航拍图像在输电线路识别与状态检测中的应用研究

2022-11-24黄晓胤李宁邱鹏陶志焱刘晓伟

科技与创新 2022年21期

黄晓胤，李宁，邱鹏，陶志焱，刘晓伟

（1.国网冀北电力有限公司检修分公司，河北石家庄 050000；2.武汉傲睿尔科技有限公司，湖北武汉 430000）

工作人员需要根据航拍的特点，对图像预成像展开研究。通过光学相关内容保证航拍图像亮度均衡，改善对比度下降的缺陷。根据航拍的图像噪音等内容，提出相关的计算方法，并引入更多的函数内容，提高维纳滤波的实际效果，改善图像复原的质量。在输电线路的基础上，需针对输电线路的特点展开分析，随后明确合理的输电线路计算内容，保证最终计算的有效性。

1 航拍图像在输电线路识别与状态检测中的应用研究意义

航空摄影与测量技术能够对飞机航行过程中所收集到的数据进行三维立体化和数字化的处理，处理后得到了更多的数据信息、空间信息以及状态信息，从而满足了人类对各种事物的信息需要。而航空图像的相关数据处理方式则大致包括目标图像识别与定位、空间信息建立、三维空间模型及其重建、三维虚拟现实技术等。当前，航空照相检测技术被普遍应用于军事、灾害评价、城市规划等方面。在供电系统内，航空照相检测也被应用，且输电线路巡检是重点的应用领域。

在直升机的巡检过程中，还能够搭载可见光数码摄影机、数字摄相机和红外线热成像器等设备，并以此纪录下巡检航班的图片信息资料内容，图片信息资料内包括了输电线路的基本特征和运行情况。通过对这种航拍图片信息的处理，能够掌握输电线路的基本情况，并发现了各类设备问题和故障隐患等。到目前为止，通过直升机巡视系统可以完成的巡视项目主要有检查杆塔、导地线以及金具、复合悬式绝缘子等主要配件的正常工作状况，检查内容大致分为：①路面状况，包含水污源布置变化情况、路面周围房舍及其他基础设施变化情况、塔基周围地势变动状况、护坡方法、横向排水管渠的完整状况等；②道路标示牌、警告牌的完整状况，检查铁幢塔材破损、锈蚀状况，塔上异物等状况；③防振锤掉落或滑移、间隔棒偏斜或滑移、接地线路与充放电间隙变动状况等；④单悬式高压支柱绝缘子断裂情形或复合悬式高压支柱绝缘子串倾斜，金具零部件的锈蚀、变形等状况。另外，还可进行接点过热检测、异常电晕、绝缘距离变化等的检测。

当前，在日常的直升机巡查工作中，直升机巡查的工作方法大致有肉眼目测、仪器观测、肉眼与仪器自动监测有机地结合。巡检最主要的工作方法目测主要是通过使用望远镜观察情况，或在事后查阅图片、拍摄笔录下的图片等，以确定该线是否存在故障情况或存在危险隐患。很显然，这种方法检测效果欠佳且受主客观因素影响较大，因此检测精确度无法提高；同时，由于直升机巡查工作使用目测方法自身的风险本来就非常高，且极易造成危害人身安全和损坏硬件等的交通事故。因此截至目前，直升机巡查工作并不属于高新技术领域。于是，将航拍摄影测量技术融入到了输电线路巡检管理工作中，通过收集到的航拍图片采用图像测量的方式得到测量结果，进而实现输电线路巡查全自动化目的。这样一来，不但能够解决人工方式的各种问题，大幅度提高工作效率以及检测准确度，提高巡检服务质量，同时也能够增强了直升机巡检的稳定性，从而减少了恶性事故的出现。此外，航空摄影检测技术同时也是现代无人机巡查的重要技术基石，涵盖了无人机的导航、飞行器状态管理、航拍图像获取以及巡检结果管理等方面。

2 国内外研究现状

自20 世纪开始，部分欧美国家逐渐在架空式输电线路抢修时应用直升机。经过长时间的研究后，通过总结相关经验发现，大型直升机应用于输电线路方面，其应用模式逐渐从以往的人力、机械运输到对架空线路展开定期的维修以及检查，并且明确了相关的技术内容，积极开展线路维修工作。中国也针对无人飞行器、巡检管理体系以及相关技术积极展开深入的研究探索。同时，国内电网集团也对直升机巡查展开合理的尝试，并总结相关的经验，针对航空图片展开处理的过程中，也获得一定的成就。

由于直升机巡检所具有的特点，对航空图像展开信息处理的过中，与其他领域内存在显著的差异，主要如下。首先，图像退化过程中的问题得以解决，在巡检过程中对收集到的图像信息进行完善，明确其存在不同的衰退情况。比如，在图像处理过程中存在的畸形、扭曲以及模糊等情况，最终导致图像品质发生变化。而导致图像出现退化的因素也比较多，主要的内容包括以下5 点：①光学系统内存在的差衍射、带宽等情况导致图像出现畸形变化；②阳光暴晒、大气环境内的干扰效果等因素导致电子图像发生变化；③电子图像元件的拍摄姿势、光电转换器件等非线性状态等因素致使最终的电子图像出现畸形变化；④图像系统以及被摄影景色出现的相对运动等诱发图形运行逐渐模糊；⑤图像在成像、数字化以及信息采集的过程中，由于处理诱发的噪音等。同时，运动模糊以及各种噪音对其产生的危害程度比较大。其次，确定目标以及获取。随着中国气候发生变暖，输电线路的自然条件以及地形条件均会发生显著的变化，收集到的图片信息也会由于地理环境的变化而发生较为复杂的变化，且对比度显著降低，对实际收集的干扰程度更加大。而且，部分天然的地形以及人工建筑物都会导致周围的图形发生显著的变化，增加实际的复杂性。而部分复杂地形以及人工建筑物都会让周围的图形背景复杂性显著增加。复杂条件下获取并明确目标，是当前输电线路检测的重点。最后，还需对设备存在的故障进行诊断以及定位。输电线路在实际检测的过程中，设备的类型因检测需求不同而不同，且存在的故障种类也不同。因此，在自动检测的过程中，还需对各项设备的类型以及故障展开分析，明确检测方式以及定位技术。当前，国内巡检图像信息技术的研发工作，在不断完善过程中，并获得了一定成就。

21 世纪初，美国犹他州立大学针对直升机输电线路展开巡查过程的研究中，论述了应用航拍图像技术实现输电线路巡查的可能性以及技术特点，且认为大型直升机在实际巡查时，涉及的内容包括模型辨识、主动视觉系统以及视野反馈监控等技术。同时，需要解决的问题涉及多个方面，需明确实际的问题，进而完善技术，为后续的科研工作提供更多的思路。

3 输电线路的常规检修内容

3.1 完善输电线路运维检修技术

首先，需要建设设备主人制度，这项制度的主要作用就是将原有的运维管理制度进行转变，从而将相对应的检修任务分配给个人。这项制度的出现能够使设备主人对高压输电线路运行检修工作进行全方位的管理与落实，这能够帮助相关工作人员建立设备主人与检修人员的连续责任制度[1]。使用这种方式，能够更好地提升检修人员工作意识和责任意识，进而提高相对应的检修效率和检修效果。

其次，需要建立完善的运维资料库。电力企业在未来工作的过程中需要充分使用先进的信息技术，建立相对应的网络档案库，从而对运维工作的基本情况进行采集，采集之后通过云储存对数据进行保管。这一工作的意义在于能够为设备主人的安全评估工作提供数据依据，同时还能够提升数据的准确性。未来电力企业在工作的过程中还需要注意对电力设备安全维护工作进行加强，从而让运维工作实现连续的运行与发展[2]。

最后，需要保证运维工作机制逐渐走向合理化。主要的方式就是明确运维人员的工作规范以及工作周期，从而更好地提升运维工作质量以及运维工作效率。

3.2 检修输电线路设备性能

未来在对设备进行性能检修的过程中需要明确，主要的工作方向就是对相对应的各项设备进行检修，只有保证设备的质量，才能够更好地提升整体运行状态。如果在检修的过程中发现部件有绝缘子性能不达标的情况，就需要及时更换，从而保证绝缘子的绝缘性能。如果在检修导地线的过程中，想要修复相对应的导地线，可以使用单线缠绕和管道连接的方式来进行修复。如果导地线出现了较为严重的损伤，那么在必要的情况下需要截断出现问题的部分，将全新的导地线进行连接，这能够极大地提升导地线质量。如果出现了雷电气候，那么此时质量较好的导地线就能够发挥出作用。检修其他元件的过程中，还需要关注元件的整体连接质量，这对于工程要求标准来说非常关键。未来对于高压线路当中存在的一些安全隐患，需要在最短的时间内进行解决，从而避免较大的损失出现[3]。

3.3 做好输电线路管理工作

在未来对高压输电线路进行运行维护的过程中，电力企业需要注意建立合理的计划以及管理工作机制，从而制定出更加合理的管理计划。在工作之前需要制定出整体运维管理工作规划，从而保证高压输电线路能够合理运行。未来制定工作计划时，首先需要根据电力企业的运行检修工作数据以及相对应的电力企业发展需求来进行制定。工作的过程中需要尽量合理地安排工作人员，对各项人力物力资源进行最大化配置。并且，在工作的过程中需要制定出运维管理具体规划。未来需要保证能够在整体规划的指导下来建立相对应的具体工作规划，这对于运维检修工作的细化来说非常关键也非常重要。

与此同时，相关人员需要建立更加合理化的监督机制，这能够保证工作计划实现更好地开展与实施。电力企业在实际运行的过程中需要注意成立监督小组，对于各个部门的工作水平以及工作方向进行监督，要求工作的过程中既能够强化各个部门之间的合作交流，同时也能够让各个部门进行相互监督[4]。

4 航拍图像在输电线路识别中的应用

当前，直升机在巡查的过程中，其采集到的图像较为有限，主要为输电线路与杆塔等内容。目标物始终在有效的视野内，再加上直升机处于运动状态，当发现其存在问题时，才会停止飞行。因此，直升机巡查过程中采集到的图像多为动态图像，再加上目标物体的相对运动，常会出现图像退化的情况。此种情况下，图像的退化将直接关系到最终的图像采集效果。

而对于巡检图像实施的处理，目标图像的识别以及提取工作十分重要。因背景所存在的复杂性以及变化较多，导致目标图像以及背景图出现较大的差异。所以，目标图像的实际提取与去除背景是巡检图像的常见问题。在输电线路的识别以及提取方面，中国对其展开一定的研究并具有一定的技术处理[5]。

4.1 图像分割

图像分割主要是指根据相关原则，将图像分解成多个不相交、具有共同属性的区域。处于同一个图像内，人们感兴趣的目标常占据一定的区域，且某些特点十分显著，与周围存在一定的差异。图像分割作为图像识别与图像理解的后续内容直接关系到最终的成败。

4.2 输电线的提取算法

通过图像分解算法，可以将图像中的边缘像素提取。但是，这些边缘中包含输电线的边缘成分以及背景内物体的边缘成分。怎样从边缘内获取输电线的边缘部分是诸多学者的研究重点。学者对其展开深入研究后发现，输电线路在高分辨率影像内具有以下特点：①输电线路较长；②输电线率的像素宽度显著低于3个像素；③输电线路的图像与直线十分相似；④输电线路的拓扑结构图较为简单，贯穿整个图像内容，仅有中间部分被杆塔分开；⑤各个输电线路内的图像处于平行关系，二者并不会存在显著的相交；⑥输电线路背景作为自然与人工地貌较为复杂的内容，像道路、河流等建筑物，这些建筑体的图像与输电线路十分相似，甚至会将其淹没其中无法分辨。根据上述总结输电线路的特征，可以将其分为3 个不同的像素，故实际工作中常采取直线检测方法对其展开检测[6]。

5 航拍图像在状态检测中的应用

状态检测主要是指根据输电线路的状态特征对设备运行进行合理的判定，进而对存在的故障展开诊断的过程。输电线路的状态检测中，国外对其展开深入研究，并研究出一种高分辨率的图像，以此测量弧垂装置。这一装置主要指将“聪明相机”固定在杆塔上，随后对准固定悬挂的导线标靶，对装置内部的图像进行软处理，进而获取标靶内的空间坐标，对导线的弧垂进行计算。而日本则通过对直升机巡检采集过程中的输电线缆相关图像展开处理，进而明确电缆的亮度以及性状，随后对电缆损害程度展开分析研究。同时，直升机对输电线路进行巡检的过程中，也可应用红外热像扫描过热点，检查绝缘子表面存在的污秽情况。应用紫外电晕可以发现线路非正常电晕的情况，进而判定电缆的水平以及是否损伤等。

中国通过将多种技术结合，分析并研究出机载多角度电力巡线系统，该系统通过多角度的数据，可以获取特定的目标，进而对高压输电走廊展开三维的重建工作，对高压线路周围的物体以及输电线距离展开测量，明确危险定位，其被广泛用于当前状态检测中[7]。