计算机视觉在高压线路巡检中的应用

胡正杰 祁帅涛

摘要：为解决现有高压线路巡检过程中存在的智能化水平低、巡检效率不高的问题，结合计算机视觉技术的发展，提出其在高压线路巡检中变电站智能监测和高压线路异物清除系统两种应用场景。

关键词：线路巡检;智能监测;异物清除

一、引言

为满足我国用电量日益增长的需求，高压输电线路铺设量也愈来愈长，已达100万千米，覆盖范围极其广大。而线路巡检作为长距离高压线路正常运转的重要维护方法，正面临着检验作业强度大、检验周期长，部分巡检线路环境恶劣不宜人工巡检等问题，现有人工巡检方法面临巨大挑战。因此，国家电网公司急需探索新技术，提高线路巡检效率和安全性。

二、现有线路巡检方法

目前，现有高压线路巡检方式主要分为以下4种：人工巡检、机器人巡检、直升机巡检和无人机巡检。

（一）人工巡检。人工巡检是指以人力为主体、采用人力覆盖方式对需检高压线路进行巡检，工作方式落后、缺乏自动化、人力成本极高、艰险地区安全隐患高、覆盖能力差，且缺乏数据的积累和互通。

（二）机器人巡检。巡检机器人是一种用于检查输电导线是否破损、防震锤是否松动的自动化巡查装置。由于巡检机器人能够在带电状态下工作，所以可取代传统的人工巡检方式，特别是在条件艰苦、位置偏远的山区以及跨越河湖的地区，采用人工巡检的方式对巡检人员有较大的安全隐患和威胁，可采用机器人巡检的方式。但使用机器人进行高压线路检查时，由于机器人移动速度较慢、越障能力不足，造成其应用范围有限。

（三）直升机巡检。直升机巡检是指使用直升机搭载相机（可见光或者红外），沿着高压输电线路采集图像并进行检查，相比前两种巡检方式而言，其维护和检修效率相对较高。但由于使用直升机进行巡检需要投入大量人力并且成本太高，因此利用直升机进行线路巡检性价比太低。

（四）无人机巡检。近年来，无人机技术的成熟使得其在高压电线路巡检中的应用成为现实并保持高速发展的态势。相比直升机巡检，无人机无需载人拍摄，机体小、成本低，操作简单。对比上述三种巡检方式，其优缺点也很明显。缺点是巡检精度有所下降;优点是灵活便携、成本较低、设备操作简单、可观测范围广、不存在安全隐患等，另外，采用无人机巡检，不需要改造线路，更易与人工巡检等方式融合，是当前电网的主要推广方向。当前，贵州、青海等省份已相继开展山区、河流等复杂难达地形下的无人机巡检实验。

据国家电网发布数据，采用无人机巡检的效率是人工巡检的8～10倍，在日常巡检工作中，两种方式占比各50%。由此可预见：无人机巡检在未来的高压线路巡检中将会成为应用最广泛、使用最高效的巡检手段。但无人机巡检也带来了新问题，无人机在巡检过程中采集的海量图像数据均需有经验的巡检工人进行判断处理，工作量庞大，这将严重阻碍巡检无人机的推广。因此，如何提高巡检无人机的智能化水平已经成为亟须解决的重要问题。

三、计算机视觉技术

计算机视觉技术是利用计算机来模拟方针人类的视觉系统，使计算机具有环境感知的能力，通常采用可见光相机、红外相机等。目的是使计算机借助传感器设备实现人类的视觉系统功能，从而更好地理解世界。目前，计算机视觉技术已应用在智能安防、工业产品缺陷检测、医学图像分析及遥控图像处理等各个领域，更进一步来讲，只要有需要依靠人眼的场景都可应用计算机视觉技术来助力机器进行场景理解。另外，计算机视觉技术还可以对危险场景、人眼不可见物体等进行感知，具备超越人类视觉系统的能力。因此，将计算机视觉有关技术应用到电力系统（如高压线路巡检）中可成为提升国家电网运转效率的有效途径。

四、计算机视觉在高压电路巡检的应用思考

随着全国各城市、各地区的电力需求愈来愈大，线路铺设和检修压力也日益增加，尤其是经常穿越类似山峰、河流等复杂的地理环境。随着无人机线路巡检摆脱了人工巡检的高强度、机器人巡检地形局限以及直升机性价比低的问题，已经成为高压线路巡检的首选方法。为解决无人机巡检智能化水平不足问题，我们提出以下几点建议助力无人机巡检智能化水平提升。

（一）高压线路无人变压站智能监测

在高压线路铺设过程中，变电站作为重要的组成元素，设备状态以及变电站设备安全是需要重点关注的问题。为确保变电站日常运行稳定，现有变电站值守方式分为有人值守和无人值守两种形式。有人值守变电站所需成本高，且需要时刻坚守岗位、对数据处理也相对较慢;而无人值守變电站主要是指330kV及以下的变电站，一般采用远动技术可获取变电站设备的实时信息，但远程工作站的运行可靠性不高。因此，可在现有值守前提下，考虑结合“机动端机器人巡检+固定端智能摄像头监测”方式，在巡检方式中加入计算机视觉技术，用于增加变电站运行安全可靠性，确保变电站设备运行安全，防止安全事故发生。如图5所示。

机动端机器人巡检负责变电站内部的设备状态检测，通过OCR算法，智能监视变电设备的外观、仪表盘读数和指示灯状态是否正常等;同时，可通过语义分割算法对变电站内部烟雾和明火进行智能监视，防止因设备老化、电路故障等原因造成火灾发生。

固定端智能摄像头负责防范外部非法入侵，通过对拒止区域内行人检测，起到变电站内智能安防作用，防止发生变电站内设备盗窃丢失等事故;同时，也可通过语义分割算法对变电站外部的烟雾和明火进行智能监视，防止因变电站外部环境的火灾发生，保证变电站外部安全。

当机动端机器人或固定端摄像头按照预设功能发现异常，可第一时间触发报警装置通知值守人员，减少因变电站故障造成的损失。

（二）高压线路异物监测

长距离架设高压线需建设许多高压线塔，而高压线塔暴露在野外，离地距离高，鸟类活动方便，极易成为鸟类的筑巢选择。筑巢过程中使用的树枝或者铁丝可能会掉落在高压输电线上，鸟类的食物、粪便也有可能落在高压线铁塔的绝缘瓷瓶上，就会造成电网短路故障;同时长距离的高压线极易被风筝、塑料袋等异物缠绕，导致区域停电，引发电路安全事故。因此，可借助无人机巡检，构建基于无人机自主巡逻与异物智能检测的清理系统，如图6所示。

无人机在预置巡逻路线上进行巡逻，利用机载光学相机拍摄巡检线路图像，然后利用基于卷积神经网络或Transformer的异物检测算法检测是否存在鸟巢、风筝以及塑料袋等异物;一旦发现异物存在，发出警报信息，待巡检员收到警报信息后，将无人机切换为手动模式，获取无人机控制权并利用火烧法或抛投枪法操作无人机清除异物。

五、结束语

本文着眼于解决现有高压线路巡检方法存在的问题，提出利用计算机视觉技术提升巡检效率以及智能化水平的几种典型应用场景，旨在为国家电网发展提供思路。

作者单位：胡正杰    祁帅涛    国网北京市电力公司延庆供电公司

参  考  文  献

[1]缪希仁，刘志颖，鄢齐晨.无人机输电线路智能巡检技术综述[J].福州大学学报（自然科学版），2020，48（02）：198-209.

[2]刘冲，马晓昆，郑宇，宿剑飞，杨夏祎，王丹丹.基于5G技术的无人机在输电线路巡检的应用[J].电力信息与通信技术，2021，19（04）：44-49.