圖2，該軟件主要包含4個(gè)功能模塊：

（1）照片拍攝時(shí)間分檔模塊

功能描述：從照片中提取拍攝時(shí)間，根據(jù)拍攝時(shí)間間隔，進(jìn)行不同桿塔影像歸檔分類，并向分檔目錄輸出模塊輸出分檔信息。

（2）標(biāo)志照片識別分檔模塊

功能描述：使用EmguCV識別照片，判斷影像是否符合標(biāo)志影像的特征，作為影像分檔依據(jù)，并輸出分檔信息給分檔目錄輸出模塊。

（3）參數(shù)設(shè)置模塊

功能描述：設(shè)置照片拍攝時(shí)間分檔的時(shí)間間隔;設(shè)置標(biāo)志影像識別分檔的標(biāo)志影像特征參數(shù)。

縮略圖寬度/高度：縮略圖越大，標(biāo)志圖片判斷越精確，但耗時(shí)更長。

二值化閾值：設(shè)置黑白像素的分檔值，小于閾值為0，即黑色像素，大于閾值為255，即白色像素，若拍攝時(shí)光線過強(qiáng)，可設(shè)置較大的值。

直方圖組數(shù)：僅采用灰度值分析時(shí)，該設(shè)置才有效，分組越少，對圖片深色像素的比例要求越低，最少為2組。

占比基準(zhǔn)值：設(shè)置黑色像素的比例，僅該比例的影像才會被判定為分檔標(biāo)志。

時(shí)間分檔設(shè)置：

時(shí)間間隔/秒：不同桿塔影像歸檔閾值設(shè)置，通過該值來判定兩張照片是否屬于同個(gè)桿塔。

（4）分檔目錄輸出模塊

功能描述：根據(jù)照片拍攝時(shí)間分檔模塊和標(biāo)志照片識別分檔模塊生成的分檔信息，將照片復(fù)制到指定路徑下并建立目錄結(jié)構(gòu)。

3.應(yīng)用

將該軟件應(yīng)用于輸電線路精細(xì)化巡檢影像的歸檔分類工作中，打開軟件主界面，選擇需要?dú)w檔的影像路徑及保存路徑，依據(jù)無人機(jī)作業(yè)場景選擇歸檔分類條件，若無人機(jī)作業(yè)期間信號質(zhì)量良好，則選擇“根據(jù)時(shí)間分檔”;反之，則選擇“根據(jù)標(biāo)志圖片分檔”，點(diǎn)擊“設(shè)置”進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，設(shè)置好分類條件的參數(shù)，點(diǎn)擊“執(zhí)行”，便會自動將影像自動歸檔分類并存儲到指定位置。相對于傳統(tǒng)的依靠人工歸檔分類（速度為20分鐘/1000張），速度提升了4倍（速度為5分鐘/1000張），大大提高了工作效率。

4.結(jié)語

針對無人機(jī)精細(xì)化巡檢所拍攝影像數(shù)據(jù)量較大，依據(jù)人工進(jìn)行不同桿塔影像的手動歸檔，需消耗極大的人力物力等，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一款無人機(jī)精細(xì)化巡檢影像自動歸檔軟件。該軟件實(shí)現(xiàn)無人機(jī)所拍攝影像的自動歸檔，提高數(shù)據(jù)處理效率，為后續(xù)影像處理節(jié)約了大量時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]張昌賽，劉正軍，楊樹文，et al.大型無人機(jī)輸電線路巡檢數(shù)據(jù)采集與處理關(guān)鍵技術(shù)[J].測繪通報(bào)，2017（S1）：142-145+169.

[2]彭向陽，劉正軍，麥曉明，羅智斌，王柯，謝小偉.無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J].遙感信息，2015，30（01）：51-57.

[3]洪巧章.無人機(jī)在電力巡檢中的安全風(fēng)險(xiǎn)評估[J].大眾用電，2016，31（12）：32-34.

[4]陳利明，劉偉東，李源源，楊鶴猛，武藝，楊豐愷，孔令宇，王淼.無人機(jī)系統(tǒng)在架空輸電線路巡檢業(yè)務(wù)中的應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2017（S1）：169-172

（作者單位：中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司 貴陽局）