計算機視覺在高壓線路巡檢中的應用

胡正杰 祁帥濤

摘要：為解決現有高壓線路巡檢過程中存在的智能化水平低、巡檢效率不高的問題，結合計算機視覺技術的發展，提出其在高壓線路巡檢中變電站智能監測和高壓線路異物清除系統兩種應用場景。

關鍵詞：線路巡檢;智能監測;異物清除

一、引言

為滿足我國用電量日益增長的需求，高壓輸電線路鋪設量也愈來愈長，已達100萬千米，覆蓋范圍極其廣大。而線路巡檢作為長距離高壓線路正常運轉的重要維護方法，正面臨著檢驗作業強度大、檢驗周期長，部分巡檢線路環境惡劣不宜人工巡檢等問題，現有人工巡檢方法面臨巨大挑戰。因此，國家電網公司急需探索新技術，提高線路巡檢效率和安全性。

二、現有線路巡檢方法

目前，現有高壓線路巡檢方式主要分為以下4種：人工巡檢、機器人巡檢、直升機巡檢和無人機巡檢。

（一）人工巡檢。人工巡檢是指以人力為主體、采用人力覆蓋方式對需檢高壓線路進行巡檢，工作方式落后、缺乏自動化、人力成本極高、艱險地區安全隱患高、覆蓋能力差，且缺乏數據的積累和互通。

（二）機器人巡檢。巡檢機器人是一種用于檢查輸電導線是否破損、防震錘是否松動的自動化巡查裝置。由于巡檢機器人能夠在帶電狀態下工作，所以可取代傳統的人工巡檢方式，特別是在條件艱苦、位置偏遠的山區以及跨越河湖的地區，采用人工巡檢的方式對巡檢人員有較大的安全隱患和威脅，可采用機器人巡檢的方式。但使用機器人進行高壓線路檢查時，由于機器人移動速度較慢、越障能力不足，造成其應用范圍有限。

（三）直升機巡檢。直升機巡檢是指使用直升機搭載相機（可見光或者紅外），沿著高壓輸電線路采集圖像并進行檢查，相比前兩種巡檢方式而言，其維護和檢修效率相對較高。但由于使用直升機進行巡檢需要投入大量人力并且成本太高，因此利用直升機進行線路巡檢性價比太低。

（四）無人機巡檢。近年來，無人機技術的成熟使得其在高壓電線路巡檢中的應用成為現實并保持高速發展的態勢。相比直升機巡檢，無人機無需載人拍攝，機體小、成本低，操作簡單。對比上述三種巡檢方式，其優缺點也很明顯。缺點是巡檢精度有所下降;優點是靈活便攜、成本較低、設備操作簡單、可觀測范圍廣、不存在安全隱患等，另外，采用無人機巡檢，不需要改造線路，更易與人工巡檢等方式融合，是當前電網的主要推廣方向。當前，貴州、青海等省份已相繼開展山區、河流等復雜難達地形下的無人機巡檢實驗。

據國家電網發布數據，采用無人機巡檢的效率是人工巡檢的8～10倍，在日常巡檢工作中，兩種方式占比各50%。由此可預見：無人機巡檢在未來的高壓線路巡檢中將會成為應用最廣泛、使用最高效的巡檢手段。但無人機巡檢也帶來了新問題，無人機在巡檢過程中采集的海量圖像數據均需有經驗的巡檢工人進行判斷處理，工作量龐大，這將嚴重阻礙巡檢無人機的推廣。因此，如何提高巡檢無人機的智能化水平已經成為亟須解決的重要問題。

三、計算機視覺技術

計算機視覺技術是利用計算機來模擬方針人類的視覺系統，使計算機具有環境感知的能力，通常采用可見光相機、紅外相機等。目的是使計算機借助傳感器設備實現人類的視覺系統功能，從而更好地理解世界。目前，計算機視覺技術已應用在智能安防、工業產品缺陷檢測、醫學圖像分析及遙控圖像處理等各個領域，更進一步來講，只要有需要依靠人眼的場景都可應用計算機視覺技術來助力機器進行場景理解。另外，計算機視覺技術還可以對危險場景、人眼不可見物體等進行感知，具備超越人類視覺系統的能力。因此，將計算機視覺有關技術應用到電力系統（如高壓線路巡檢）中可成為提升國家電網運轉效率的有效途徑。

四、計算機視覺在高壓電路巡檢的應用思考

隨著全國各城市、各地區的電力需求愈來愈大，線路鋪設和檢修壓力也日益增加，尤其是經常穿越類似山峰、河流等復雜的地理環境。隨著無人機線路巡檢擺脫了人工巡檢的高強度、機器人巡檢地形局限以及直升機性價比低的問題，已經成為高壓線路巡檢的首選方法。為解決無人機巡檢智能化水平不足問題，我們提出以下幾點建議助力無人機巡檢智能化水平提升。

（一）高壓線路無人變壓站智能監測

在高壓線路鋪設過程中，變電站作為重要的組成元素，設備狀態以及變電站設備安全是需要重點關注的問題。為確保變電站日常運行穩定，現有變電站值守方式分為有人值守和無人值守兩種形式。有人值守變電站所需成本高，且需要時刻堅守崗位、對數據處理也相對較慢;而無人值守變電站主要是指330kV及以下的變電站，一般采用遠動技術可獲取變電站設備的實時信息，但遠程工作站的運行可靠性不高。因此，可在現有值守前提下，考慮結合“機動端機器人巡檢+固定端智能攝像頭監測”方式，在巡檢方式中加入計算機視覺技術，用于增加變電站運行安全可靠性，確保變電站設備運行安全，防止安全事故發生。如圖5所示。

機動端機器人巡檢負責變電站內部的設備狀態檢測，通過OCR算法，智能監視變電設備的外觀、儀表盤讀數和指示燈狀態是否正常等;同時，可通過語義分割算法對變電站內部煙霧和明火進行智能監視，防止因設備老化、電路故障等原因造成火災發生。

固定端智能攝像頭負責防范外部非法入侵，通過對拒止區域內行人檢測，起到變電站內智能安防作用，防止發生變電站內設備盜竊丟失等事故;同時，也可通過語義分割算法對變電站外部的煙霧和明火進行智能監視，防止因變電站外部環境的火災發生，保證變電站外部安全。

當機動端機器人或固定端攝像頭按照預設功能發現異常，可第一時間觸發報警裝置通知值守人員，減少因變電站故障造成的損失。

（二）高壓線路異物監測

長距離架設高壓線需建設許多高壓線塔，而高壓線塔暴露在野外，離地距離高，鳥類活動方便，極易成為鳥類的筑巢選擇。筑巢過程中使用的樹枝或者鐵絲可能會掉落在高壓輸電線上，鳥類的食物、糞便也有可能落在高壓線鐵塔的絕緣瓷瓶上，就會造成電網短路故障;同時長距離的高壓線極易被風箏、塑料袋等異物纏繞，導致區域停電，引發電路安全事故。因此，可借助無人機巡檢，構建基于無人機自主巡邏與異物智能檢測的清理系統，如圖6所示。

無人機在預置巡邏路線上進行巡邏，利用機載光學相機拍攝巡檢線路圖像，然后利用基于卷積神經網絡或Transformer的異物檢測算法檢測是否存在鳥巢、風箏以及塑料袋等異物;一旦發現異物存在，發出警報信息，待巡檢員收到警報信息后，將無人機切換為手動模式，獲取無人機控制權并利用火燒法或拋投槍法操作無人機清除異物。

五、結束語

本文著眼于解決現有高壓線路巡檢方法存在的問題，提出利用計算機視覺技術提升巡檢效率以及智能化水平的幾種典型應用場景，旨在為國家電網發展提供思路。

作者單位：胡正杰? ? 祁帥濤? ? 國網北京市電力公司延慶供電公司

參? 考? 文? 獻

[1]繆希仁，劉志穎，鄢齊晨.無人機輸電線路智能巡檢技術綜述[J].福州大學學報（自然科學版），2020，48（02）：198-209.

[2]劉沖，馬曉昆，鄭宇，宿劍飛，楊夏祎，王丹丹.基于5G技術的無人機在輸電線路巡檢的應用[J].電力信息與通信技術，2021，19（04）：44-49.