無人機精細化巡檢影像自動歸檔軟件設計與開發

王鄭

【摘 ?要】無人機精細化巡檢是電力巡檢作業中的一種非常重要的巡檢方式，所獲取影像數據量較大，且影像之間僅以不同編號給予區分，依靠人工歸檔分類方式放，需消耗大量時間且容易出錯、效率較低。針對此問題，本文開發了一款精細化巡檢影像自動歸檔軟件，對不同桿塔影像進行自動歸檔分類存儲，極大的提高分類效率及精度，降低了人工成本。

【關鍵詞】精細化巡檢;影像歸檔;桿塔;設計與開發

0.引言

隨著電力行業的飛速發展，規模的逐步擴大化，超高壓輸電線路已成為全國電網的的主骨架[1]。架空輸電線路覆蓋范圍廣、穿越區域地形較為復雜、自然條件惡劣，傳統的人工巡檢方式，勞動強度大、耗時長，切效率低，已無法滿足電力行業智能化巡檢的需求。無人機技術的快速發展給電力線路安全運維巡檢帶來了便利，是一門融合了航空、遙感、電子、電力、飛行控制、通信、圖像識別等多個高尖技術領域的新型技術[2]。基于無人機技術，電力運維人員可對重要部件是否損壞做出直觀的判斷，從而保證輸電線路的安全[3]。對于災后交通困難區域，人員無法巡檢時，可利用無人機開展輸電線路巡檢，線路故障的排查，對重要部件做出360度巡檢作業，能有效的避免忙點，提高工作效率[4]。

無人機精細化巡檢是電力巡檢作業中的一種非常重要的巡檢方式，由于該工作方式會產生大量照片數據，而且照片之間僅以不同編號區分，在實際工作中需要人工將照片按照桿塔為單位來分類存放，這種方法會花費大量時間且容易出錯，效率較低。針對此問題，本文旨在開發一款精細化巡檢照片自動歸檔軟件，對無人機每個架次拍攝的照片進行自動分類歸檔，并存放到不同的目錄中，以提高分類效率及精度，降低人工成本。

1.無人機精細化巡檢影像自動歸檔系統設計

在無人機巡檢作業時，對電力桿塔的各個部位進行拍攝并保存在無人機所搭載相機的SD卡中，當拍攝完一基電力桿塔后，前往下一處基桿塔繼續拍攝。由于一次作業任務可能連續執行數天，所以積累的照片數量教多，后期的數據處理時僅依靠工作人員查看每張影像并進行歸檔，費時費力。為提高工作效率，本文開發了一款精細化巡檢照片自動歸檔軟件，采用兩種方式對所拍攝影像進行分類，具體思路如下：

（1）無人機在巡檢作業時會記錄影像拍攝時間，且當無人機拍攝完一個桿塔，進行下一個桿塔的拍攝時，期間的飛行時間遠遠大于對同一個桿塔拍攝所花費的時間。基于以上特點，提取所有影像的時間并排序，參考長期進行飛行任務的有關專家意見，設定進行影像分類的時間間隔參數，檢索時間序列中相鄰的兩張影像的時間間隔是否大于所設定的閾值。大于或等于所設定的閾值，則表示兩張影像屬于不同桿塔，反之，則表示兩張影像屬于同一桿塔，從而實現影像自動分類。

（2）第一種方式適用于巡檢線路附近無遮擋區域，然而，電力架空線路多架設在山林之中，山體及桿塔周圍的林木均會對無人機傳播信號產生干擾，從而造成無人機相機所記錄拍攝時間的不準確性。因無人機作業采集的影像可按拍攝順序使用數字編號命名，可通過每拍攝完一個桿塔后讓飛機返航并使用深色不透光物件遮擋攝像頭后拍攝一張影像，以這張特征照片作為桿塔之間間隔的標記來分類。需要對影像分類歸檔時，用戶可通過軟件設置標記圖片的特征參數，提取所有影像名并按編號排序，依據順序識別照片特征，當遇到滿足用戶設置的照片特征時，則歸為同一基桿塔，并移除特征照片，繼續對后續照片進行識別歸檔，以此類推，從而實現照片的歸檔分類。較于第一種方法，第二種方法在便利性、速度等方面等有所欠缺，兩者可相互結合，為后續后續工作節約時間。

2.無人機精細化巡檢影像自動歸檔系統主要功能介紹

對于需要歸檔分類的無人機巡檢影像，可依據如下方式實現不同桿塔影像的歸檔分類：

（1）選擇需要分檔的照片所在的目錄;

（2）選擇分檔后的照片的存儲目錄;

（3）選擇照片拍攝時間或標志照片識別作為分檔方式;

設置照片拍攝時間或標志照片識別分檔方式的參數，實現不同桿塔影像歸檔分類。

本文所設計無人機精細化巡檢影像自動歸檔系統采用Windows 7、Windows10作為操作系統，用面向對象的C#作為開發語言，使用Visual Studio 2015作為開發工具，對GMap進行二次開發，從而完成軟件的結構和功能。見圖2，該軟件主要包含4個功能模塊：

（1）照片拍攝時間分檔模塊

功能描述：從照片中提取拍攝時間，根據拍攝時間間隔，進行不同桿塔影像歸檔分類，并向分檔目錄輸出模塊輸出分檔信息。

（2）標志照片識別分檔模塊

功能描述：使用EmguCV識別照片，判斷影像是否符合標志影像的特征，作為影像分檔依據，并輸出分檔信息給分檔目錄輸出模塊。

（3）參數設置模塊

功能描述：設置照片拍攝時間分檔的時間間隔;設置標志影像識別分檔的標志影像特征參數。

縮略圖寬度/高度：縮略圖越大，標志圖片判斷越精確，但耗時更長。

二值化閾值：設置黑白像素的分檔值，小于閾值為0，即黑色像素，大于閾值為255，即白色像素，若拍攝時光線過強，可設置較大的值。

直方圖組數：僅采用灰度值分析時，該設置才有效，分組越少，對圖片深色像素的比例要求越低，最少為2組。

占比基準值：設置黑色像素的比例，僅該比例的影像才會被判定為分檔標志。

時間分檔設置：

時間間隔/秒：不同桿塔影像歸檔閾值設置，通過該值來判定兩張照片是否屬于同個桿塔。

（4）分檔目錄輸出模塊

功能描述：根據照片拍攝時間分檔模塊和標志照片識別分檔模塊生成的分檔信息，將照片復制到指定路徑下并建立目錄結構。

3.應用

將該軟件應用于輸電線路精細化巡檢影像的歸檔分類工作中，打開軟件主界面，選擇需要歸檔的影像路徑及保存路徑，依據無人機作業場景選擇歸檔分類條件，若無人機作業期間信號質量良好，則選擇“根據時間分檔”;反之，則選擇“根據標志圖片分檔”，點擊“設置”進入參數設置界面，設置好分類條件的參數，點擊“執行”，便會自動將影像自動歸檔分類并存儲到指定位置。相對于傳統的依靠人工歸檔分類（速度為20分鐘/1000張），速度提升了4倍（速度為5分鐘/1000張），大大提高了工作效率。

4.結語

針對無人機精細化巡檢所拍攝影像數據量較大，依據人工進行不同桿塔影像的手動歸檔，需消耗極大的人力物力等，本文設計開發了一款無人機精細化巡檢影像自動歸檔軟件。該軟件實現無人機所拍攝影像的自動歸檔，提高數據處理效率，為后續影像處理節約了大量時間。

參考文獻：

[1]張昌賽，劉正軍，楊樹文，et al.大型無人機輸電線路巡檢數據采集與處理關鍵技術[J].測繪通報，2017（S1）：142-145+169.

[2]彭向陽，劉正軍，麥曉明，羅智斌，王柯，謝小偉.無人機電力線路安全巡檢系統及關鍵技術[J].遙感信息，2015，30（01）：51-57.

[3]洪巧章.無人機在電力巡檢中的安全風險評估[J].大眾用電，2016，31（12）：32-34.

[4]陳利明，劉偉東，李源源，楊鶴猛，武藝，楊豐愷，孔令宇，王淼.無人機系統在架空輸電線路巡檢業務中的應用[J].測繪通報，2017（S1）：169-172

（作者單位：中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司 貴陽局）