试析基于机器视觉的无人机电力巡线技术康健

试析基于机器视觉的无人机电力巡线技术康健

康健姚铮石雪敏

（国网甘肃省电力公司天水供电公司）

摘要：在电力系统中，输电线路的主要作用就是进行电能的输送。由此可见，输电线路运行的稳定性直接影响着人们的日常生活与工作。要想保证输电线路的稳定运行，就必须要加强输电线路的定期巡线。基于此，本文重点针对基于机器视觉的无人机电力巡线技术进行了详细的分析，以供参考。

关键词：机器视觉；无人机；电力巡线；技术

我国的输电线路分布范围十分广泛，而绝大多数的输电线路所处环境都在荒郊野外，在长期的风吹、日晒、玉林、电闪、雷击等的影响下，难免会出现磨损、锈蚀以及断裂等问题。如果不能及时发现这些故障，输电线路运行的稳定性就会受到影响。只有加强输电线路的定期巡线，及时掌握输电线路所处环境的变化，并及时采取针对性的防护措施，才能减少输电线路各种故障问题的发生，为人们提供稳定、安全的电能。而无人机电力巡线技术是一种新型的技术，加强基于机器视觉的无人机电力巡线技术的应用，在提升输电线路巡线检查工作质量以及工作效率方面发挥着十分重要的作用，可显著提升电力企业的经济效益，促进电力企业的发展。

一、机器视觉技术分析

机器视觉技术是一种通过专业的数据采集设备对各种状态进行监测以及分析的技术，可以广泛应用到航空技术、智能控制、模式识别以及遥感测距等领域中，进行相关图像以及视觉内容的数字化、编码化增强、复原以及重建。机器视觉技术主要包含以下三大模块：第一视觉传感模块，第二图像采集模块，第三专用图像处理模块以及计算机。首先，视觉传感模块，主要包含各种图像传感设备以及配套光源辅助设备，例如激光扫描设备、摄像机等。其次，图像采集模块，主要功能是将视觉传感模块中采集到的的视频信息向数字信号转化，并交给专用图像处理模块或者计算机进行处理。最后，专用图像处理模块，主要功能为进行特殊图像的处理，主要包含DSP、FPGA等专用处理器。另外，计算机在机器视觉系统中，处于核心控制地位，只有经过计算机的协调与控制，才能够保证整个系统的稳定运行。而机器视觉技术的发展与应用，使得输电线路巡线拥有了广阔的发展前景。

二、电力巡线技术分析

传统的电力巡线技术主要包含三种：第一人工巡线技术、第二机器人巡线技术、第三直升机巡线技术。首先，人工巡线技术只能通过巡线技术人员进行输电线路的观测，观测工具以望远镜或者其他设备为主，容易受到巡线人员主观因素或者气候条件的影响，输电线路实际运行情况的观测与分析容易产生误差。其次，机器人巡线技术，依然离不开巡线人员的参与，而且这种技术需要机器人与输电线路进行零距离接触，如果二者之间的接触时间过长或者次数比较频繁，也会对输电线路造成一定的磨损，且机器人巡线技术的使用成本也相对较高。最后，直升机巡线技术，有着巡线效率高、巡线距离近、巡线无死角等优势，可以及时发现一些隐蔽的故障隐患。但是面临的安全风险太大，必须要由专业技术人员的直接操作，并且需要对巡线线路进行专门的申请。随着机器视觉技术的发展，再加上图像处理技术的不断升级与进步，通过无人机对输电线路进行巡线的可能性越来越大。而在2010年4月，国家电网首次使用无人机进行电力线和杆塔的拍摄，并将拍摄图像实时的传输到了地面监控站。目前，随着无人机在输电线路巡线中的应用以及科学技术的发展，无人机电力巡线已经成为常态[1]。

三、基于机器视觉的无人机电力巡线技术分析

（一）无人机的种类以及特点

目前，无人机主要有三大种类：第一类固定翼型无人机、第二四旋翼型无人机、第三无人驾驶型直升机。首先，固定翼型无人机的巡航速度高达90km/h--250km/h，可以长时间巡航，既可以手控、也可以自控，同时还有着反应速度快、机动性强、可根据实际情况低空巡线等优势，但是只能按照原先设计好的航线单相巡检，无法实现悬停检测，只能对输电线路进行俯视拍摄，无法进行其他设备的巡检。所以，更加适用于巡线区域大、距离较大的输电线路巡检。其次，四旋翼型无人机体型相对轻巧，不需要占用航道，也不需要特意申请航空线路；可以随时进行监测，具有更高的实用性，而且还可以实现低空拍摄，更容易帮助工作人员发现输电线路的故障细节，且续航时间久，对于起飞场地条件要求不高。但是其载重不大，容易受到大风天气的影响，造价成本较高，所以更加适用于小范围内的输电线路巡线，或者已知故障线路的悬停检测。最后，无人驾驶型直升机，拥有四旋翼性无人机相同的优势，但是巡航时间有限，所以更加适用于中、短距离的巡线和已知故障线路的细节诊断[2]。

（二）基于机器视觉的无人机巡线应用中的关键问题

为了保证无人机巡线的效率以及质量，必须要重视以下几大关键问题。

1.输电线路导航技术

要想保证基于机器视觉的无人机巡线效率，必须要加强输电线路导航技术的研究。目前无人机巡视主要依靠于GPS技术，或者对拍摄过程中输电线路的跟踪。但是如果输电线路的架设区域的气候环境比较复杂，就很容易出现定位误差、或者由于通信信号问题而无法保持正常的巡线。而且，无人机的巡线过程中，机械振动以及背景的复杂性，都会对拍摄图像的清晰度产生影响。只有相关科研人员加大这一方面的研究，有效解决这些问题，才能促进输电线路导航技术的发展，提升无人机巡线效率[3]。

2.飞行状态控制技术

要想保证基于机器视觉的无人机巡线效率，必须要加强飞行状态控制技术的研究。即在无人机巡线过程中，如果无人机飞行速度过快，将会影响图像拍摄的清晰度以及角度。而如果无人机距离输电线路较近，为了保证无人机的安全，还需要加强无人机飞行状况的控制，避免强风、气流等因素的影响。

3.无线通迅技术

要想保证基于机器视觉的无人机巡线效率，必须要加强无线通迅技术的研究，确保地面控制站与无人机双方的信息传送的顺畅。例如，如果要对属于复杂电磁环境下的高压输电线路进行巡线，就必须要采取科学的措施降低外界因素对于双方信息传送的干扰。

4.线路故障检测技术

要想保证基于机器视觉的无人机巡线效率，必须要加强线路故障检测技术的研究。首先，视觉探测技术，要为无人机配备高清摄像机，实现输电线路视频的自动拍摄或者定时拍摄、储存于传输，然后再交予专业人员进行科学的分析和处理。视觉探测技术的主要功能为及时有效的发现输电线路的显性故障，例如导线变形、断股、磨损、异物悬挂等。其次，红外与紫外探测技术，要为无人机配备红外热成像仪或者紫外成像仪，确保形成输电线路温度的光谱图像，完成输电线路故障的检测与判断，例如绝缘子闪络等故障。最后，激光雷达探测技术，主要对角度、长度以及距离等进行定量测量，即可以实现输电线路走廊的扫描，从而搜集到充足的高精度的激光云点数据，然后再使用航空数码影像来进行输电线路走廊三维模型的重建。目前这一技术的研究还处于初步探索阶段[4]。

结语：

综上所述，基于机器视觉的无人机巡线技术是一种有着巨大发展潜力的电力巡线方式，可以及时发现输电线路中的潜在故障隐患，从而保证技术人员提前采取科学措施进行故障隐患的消除，最大限度的保证输电线路的稳定运行。所以，我们要加强输电线路导航技术、飞行状态控制技术、无线通迅技术以及线路故障检测技术的研究与应用，促进无人机巡线技术的发展。

参考文献：

[1]李高磊.基于机器视觉的无人机电力巡线技术研究[D].安徽：安徽理工大学，2016.

[2]郑惠平，张志林，陈杰.基于机器视觉的电力无人机清障技术研究[J].四川水泥，2017，（1）：128.

[3]陈思锐.电力巡线无人机自主避障技术研究[D].吉林：长春理工大学，2018.

[4]姜哲.无人机巡线电力设备故障的视觉检测技术[D].四川：电子科技大学，2017.