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        計(jì)算機(jī)視覺在高壓線路巡檢中的應(yīng)用

        2022-06-11 10:55:35胡正杰祁帥濤
        中國(guó)新通信 2022年8期

        胡正杰 祁帥濤

        摘要:為解決現(xiàn)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(jié)合計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展,提出其在高壓線路巡檢中變電站智能監(jiān)測(cè)和高壓線路異物清除系統(tǒng)兩種應(yīng)用場(chǎng)景。

        關(guān)鍵詞:線路巡檢;智能監(jiān)測(cè);異物清除

        一、引言

        為滿足我國(guó)用電量日益增長(zhǎng)的需求,高壓輸電線路鋪設(shè)量也愈來(lái)愈長(zhǎng),已達(dá)100萬(wàn)千米,覆蓋范圍極其廣大。而線路巡檢作為長(zhǎng)距離高壓線路正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要維護(hù)方法,正面臨著檢驗(yàn)作業(yè)強(qiáng)度大、檢驗(yàn)周期長(zhǎng),部分巡檢線路環(huán)境惡劣不宜人工巡檢等問題,現(xiàn)有人工巡檢方法面臨巨大挑戰(zhàn)。因此,國(guó)家電網(wǎng)公司急需探索新技術(shù),提高線路巡檢效率和安全性。

        二、現(xiàn)有線路巡檢方法

        目前,現(xiàn)有高壓線路巡檢方式主要分為以下4種:人工巡檢、機(jī)器人巡檢、直升機(jī)巡檢和無(wú)人機(jī)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(duì)需檢高壓線路進(jìn)行巡檢,工作方式落后、缺乏自動(dòng)化、人力成本極高、艱險(xiǎn)地區(qū)安全隱患高、覆蓋能力差,且缺乏數(shù)據(jù)的積累和互通。

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

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

        (四)無(wú)人機(jī)巡檢。近年來(lái),無(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟使得其在高壓電線路巡檢中的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)并保持高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。相比直升機(jī)巡檢,無(wú)人機(jī)無(wú)需載人拍攝,機(jī)體小、成本低,操作簡(jiǎn)單。對(duì)比上述三種巡檢方式,其優(yōu)缺點(diǎn)也很明顯。缺點(diǎn)是巡檢精度有所下降;優(yōu)點(diǎn)是靈活便攜、成本較低、設(shè)備操作簡(jiǎn)單、可觀測(cè)范圍廣、不存在安全隱患等,另外,采用無(wú)人機(jī)巡檢,不需要改造線路,更易與人工巡檢等方式融合,是當(dāng)前電網(wǎng)的主要推廣方向。當(dāng)前,貴州、青海等省份已相繼開展山區(qū)、河流等復(fù)雜難達(dá)地形下的無(wú)人機(jī)巡檢實(shí)驗(yàn)。

        據(jù)國(guó)家電網(wǎng)發(fā)布數(shù)據(jù),采用無(wú)人機(jī)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(yù)見:無(wú)人機(jī)巡檢在未來(lái)的高壓線路巡檢中將會(huì)成為應(yīng)用最廣泛、使用最高效的巡檢手段。但無(wú)人機(jī)巡檢也帶來(lái)了新問題,無(wú)人機(jī)在巡檢過程中采集的海量圖像數(shù)據(jù)均需有經(jīng)驗(yàn)的巡檢工人進(jìn)行判斷處理,工作量龐大,這將嚴(yán)重阻礙巡檢無(wú)人機(jī)的推廣。因此,如何提高巡檢無(wú)人機(jī)的智能化水平已經(jīng)成為亟須解決的重要問題。

        三、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

        計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬方針人類的視覺系統(tǒng),使計(jì)算機(jī)具有環(huán)境感知的能力,通常采用可見光相機(jī)、紅外相機(jī)等。目的是使計(jì)算機(jī)借助傳感器設(shè)備實(shí)現(xiàn)人類的視覺系統(tǒng)功能,從而更好地理解世界。目前,計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已應(yīng)用在智能安防、工業(yè)產(chǎn)品缺陷檢測(cè)、醫(yī)學(xué)圖像分析及遙控圖像處理等各個(gè)領(lǐng)域,更進(jìn)一步來(lái)講,只要有需要依靠人眼的場(chǎng)景都可應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來(lái)助力機(jī)器進(jìn)行場(chǎng)景理解。另外,計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)還可以對(duì)危險(xiǎn)場(chǎng)景、人眼不可見物體等進(jìn)行感知,具備超越人類視覺系統(tǒng)的能力。因此,將計(jì)算機(jī)視覺有關(guān)技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)(如高壓線路巡檢)中可成為提升國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的有效途徑。

        四、計(jì)算機(jī)視覺在高壓電路巡檢的應(yīng)用思考

        隨著全國(guó)各城市、各地區(qū)的電力需求愈來(lái)愈大,線路鋪設(shè)和檢修壓力也日益增加,尤其是經(jīng)常穿越類似山峰、河流等復(fù)雜的地理環(huán)境。隨著無(wú)人機(jī)線路巡檢擺脫了人工巡檢的高強(qiáng)度、機(jī)器人巡檢地形局限以及直升機(jī)性價(jià)比低的問題,已經(jīng)成為高壓線路巡檢的首選方法。為解決無(wú)人機(jī)巡檢智能化水平不足問題,我們提出以下幾點(diǎn)建議助力無(wú)人機(jī)巡檢智能化水平提升。

        (一)高壓線路無(wú)人變壓站智能監(jiān)測(cè)

        在高壓線路鋪設(shè)過程中,變電站作為重要的組成元素,設(shè)備狀態(tài)以及變電站設(shè)備安全是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。為確保變電站日常運(yùn)行穩(wěn)定,現(xiàn)有變電站值守方式分為有人值守和無(wú)人值守兩種形式。有人值守變電站所需成本高,且需要時(shí)刻堅(jiān)守崗位、對(duì)數(shù)據(jù)處理也相對(duì)較慢;而無(wú)人值守變電站主要是指330kV及以下的變電站,一般采用遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)可獲取變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)信息,但遠(yuǎn)程工作站的運(yùn)行可靠性不高。因此,可在現(xiàn)有值守前提下,考慮結(jié)合“機(jī)動(dòng)端機(jī)器人巡檢+固定端智能攝像頭監(jiān)測(cè)”方式,在巡檢方式中加入計(jì)算機(jī)視覺技術(shù),用于增加變電站運(yùn)行安全可靠性,確保變電站設(shè)備運(yùn)行安全,防止安全事故發(fā)生。如圖5所示。

        機(jī)動(dòng)端機(jī)器人巡檢負(fù)責(zé)變電站內(nèi)部的設(shè)備狀態(tài)檢測(cè),通過OCR算法,智能監(jiān)視變電設(shè)備的外觀、儀表盤讀數(shù)和指示燈狀態(tài)是否正常等;同時(shí),可通過語(yǔ)義分割算法對(duì)變電站內(nèi)部煙霧和明火進(jìn)行智能監(jiān)視,防止因設(shè)備老化、電路故障等原因造成火災(zāi)發(fā)生。

        固定端智能攝像頭負(fù)責(zé)防范外部非法入侵,通過對(duì)拒止區(qū)域內(nèi)行人檢測(cè),起到變電站內(nèi)智能安防作用,防止發(fā)生變電站內(nèi)設(shè)備盜竊丟失等事故;同時(shí),也可通過語(yǔ)義分割算法對(duì)變電站外部的煙霧和明火進(jìn)行智能監(jiān)視,防止因變電站外部環(huán)境的火災(zāi)發(fā)生,保證變電站外部安全。

        當(dāng)機(jī)動(dòng)端機(jī)器人或固定端攝像頭按照預(yù)設(shè)功能發(fā)現(xiàn)異常,可第一時(shí)間觸發(fā)報(bào)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(jiān)測(cè)

        長(zhǎng)距離架設(shè)高壓線需建設(shè)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(dòng)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(huì)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(huì)造成電網(wǎng)短路故障;同時(shí)長(zhǎng)距離的高壓線極易被風(fēng)箏、塑料袋等異物纏繞,導(dǎo)致區(qū)域停電,引發(fā)電路安全事故。因此,可借助無(wú)人機(jī)巡檢,構(gòu)建基于無(wú)人機(jī)自主巡邏與異物智能檢測(cè)的清理系統(tǒng),如圖6所示。

        無(wú)人機(jī)在預(yù)置巡邏路線上進(jìn)行巡邏,利用機(jī)載光學(xué)相機(jī)拍攝巡檢線路圖像,然后利用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或Transformer的異物檢測(cè)算法檢測(cè)是否存在鳥巢、風(fēng)箏以及塑料袋等異物;一旦發(fā)現(xiàn)異物存在,發(fā)出警報(bào)信息,待巡檢員收到警報(bào)信息后,將無(wú)人機(jī)切換為手動(dòng)模式,獲取無(wú)人機(jī)控制權(quán)并利用火燒法或拋投槍法操作無(wú)人機(jī)清除異物。

        五、結(jié)束語(yǔ)

        本文著眼于解決現(xiàn)有高壓線路巡檢方法存在的問題,提出利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)提升巡檢效率以及智能化水平的幾種典型應(yīng)用場(chǎng)景,旨在為國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展提供思路。

        作者單位:胡正杰? ? 祁帥濤? ? 國(guó)網(wǎng)北京市電力公司延慶供電公司

        參? 考? 文? 獻(xiàn)

        [1]繆希仁,劉志穎,鄢齊晨.無(wú)人機(jī)輸電線路智能巡檢技術(shù)綜述[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(shù)的無(wú)人機(jī)在輸電線路巡檢的應(yīng)用[J].電力信息與通信技術(shù),2021,19(04):44-49.

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