無人機正攝影像快速比對工具在輸電線路智能巡檢中的應用

吳圓波，錢曉明，李欣江

（云南電網(wǎng)有限責任公司昆明供電局，云南昆明，650000）

0 引言

輸電線路是電力系統(tǒng)整體功能的重要組成環(huán)節(jié)。目前，架空輸電線路是輸電線路的主要組成部分。

其具有距離長、分布廣的特點，且線路設備長期露置在大自然的環(huán)境中運行，容易遭受各種氣候條件的侵襲（如雨雪、冰凍、污穢、雷擊等），以及其它的外力破壞（如機械撞擊桿塔或拉線基礎、樹竹傾倒碰撞導線、鳥獸造成的接地短路等），因此線路出現(xiàn)故障的機會較多，而且一旦發(fā)生故障，需要較長時間才能修復送電，會造成不同程度的損失。為了保證輸電線路的安全運行，需加強線路的巡視和檢查，隨時發(fā)現(xiàn)設備的缺陷和危及線路安全運行的因素，以便及時檢修消除隱患，并制定安全措施。

傳統(tǒng)的電力巡檢主要依靠人工巡視，綜合運用感官及部分配套的檢測儀器對相關(guān)設備及桿塔等進行簡單定性判斷為主的檢查，除存在勞動強度大、巡線效率低等缺陷外，還具有巡檢不到位，巡檢結(jié)果難以數(shù)字化展現(xiàn)等問題。

為響應數(shù)字電網(wǎng)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，抓住產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化賦予的時代機遇，加快實現(xiàn)建設“智能、安全、可靠、綠色、高效”的數(shù)字輸電目標，智能輸電線路建設勢在必行。

智能輸電線路是基于傳統(tǒng)輸電線路，應用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計算等數(shù)字技術(shù)，集成先進傳感技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等新技術(shù)和新材料、新設備，具備高度信息化、自動化、互動化等特征，滿足設備狀況一目了然、風險管控一線貫穿、生產(chǎn)操作一鍵可達、決策指揮一體作戰(zhàn)等生產(chǎn)管理目標，實現(xiàn)信息實時展示、任務智能規(guī)劃、態(tài)勢智能感知、決策智能輔助等功能，達到安全、可靠、綠色、高效運行目標的新一代輸電線路。其主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

第一階段：實施“人巡為主、機巡為輔”智能巡檢策略；

第二階段：實施“機巡為主、人巡為輔”智能巡檢策略；

第三階段：實施“無人機為主、直升機為輔、人巡補充”策略，逐步實現(xiàn)無人機自動巡檢全面覆蓋。

近年來，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展成熟以及在巡檢領域的深入應用，無人機巡視已成為架空輸電線路智能巡視的核心[1]。

1 無人機自動巡檢

1.1 無人機自動巡檢概述

使用無人機依據(jù)固定航線，對架空輸電線路通道內(nèi)地形地貌、建筑（構(gòu)筑）物、外力破壞、植被、交叉跨越等情況進行檢查，采集飛行過程中的正攝影像，并對一系列正攝影像照片進行擬合，形成架空輸電線路通道整體圖像，為外力隱患等防控提供數(shù)據(jù)支撐，該種巡視技術(shù)被稱為無人機通道自動巡檢。

圖1 通道正攝影像

1.2 無人機自動巡檢模式

該種技術(shù)方式對無人機的性能、指標等要求不高，可以將電力企業(yè)存量設備有效利用起來，創(chuàng)造最大價值。其巡檢模式主要分為三類， 見下表1 。

表1 無人機巡檢模式

1.3 無人機自動巡檢作業(yè)流程

輸電線路運維人員在實際現(xiàn)場工作中，使用無人機自動巡檢流程如表2。

表2 無人機自動巡檢流程

2 無人機快速巡檢

目前智運用無人機開展線路通道自動巡檢時將產(chǎn)生大量的線路通道正攝圖像數(shù)據(jù)，這時需對比前后兩個巡視周期的數(shù)據(jù)以辨別感知線路通道實際變化情況。

通過現(xiàn)有的人工比對方式需先定位、分類、整理、命名線路通道后再逐一對比前后兩個巡視周期的正攝圖像，僅僅分類、命名通道都費時、費力，工作效率極其低下，并且此類工作對人員技術(shù)技能水平要求不高，但需消耗大量的人力資源。因此，無人機正攝影像快速比對工具應運而生[2]。

3 無人機正攝影像快速比對工具原理

為了提高工作效率，減輕人力資源浪費，根據(jù)以下三個要點來對圖像數(shù)據(jù)進行自動快速比對，找出前后周期的通道影像不同之處，以此對線路運維提供準確的運維依據(jù)[3]。

（1）切割每檔原始圖像

通過無人機巡線得到一條新線路的完整正射照片，處理新路線照片時首先將照片縮放到固定大小，使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）模型對照片中的桿塔進行定位，得到每個桿塔在圖像照片中的相對位置，依據(jù)照片形狀和桿塔位置坐標對照片中中每一檔圖像進行截取作為原始圖像，并保存截取坐標。

（2）提取每檔圖像特征

針對提取出的每檔圖像，使用濾波變換處理原始檔照片，以去除光照等影響，再用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）提取圖像特征形成高維向量，代表這一檔照片的原始圖像特征。建立數(shù)據(jù)庫存儲每檔圖像，并存儲相應截取參數(shù)，圖像處理參數(shù)，以及提取出的特征向量。

（3）對比圖像

新的飛行結(jié)束后，因為飛行路線相同，形成線路照片相同。依據(jù)第一次切割圖像的方法進行圖像截取，并利用相同的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型提取圖像特征，得到新的高維向量。之后和對應的原始檔照片進行對比，計算兩個照片高維向量的歐式距離，代表兩張照片的差異變化程度，以判斷有沒有變化，如圖2。

圖2 正攝影像比對

4 快速比對工具效益

應用圖像比對技術(shù)，實現(xiàn)對無人機正攝影像的通道自動切檔、整理、歸類、快速比對，提取關(guān)鍵值后形成對比結(jié)果的詳細報告，包括電壓等級、線路名稱、距變化點最近的桿號及直線距離、圖像采集時間、異常變化量的GPS坐標等。

此快速對比工具為單機版本，小巧實用，工作效率高，可為輸電智能運維提供便捷、高效輸出運維結(jié)果實用小工具。

用此工具進行線路通道無人機正攝圖像對比的工作：（1）大大降低和減小了運用智能裝備后數(shù)據(jù)處理的難度；（2）提高工作效率；（3）縮短人工對比圖像的作業(yè)時間；（4）減少了人力物力的投入和勞動強度。

5 結(jié)語

此產(chǎn)品研制成功并運用到實際工作中，一方面能避免通過人眼識別容易形成視覺疲勞造成識別錯誤的情況，另一方方面還能改變目前無人機正攝影像需要大量的人力資源來逐一對比費時費力且低效工作模式，同時通過次工具處理對比后，能夠形成直觀有效的對比報告，有效使工作人員快速定位并關(guān)注通道變化量，提升了輸電運維效率。