智能防范
——基于小樣本學(xué)習(xí)的輸電線防外破系統(tǒng)

山東大學(xué)

趙明悅，呂梓陽，杜怡凝，林麗珊

1 作品介紹

本產(chǎn)品實現(xiàn)了智能識別與分析、實時預(yù)警、自動報警、支持遠(yuǎn)程喊話、全天候和無死角監(jiān)控等功能，通過對Hi3559AV100芯片做嵌入式開發(fā)，只需把傳統(tǒng)監(jiān)控畫面?zhèn)鬏數(shù)奖井a(chǎn)品，就可以智能識別出畫面中想要識別出的物體，并按照程序做出反應(yīng)。例如為了避免鐵塔遭受鳥類筑巢、非法施工的破壞，可以將鳥類、施工設(shè)備等設(shè)置為識別對象，當(dāng)畫面中出現(xiàn)了這些物體，產(chǎn)品就可以自動做出反應(yīng)，進(jìn)行實時自動識別；然后向后臺發(fā)送預(yù)警信息，并自動播放警報，比如驅(qū)鳥音樂、人工錄制的警告語；同時現(xiàn)場揚(yáng)聲器支持人員實時喊話，并將現(xiàn)場視頻回傳給監(jiān)控中心，自動保存視頻且支持回放。本產(chǎn)品的實物設(shè)計如圖1所示，其功能大致如下：

圖1 產(chǎn)品實物設(shè)計

（1）覆蓋式監(jiān)控：將輸電網(wǎng)絡(luò)任意一處的實時圖像、視頻、環(huán)境情況傳輸?shù)娇刂浦行模瑢崿F(xiàn)超低功耗的無死角、全天候監(jiān)控。

（2）智能分析：智能前端分析、云端檢測能夠識別出所有靠近輸電網(wǎng)絡(luò)的人、物或者環(huán)境變化，如圖2所示。

圖2 識別效果

（3）隱患預(yù)警：對于非法接近電網(wǎng)的人員、車輛、鳥禽，或者山火、泥石流等自然災(zāi)害，能夠識別并將預(yù)警信息傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

（4）智能處理：控制中心可以設(shè)置對隱患的智能反應(yīng)，例如識別出鳥類、非法人員靠近后自動播放驅(qū)逐的音樂、警告語，也支持實時遠(yuǎn)程喊話、自動報警給巡邏人員。

（5）智能錄像：對于出現(xiàn)安全隱患的場景能夠進(jìn)行智能錄像，也可由控制人員進(jìn)行任意時段錄像。

（6）大數(shù)據(jù)平臺：將輸電網(wǎng)絡(luò)中所有產(chǎn)品納入一個平臺，支持通過電腦端、手機(jī)端精確查看和控制輸電網(wǎng)絡(luò)的每一處。

2 技術(shù)原理

本產(chǎn)品的技術(shù)流程如圖3所示。

圖3 技術(shù)流程

本產(chǎn)品分為前端和后端兩個模塊。前端AI負(fù)責(zé)智能識別設(shè)備，具有實時檢測識別功能，能夠及時識別危險人員、非機(jī)動車、機(jī)動車、施工車輛的靠近行為，并將一系列危險信息實時推送到平臺，設(shè)備會自動報警。后端大數(shù)據(jù)平臺實時接收AI端設(shè)備推送的圖片和視頻，針對危險信息進(jìn)行彈窗告警，同時推送告警信息給出事地點的最近維修人員。另外，本產(chǎn)品通過海思芯片來實現(xiàn)算法，并采用SSD算法實現(xiàn)了精簡。

為了實現(xiàn)檢測和識別障礙物的功能，在算法方面采用了Caffe架構(gòu)下的開源 SSD檢測算法。SSD網(wǎng)絡(luò)算法加入了基于金字塔特征的檢測方式，在不同的feature map上預(yù)測目標(biāo)；同時加入了數(shù)據(jù)增強(qiáng)過程，實現(xiàn)了多維度、高精度的識別檢測；采用Single Shot檢測框架，加快了其運(yùn)行速度。

3 作品創(chuàng)新點與市場前景

在功能上，其他同類型產(chǎn)品，如巡檢機(jī)器人、普通攝像頭、人像識別等，往往功能單一；而本產(chǎn)品可以同時實現(xiàn)智能識別與分析、實時預(yù)警、自動報警、支持遠(yuǎn)程喊話、全天候和無死角監(jiān)控等功能。

在性價比上，本產(chǎn)品只須根據(jù)傳統(tǒng)的監(jiān)控畫面，就能夠?qū)ν诰驒C(jī)、塔吊等工程機(jī)械設(shè)備進(jìn)行識別，可以更大程度地避免事故的發(fā)生，成本僅為萬元，是同等價位上功能比較強(qiáng)大的系統(tǒng)。

在外觀上，本產(chǎn)品包裝簡單但堅固耐用，在長時間的使用實驗中，產(chǎn)品的故障率低于1%，具有可靠的使用價值；同時簡單的外觀又減少了不必要的成本，提高了其他方面的質(zhì)量。

在精準(zhǔn)度和速度上，本產(chǎn)品識別精準(zhǔn)、速度快。通過一些具體的SSD和YOLO以及FasterRCNN的對比數(shù)據(jù)，可以明顯看出本產(chǎn)品在速度和準(zhǔn)確度上的優(yōu)勢。整個SSD網(wǎng)絡(luò)就是由一系列的卷積層和全連接層構(gòu)成，能夠快速、精準(zhǔn)地對數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、分析、識別。

在識別效果上，本產(chǎn)品可以同時識別多個目標(biāo)。SSD網(wǎng)絡(luò)采用了多種寬高比的Anchor，可以實現(xiàn)多目標(biāo)的檢測，相較于之前的檢測網(wǎng)絡(luò)更加方便實用。

在創(chuàng)作思路上，將傳統(tǒng)的人工巡檢電網(wǎng)用智能產(chǎn)品替代，解放了人力，同時提高了工作效率，為電力傳輸帶來有效保障。

本產(chǎn)品以保護(hù)輸電鐵塔、保障我國電力資源的正常傳輸為出發(fā)點并成功實現(xiàn)了功能。在用電量巨大的今天，一個鐵塔出現(xiàn)故障導(dǎo)致輸電線路中斷，會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而政府為了避免這個問題，不得不建設(shè)備用輸電線路，這無疑又是一筆巨大的財政投入。本產(chǎn)品在解決這一問題的同時，還可以解放人力，尤其是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，或者遇到極端惡劣天氣時，本產(chǎn)品可以更高效地完成相關(guān)任務(wù)。

全國輸電鐵塔的數(shù)量巨大、分布范圍極廣，如此多的鐵塔已經(jīng)投入了巨大的人力、物力進(jìn)行維護(hù)，而智能電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用毫無疑問將大大地降低維護(hù)成本，有效地避免故障發(fā)生，所以我國兩大鐵網(wǎng)公司及其附屬的省、市、縣的眾多電網(wǎng)公司都是本產(chǎn)品的潛在用戶。

本產(chǎn)品成本極低，一個產(chǎn)品還可以支持多路信號輸入，只需要很低的成本就可以保證大片區(qū)域的用電安全。當(dāng)然本產(chǎn)品的應(yīng)用不限于鐵塔，一切需要應(yīng)用到智能識別的場合都可以使用本產(chǎn)品，其核心資源是嵌入式智能算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)用戶需要調(diào)整識別的對象。