罗周健 杨钦 李维康 李权 沈东升
广西电网有限公司责任公司崇左供电局 广西南宁532200
摘要：输电线路是电能传输的重要组成部分，其运行直接关系着人们的日常生产生活，为保证电网运行，需要对其进行定期巡检。但是，由于传统巡检方式弊端较多，在现代化的机器视觉技术下，提出了自动巡线。基于此，本文就机器视觉下无人机电力巡检技术展开研究，首先阐述了该技术，其次从图像处理和复杂线路处理两方面分析了该巡线技术，以为电力线路自动巡线技术提供了参考。
关键词：机械视觉；无人机；电力巡线技术
工业化的发展使得人们对电力能源的需求数量逐渐提高，要求也更高。近些年，为满足日常生产和生活用电量，我国不断扩大电力设施建设规模。而在远程电力传输过程中，高压输电线路在其中占据了重要地位。但是，由于输电线路被裸露在外界环境中，在自然因素和人为因素影响下，线路极易受到损害，对此，需要定期巡查电力线路，及时发现故障并检修，以保证工业用电和日常生活用电。
一、无人机巡线技术概述
无人机技术和机器视觉技术的应用使得无人机巡检技术在电力巡检工作中也得到了广泛使用。固定翼无人机属于巡检常用设备，其航速为90-250km/h，可以实现手动巡航和自动巡航，具有良好的机动性，但是只能够单向巡航，无法实现悬停[1]。四旋翼无人机类似于直升机，由多个螺旋翼提供动力，本身机身较小，占据空间不大，能够悬停，可以在电力巡检中广泛应用，但是质量轻，无法在强风中作业。无人驾驶直升机能够通过程序实现自动飞行，动力提供者是螺旋桨，能够实现直接起降悬停。不同种类的无人机不同，应用场景也不同，需要根据不同电力线路情况进行组合式电力巡检，当前一般采用无人驾驶直升机+固定翼无人机或是固定翼无人机+四旋翼无人机这两种组合方式进行电力巡检。
无人机飞行系统控制其飞行和巡航的姿态，定位系统控制巡航线路，利用GPS技术定位巡航线路，并利用数据重构技术识别形成三维图像[2]。图像采集功能可以处理航拍图像，空地通信功能能够传输信息、鉴别信息。
二、机器视觉下的无人机电力巡线技术
（一）电力线路航拍图像处理
无人机中的视频一般存在于关键帧内，视频处理也就是处理关键帧，拍摄时由于环境、仪器、光照等影响，图像视频会出现各种问题，整体不够清晰，因此图像视频需要进行去噪，以保证图像清晰。通过对均值滤波、中值滤波和维纳滤波三种滤波方式进行分析发现，均值滤波处理后图像模糊，不适用处理航拍图像，中值滤波对航拍视频处理效果不好，维纳滤波既能够去除噪声，也能够保留图像[3]。因此，本研究无人机采用维纳滤波处理航拍视频图像噪音，图像效果更好。
（二）不同情况下电力线路处理
在处理电力线路时，需要先采用图像分割技术对图像进行分割识别，如图1-3所示，通过对Roberts算子、LOG算子、Ganny算子、改进Ganny算子这四种算子效果进行研究发现，采用单一算子提取图像效果无法满足要求，需要对图像进行深入处理[4]。在图像分割中提取图像边缘后，需要通过图像处理技术对图像进行深入得到处理，不同算子的提取效果不同，通过分析发现，本研究最好采用Hough算法与相位编组二者结合的算法来提取电力线，效果更好，电力线提取也更为完整。
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（三）复合绝缘子诊断输电线路发热缺陷
当前输电线路存在绝缘子异常发热现象，对于异常发热现象，当前主要是通过巡检人员在指定位置测温进行得到温度信息，测量误差较大，同时在不同城乡角度和距离下，所采集的绝缘子图像分析结果不同，稳定性差，极易出现误判现象，尽管当前大疆无人机也设置了红外巡检平台，但是其属于通用平台，并没有专门对输电线绝缘子巡检进行场景优化，导致巡检人员只能够通过对绝缘子表面温度进行测量，使得巡检效率不高，无法全面分析绝缘子运行情况，缺乏适用性。因此，本研究提出在进行无人机电子巡检时针对绝缘子异常发热巡检问题，拟通过搭载有双光吊舱的无人机采集绝缘子图像，也就是利用具有红外测温功能的无人机分型到需要巡检的绝缘子部位，采集待检测绝缘子温度信息，在对绝缘子进行特定测温后，使用同一支绝缘子不同位置温差或是同塔不同相别复合绝缘子之间的温差对绝缘子实际运行状态进行判断。该巡检系统无需人员操作，检测模型可自动分析绝缘子运行情况，实现自动化、智能化作业，提高输电线路绝缘子巡检效率[5]。
该系统中，硬件设备包括无人机、地面控制终端、地面服务器，软件系统功能包括如图4所示，该系统在进行复合绝缘子发热缺陷检测时的具体流程如图5所示。
该系统可以利用地面终端控制搭载智能双光吊舱无人机飞行到输电线路待巡检复合绝缘子部位收集图像信息，之后利用传输链路将图像和温度信息传输到地面服务端，之后进行绝缘子图像分割，精准定位，提取绝缘子表面温度，得到最高、最低、中间和平均温度，根据缺陷规则检测缺陷，判断绝缘子异常发热情况，得到其运行状态。
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图5 系统运行流程
结束语：
综上所述，本研究是在机器视觉下开展无人机电力巡检工作研究的，其主要对无人机巡线技术、系统关键点和航拍线路图像处理这几方面展开研究。按照不同的无人机特征得到，可以采用无人驾驶直升机+固定翼无人机或是固定翼无人机+四旋翼无人机这两种组合方式进行电力巡检，其与我国电力线路实际运行相符。在无人机电力巡检中，采用维纳滤波处理航拍视频图像噪音，Hough算法与相位编组二者结合的算法来提取电力线，通过搭载有双光吊舱的无人机采集绝缘子图像，诊断输电线路发热缺陷。
参考文献：
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[2]高尚,刘帆,冯小青.基于机器视觉的无人机自主电力巡线关键技术研究[J].大科技,2019,000(043):128.
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[4]毛先胤,刘宇,马晓红,等.基于SSD算法的电力巡线机器人障碍物识别[J].自动化与仪器仪表,2020,No.247(05):51-54.
[5]张亮,杨善婷.基于无人机的输电线路巡检技术研究[J].山西建筑,2018,44(34):202-203.