圖像處理技術在無人機電力線路巡檢中的應用

呂吉偉

（泉州億興電力工程建設有限公司，福建 泉州 362000）

1 無人機在國內外發展現狀

無人機是是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。

無人機的發展研究過程涉及到了圖像處理、電子技術、航空飛行以及飛行姿態等，其中圖像處理在無人機電力巡檢線路中起著重要作用。歐洲等發達國家很早就將無人機技術運用于電力線路巡檢。我國開始這項研究僅是從20世紀80年代開始，起步較晚。雖然無人機在國內起步發展很晚，但是無人機的認同度很高，發展速度較快。2002年，華北電網公司正式啟動無人機電力巡線項目；2010年，國網超高壓交流建設公司應用單旋翼無人機系統；2010年，山東電力公司提出無人機電力巡檢系統概念；2010年，福建電力公司成立無人機巡檢項目；2010年，寧夏電力公司實施高海拔無人機巡檢項目；2010年，沈陽電力公司實施單旋翼無人機巡檢項目；2011年，湖南電力公司實施4旋翼無人機覆冰檢測項目；2011年，北京電力公司成立無人機巡檢項目組。目前，大部分無人機都應用于工業領域。

2 圖像處理在電力巡檢中的應用

2.1 無人機巡檢的重要性

無人機巡檢具有較多優勢，如節約成本和工作效率高等[1]。輸電線路分布在全國各個地方，涉及面積非常廣，穩定的電路環境是非常重要的。一般供電點是由多個小的工作點組成。這個供電點就是一個稍有規模的小電網。國家為使所有人都使用上充足的優質電能，通常會在一些環境惡劣和地形險峻的偏遠地區設立相關供電網。因此，這些地區的電力輸電線路、電線桿及電線塔等都處于惡劣環境，較易發生故障，進而影響供電質量。由于環境惡劣地區的電路巡檢工作人員欠缺，導致偏遠地區的電路巡檢工作很難做好。需將無人機應用于偏遠地區的電路巡檢工作。無人機的檢測程度比人工檢測更加細致，避免了人工檢測帶來的誤差。無人機的應用應以偏遠地區的巡檢工作為主。由于無人機巡檢成本較人工巡檢成本低，且安全性能好、工作能力強及工作誤差小，因此被廣泛應用于電力線路巡檢[2]。

目前，無人機技術越來越成熟。民用無人機得到了國家重視，在日常生活中被廣泛應用。數據顯示，2015年我國民用無人機的市場規模達到23億元，2017年我國民用無人機市場規模約65億元，預計2019年我國民用無人機的市場規模將突破200億元，并預計2020年將同比增長達66%。圖1為中國民用無人機銷售規模及預測。

圖1 中國民用無人機銷售規模及預測

2.2 應用技術

（1）圖像預處理。圖像在形成的過程中會受到天氣、飛機飛行的姿態及噪聲等因素的影響，因此探測器拍攝到的圖像可能與實際情況不符。為保證圖像檢測結果的準確性，需對這些圖像進行人為處理。首先，去除霧雨背景。實際天氣變化會對成像產生一定影響。霧雨天氣，可見度較低，霧氣和雨水會導致圖像模糊，Stank認為霧雨的痕跡明亮清晰，可使用像素過濾值過濾雨滴。但是過濾雨滴的方法只能用在一些簡單的圖像處理上，對于運動視頻，Garg建立了霧雨相關模型，通過物理模型來描述霧雨像素，通過背景分離的方法將圖像進行分離處理，通過檢測前后圖像的大小和亮度，進一步去除霧雨[3]。

（2）圖像拼接技術。無人機拍攝過程中，攝像機的分辨率是很低的，因此需要拍攝大量圖像進行對比分析，以提高圖像分辨率。可將各種圖像進行拼接，以滿足工作中的對圖像清晰度的要求。因為實際拍攝過程中存在很多不確定因素，圖像拼接技術并不是直接將不同圖像的像素拿出來使用，而是根據不同圖像的特征，導出像素。然后通過參考一些像素中特征比較大的地方，將重疊的部分選取出來。圖像拼接技術會浪費很長時間，且工作效率不高。圖像拼接技術很難解決圖像旋轉后選取重疊區域的問題。此外，圖像拼接技術對設備要求很高。

（3）圖像識別技術。無人機進行電力線路巡檢的線路是通過計算機拍攝的圖像找到的傳輸路線區域，但是拍攝經常會受到自然天氣的影響，增加了目標選取的困難程度。

3 圖像處理技術遇到的問題

圖像處理技術在無人機電力線路巡檢中會遇到很多問題，一些干擾因素會影響巡檢工作。

（1）光學形成的像差。無人機在巡檢過程中是利用拍攝來達到巡檢目的，拍攝成像中，遠軸區產生的是實際像，近軸區產生的是理想像，二者成像存在一定偏差，進而影響最后的圖像質量，導致檢測準確性降低。輻射失真會對檢測成像產生一定影響。拍攝過程中利用傳感器觀測目標或者在能量輻射過程中出現輻射失真，都會影響遙感器的解讀能力[4]。

（2）機械振動會影響拍攝。無人機在飛行拍攝過程中，成像系統會受到無人機運動和拍攝姿態的影響，導致成像模糊。因為無人機在飛行過程中會有不一同姿態，再加上遙感器的不同，會導致無人機在檢測時圖像失真扭曲，即幾何失真。此外，噪聲會導致無人機在拍攝時受到信號的干擾。如果在無人機拍攝的圖像中出現了椒鹽噪聲或者高斯噪聲，那么這些噪聲會極大地影響拍攝結果。

（3）四季變化、太陽光照及場景的復雜程度也影響無人機巡檢。變化的自然景象會使無人機拍攝的成像背景變得更加復雜。讓無人機在復雜場景下選取并識別拍攝目標是非常困難的[5]。

4 結 論

高壓輸電線路對整個國家的重要程度不言而喻，一旦出現問題，就會導致鐵路斷電、交通擁擠、政府部門癱瘓及人們不能正常生活。為保護整個電力系統的安全穩定性，需更好地完善圖像處理技術在電力檢測中的應用，大力推動無人機電力巡檢的發展。