便携式电缆隧道360全方位探视之眼装置研究及验证

便携式电缆隧道360全方位探视之眼装置研究及验证

李富平1，姚广元1，娄雨风1，李翔翔1，赵炜玉1，张玉浩1，范云飞1

1.国网浙江省电力有限公司杭州供电公司，浙江杭州，310051

摘要：城市化建设的快速发展，地下电缆工程日益增多，其中电缆隧道内电缆外表破损巡检、工程验收等，面临人工验收摸查难度大，易错检、漏检等难题。本文针对城市电缆隧道电缆巡检、验收的技术短板问题，研制便携式电缆隧道360全方位探视之眼装置，为电网管理中日常运检以及竣工验收提供技术保障，为当前电网规模日益扩大和管理手段滞后及人员不足的矛盾提供新的解决途径。

关键词：电缆隧道；竣工验收；探视之眼

0引言

目前电缆隧道工程验收存在以下几点问题：电缆隧道工程量大，传统人工肉眼巡视验收效率低下。隧道内空间有限，多层电缆敷设和壁挂设备等工况，人工验收摸查难度大，易错检、漏检。

本本拟研制一种便携式电缆隧道验收360全方位探视之眼研究及应用来解决目前电缆隧道工程验收存在的问题。该装置具有便携式、续航长、易操作等优点，融合智能感知、摄影摄像、数据管理、AI识别及应用等功能，有效提升电缆隧道巡视工作效率，高效地执行电缆隧道巡视方案，及时分析处理电缆外护套运行隐患、全面提升隧道电缆验收质量、人工巡视效率。

1 探视之眼装置研究

1.1 装置设计方案

探视之眼装置主要由智能PDA、影像采集模块和操作杆组成。采用360全方位影像采集集成技术，通过可伸缩和弯曲可定型化的探杆将微小型高清摄像头进行集成化处理，并配置自适应补光，实现电缆隧道无死角验收及可视化巡视工作。

图1探视之眼装置系统方案

1.2 一体化结构设计

智能PDA结合探杆、摄像头等设备进行一体化设计，实现便捷式操作。具备实时显示及存储高影像画面，支持视频录制、照片拍摄、台账记录及导出等功能，解决电缆隧道验收困难，提高巡视效率。

图2探视之眼装置示意图

装置的结构以一体化为目标，根据现场工况需求，要求结构操作便捷，在影像拍摄过程中可覆盖3根电力电缆一段表皮范围。

其中摄像头部分采用机械导向机构，整机可单手控制手动进行探头360度球面连续导向操作，支持360度全方位导向功能，支持最大12度广角。

图3全方位导向大广角设计方案

2 装置关键技术

2.1 AI影像识别技术

AI影像识别检测技术在本项目中用于检测电缆表皮损伤区域。AI影像识别检测技术原理上是将影像分解成帧图像，按次序识别每张图像。

在影像与图像转换环节中，最为关键操作有两种，一为采集图像增强，二为图像高清复原。在图像预处理时，开展影图转化、灰度化和二值化的调整和图像的增强。本项目将基于分量法、平均值法、最大值法、加权平均值来进行采集图像的灰度化高清强化处理；并以均值滤波和中值滤波等方法实现采集图像增强[1]。

图4 AI影像识别流程图

（1）差影图处理

利用差影图算法来判断变化情况既能够保证智能识别的及时性。若图像序列帧数整体以A来表示，并以（m，n）表示图像的像素点坐标，ft（m，n）表示数字化图像序列（t=1-A）。那么，大多数情况下A会大于2，而（m，n）∈整个图像O。可用f0（m，n）来表示，则在公式△ft（m，n）=ft（m，n）-f0（m，n）当中，若结果为0则无破损，若结果非0则表示有破损。在差影图处理环节，还可以使用阈值差影图。这种处理方法的重点就是取阈值，进而设定图像变化标准，为准确判断图像变化情况做好准备[2]。

（2）图像去噪

去噪声处理主要方法是借由过滤器完成图像过滤。根据噪声和信号的关系可将其分为三种形式:(f(x,y)表示给定原始图象,g(x,y)表示图象信号,n(x,y)表示噪声。

邻域平均法的均值滤波器非常适用于去除通过扫描得到的图像中的颗粒噪声。邻域平均法有效抑制噪声,也由易于处理模糊现象[3]。

2.2 电力电缆表皮缺陷识别数据库

为解决精准识别电缆表皮损伤（划痕、破损）问题,需要利用AI深度学习框架训练,以此实现对AI图像识别的精度进行判断。本项目采用“标记、录入、训练”的方式建立深度学习流程[4]。

图5 AI深度学习流程图

2 验证分析

选取杭州市典型隧道进行模拟电力电缆表皮损伤验证，利用便携式电缆隧道360全方位探视之眼装置进行不同角度、不同类型的识别验证。

表1 电力电缆表皮模拟缺陷实验

图6电缆隧道工况现场实验图

在模拟缺陷实验中,便携式电缆隧道360全方位探视之眼装置对不同角度和类型的电力电缆缺陷进行智能识别，完成了对20个电力电力模拟缺陷的精准识别,通过实验证明,本文提出的基于AI图像识别的便携式电缆隧道360全方位探视之眼装置,识别速率高,并且识别结果准确,可将电力电缆表皮缺陷问题全部找出,具有较大应用意义。

后期将持续进行深度学习，让便携式电缆隧道360全方位探视之眼装置识别更多类型及不同工况下的电力电缆表皮破损缺陷。

3 应用效益

本文技术紧随城市化建设的快速发展步伐，针对各地隧道电缆日常巡检和验收出现的电缆底部验收盲点和死角问题，提出360全方位无死角观察电缆外表质量情况，为电网管理中故障预警及排障提供技术保障。

通过便携式电缆隧道验收360全方位探视之眼装置，能显著提高电缆验收效率，及时发现电缆缺陷。以覆盖杭州地区200多公里隧道电缆线路为例，可提高电缆隧道电缆验收和运维效率，解决电缆验收和运维的视觉盲区，节省大量人力、物力、财力，预计每年节省的成本近百万元。

4 结束语

针对电缆隧道内传统人工肉眼验收、巡视效率低下，人工验收摸查难度大，易错检、漏检等难题。研制的便携式电缆隧道验收360全方位探视之眼装置可精准识别电力电力表皮损伤缺陷，弥补城市电缆隧道巡检的技术短板，为电网管理中日常运检以及竣工验收提供技术保障，为当前电网规模日益扩大和管理手段滞后及人员不足的矛盾提供新的解决途径。项目成果带来电缆运行可靠性和运维水平的提高，除了保障设备及人身安全，也有助于树立供电企业良好的社会形象。

参考文献：

[1] 宋昕一，杜正洋，董佳.基于视频识别系统的摄像装置[J].现代信息科技.2020.23.008

[2] 熊正，朱沛杰，左冠中.基于 OpenCV 的火灾视频识别方法探讨[J].新型工业化2095-6649(2021)02-0079-003.

[3] 吴昭质.火灾视频识别及远程智能报警系[D].南京邮电大学,2015.

[4] 林俊省,郭锦超,王昊.基于 AI 图像识别的输电线路缺陷自动识别技术研究[J].数字技术与应用.2020.12.46

[5] 胡志坤,赵超越,王振东,等.基于边缘计算和无人机巡检图像的输电杆塔关键部位隐患智能识别[J].浙江电力,2020,39(10):21-27.