无人机正摄影像快速比对工具在输电线路智能巡检中的应用

吴圆波，钱晓明，李欣江

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南昆明，650000）

0 引言

输电线路是电力系统整体功能的重要组成环节。目前，架空输电线路是输电线路的主要组成部分。

其具有距离长、分布广的特点，且线路设备长期露置在大自然的环境中运行，容易遭受各种气候条件的侵袭（如雨雪、冰冻、污秽、雷击等），以及其它的外力破坏（如机械撞击杆塔或拉线基础、树竹倾倒碰撞导线、鸟兽造成的接地短路等），因此线路出现故障的机会较多，而且一旦发生故障，需要较长时间才能修复送电，会造成不同程度的损失。为了保证输电线路的安全运行，需加强线路的巡视和检查，随时发现设备的缺陷和危及线路安全运行的因素，以便及时检修消除隐患，并制定安全措施。

传统的电力巡检主要依靠人工巡视，综合运用感官及部分配套的检测仪器对相关设备及杆塔等进行简单定性判断为主的检查，除存在劳动强度大、巡线效率低等缺陷外，还具有巡检不到位，巡检结果难以数字化展现等问题。

为响应数字电网转型战略，抓住产业数字化、数字产业化赋予的时代机遇，加快实现建设“智能、安全、可靠、绿色、高效”的数字输电目标，智能输电线路建设势在必行。

智能输电线路是基于传统输电线路，应用物联网、移动互联网、人工智能、大数据分析、云计算等数字技术，集成先进传感技术、信息技术、控制技术等新技术和新材料、新设备，具备高度信息化、自动化、互动化等特征，满足设备状况一目了然、风险管控一线贯穿、生产操作一键可达、决策指挥一体作战等生产管理目标，实现信息实时展示、任务智能规划、态势智能感知、决策智能辅助等功能，达到安全、可靠、绿色、高效运行目标的新一代输电线路。其主要经历了三个发展阶段：

第一阶段：实施“人巡为主、机巡为辅”智能巡检策略；

第二阶段：实施“机巡为主、人巡为辅”智能巡检策略；

第三阶段：实施“无人机为主、直升机为辅、人巡补充”策略，逐步实现无人机自动巡检全面覆盖。

近年来，随着无人机技术的发展成熟以及在巡检领域的深入应用，无人机巡视已成为架空输电线路智能巡视的核心[1]。

1 无人机自动巡检

1.1 无人机自动巡检概述

使用无人机依据固定航线，对架空输电线路通道内地形地貌、建筑（构筑）物、外力破坏、植被、交叉跨越等情况进行检查，采集飞行过程中的正摄影像，并对一系列正摄影像照片进行拟合，形成架空输电线路通道整体图像，为外力隐患等防控提供数据支撑，该种巡视技术被称为无人机通道自动巡检。

图1 通道正摄影像

1.2 无人机自动巡检模式

该种技术方式对无人机的性能、指标等要求不高，可以将电力企业存量设备有效利用起来，创造最大价值。其巡检模式主要分为三类， 见下表1 。

表1 无人机巡检模式

1.3 无人机自动巡检作业流程

输电线路运维人员在实际现场工作中，使用无人机自动巡检流程如表2。

表2 无人机自动巡检流程

2 无人机快速巡检

目前智运用无人机开展线路通道自动巡检时将产生大量的线路通道正摄图像数据，这时需对比前后两个巡视周期的数据以辨别感知线路通道实际变化情况。

通过现有的人工比对方式需先定位、分类、整理、命名线路通道后再逐一对比前后两个巡视周期的正摄图像，仅仅分类、命名通道都费时、费力，工作效率极其低下，并且此类工作对人员技术技能水平要求不高，但需消耗大量的人力资源。因此，无人机正摄影像快速比对工具应运而生[2]。

3 无人机正摄影像快速比对工具原理

为了提高工作效率，减轻人力资源浪费，根据以下三个要点来对图像数据进行自动快速比对，找出前后周期的通道影像不同之处，以此对线路运维提供准确的运维依据[3]。

（1）切割每档原始图像

通过无人机巡线得到一条新线路的完整正射照片，处理新路线照片时首先将照片缩放到固定大小，使用卷积神经网络（CNN）模型对照片中的杆塔进行定位，得到每个杆塔在图像照片中的相对位置，依据照片形状和杆塔位置坐标对照片中中每一档图像进行截取作为原始图像，并保存截取坐标。

（2）提取每档图像特征

针对提取出的每档图像，使用滤波变换处理原始档照片，以去除光照等影响，再用卷积神经网络（CNN）提取图像特征形成高维向量，代表这一档照片的原始图像特征。建立数据库存储每档图像，并存储相应截取参数，图像处理参数，以及提取出的特征向量。

（3）对比图像

新的飞行结束后，因为飞行路线相同，形成线路照片相同。依据第一次切割图像的方法进行图像截取，并利用相同的卷积神经网络模型提取图像特征，得到新的高维向量。之后和对应的原始档照片进行对比，计算两个照片高维向量的欧式距离，代表两张照片的差异变化程度，以判断有没有变化，如图2。

图2 正摄影像比对

4 快速比对工具效益

应用图像比对技术，实现对无人机正摄影像的通道自动切档、整理、归类、快速比对，提取关键值后形成对比结果的详细报告，包括电压等级、线路名称、距变化点最近的杆号及直线距离、图像采集时间、异常变化量的GPS坐标等。

此快速对比工具为单机版本，小巧实用，工作效率高，可为输电智能运维提供便捷、高效输出运维结果实用小工具。

用此工具进行线路通道无人机正摄图像对比的工作：（1）大大降低和减小了运用智能装备后数据处理的难度；（2）提高工作效率；（3）缩短人工对比图像的作业时间；（4）减少了人力物力的投入和劳动强度。

5 结语

此产品研制成功并运用到实际工作中，一方面能避免通过人眼识别容易形成视觉疲劳造成识别错误的情况，另一方方面还能改变目前无人机正摄影像需要大量的人力资源来逐一对比费时费力且低效工作模式，同时通过次工具处理对比后，能够形成直观有效的对比报告，有效使工作人员快速定位并关注通道变化量，提升了输电运维效率。