姜誠 張建剛 李庭堅 張福 高豐

摘要：為提升復雜背景下直升機巡檢系統(tǒng)巡檢質量，和研究直升機巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。通過FlashRemoting應用網(wǎng)關獲取數(shù)據(jù)請求指令完成數(shù)據(jù)的采集，通過AMF協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸，通過ArcGISAPIforFlex、Flexframework設計表現(xiàn)層。依照組別功能要求將表現(xiàn)層做分工處理，建立框架模型。服務層由GIS服務器和Web服務器構成，ArcGISServer用于定位系統(tǒng)可為用戶提供路線定位服務。通過httpservice類或webservice調用客戶端發(fā)布的服務，通過API訪問ArcGISServer服務端的各類數(shù)據(jù)，將地圖切片技術與GIS服務器動態(tài)地圖渲染技術進行結合，發(fā)布地圖服務。采用ModifiedHT算法進行直線提取，調用RemoteDataConnect設置參數(shù)查詢作業(yè)方案獲取巡航圖，完成巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理。經(jīng)實驗驗證，該算法對復雜背景下航空圖像的電力線完整提取是十分有效的，可在直升機巡線系統(tǒng)中得到成功應用，滿足巡檢質量要求。

關鍵詞：線路巡檢;動態(tài)數(shù)據(jù);視頻選幀;地理信息;智慧交通;統(tǒng)計分析

中圖分類號：TM726

文獻標志碼：A

ResearchandApplicationofDataProcessingBasedonHelicopterPatrolInspectionSystem

JIANGCheng1，ZHANGJiangang2，LITingjian3，ZHANGFu4，GAOFeng5

（1.MaintenanceandTestCenter，EHVPowerTransmissionCompany，ChinaSouthernPowerGrid，

Guangzhou510663，China;2.BeijingYupontElectricPowerTechnologyCo.Ltd.，Beijing100029，China）

Abstract：Inordertoimprovetheinspectionqualityofhelicopterpatrolsystemundercomplexbackground，theresearchofdataprocessingbasedonhelicopterpatrolsystemisproposed.DatarequestinstructionisacquiredthroughFlashRemotingapplicationgatewaytocompletedataacquisition，dataremotetransmissionisrealizedthroughAMFprotocol，andthepresentationlayerisdesignedbyArcGISAPIforFlexandFlexframework.Accordingtothefunctionalrequirementsofthegroup，theperformancelayerisdividedintodifferentpartsandaframeworkmodelisestablished.TheservicelayeriscomposedofaGISserverandaWebserver.ArcGISServerisusedforlocationsystemtoprovideroutelocationserviceforusers.Theservicepublishedbyclientisinvokedbyhttpserviceclassorwebservice.ThedataofArcGISServerisaccessedbyAPI.ThemapslicingtechnologyiscombinedwithdynamicmaprenderingtechnologyofGISservertopublishmapservice.ModifiedHTalgorithmisusedtoextractstraightlines，andremotedataconnectisusedtosetparameterstoquerytheoperationplantoobtainthecruisemapandcompletethedataprocessingofthecruiseinspectionsystem.Theexperimentalresultsshowthatthealgorithmisveryeffectiveforthecompleteextractionofpowerlinesfromaerialimagesincomplexbackground，andcanbesuccessfullyappliedinhelicopterpatrolsystemtomeetthequalityrequirementsofpatrolinspection.

Keywords：lineinspection;dynamicdata;videoframeselection;geographicinformation;intelligenttransportation;statisticalanalysis

0引言

直升機巡檢作業(yè)是我國電網(wǎng)公司推行線路的重要巡檢業(yè)務模式，綜合紅外、紫外等先進、高效的手段和應用模式，具有故障及時發(fā)現(xiàn)、工作效率高、人工無法替代等優(yōu)點?？梢詼p輕線路運檢班組的工作量，提高巡視的質量，降低線路運檢成本、作業(yè)風險和勞動強度，不斷提升線路運檢管理水平[1]。伴隨長距離輸電線路、大功率、特高壓的出現(xiàn)并投入使用，輸電線路變得越來越復雜，且資源越來越緊張。在城市發(fā)展需求下，輸電線路不允許在城市上空交錯紛亂排布，所以輸電線離城市主要交通要道愈加愈遠，一定程度上，對其日常的維護和維修也帶來一定的困難。

直升機輸電線路巡邏作業(yè)是指利用陀螺穩(wěn)定光電觀測系統(tǒng)等高科技設備（功能強大的光電觀測系統(tǒng)，其功能是用于紅外熱成像檢測，紫外線成像檢測和可見高速攝影等）裝載在直升機，在空中檢驗員和飛行員的默契配合下，實時觀測輸電線路和相關區(qū)域的障礙物，可以有效地減少事故的發(fā)生。輸電線路光電觀測系統(tǒng)具有技術含量高、檢測效率高、缺陷和故障檢測率高的特點，檢測運行方式可靠性能強，且不受地域因素的影響，更加方便、快速和有效的檢查輸電運行[23]。

WebGIS實現(xiàn)技術分為胖客戶端運行模式，以及瘦客戶端運行模式。在胖客戶端的運行模式中，用戶需通過安裝插件來提升瀏覽器及圖像的處理能力，而安裝插件的同時，會存在用戶個人信息泄露的問題，因此客戶端信息的安全性得不到良好的保障[4]。對于客戶端模式而言，Web技術下對客戶端要求較少，部署較為容易，但是處理數(shù)據(jù)方面較差，圖像顯示能力低下，以及服務器承擔計算任務繁重，這降低了網(wǎng)絡通信的效率。Flash播放器安裝較為普遍，使得基于flex技術的RIA開發(fā)方案所需輔助插件減少，一定程度上提高了客戶端交互能力。在WebGIS領域中，flex的應用提高了系統(tǒng)的用戶體驗，使得傳輸數(shù)據(jù)量減少，服務器負擔減輕[57]。將Flex和REST結合，應用于網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)，不僅可以方便、快速地建立表達性、交互式的應用程序，而且具有良好的可擴展性，實現(xiàn)實時道路交通的監(jiān)測[812]。

在此次研究中本文所選用的地理空間數(shù)據(jù)格式為SDE的數(shù)據(jù)庫格式，最后利用ArcMap將所需要的地理信息空間數(shù)據(jù)發(fā)布出去。本文系統(tǒng)主要分為三層：信息層、展現(xiàn)層，服務層。其中服務層設置地圖中間件為運行信息處理系統(tǒng)，其涵蓋的信息包括我國領土范圍內的高程信息、矢量信息以及電路運行系統(tǒng)。

1直升機巡檢可視化系統(tǒng)設計

FluorineFx能夠完成Flex與數(shù)據(jù)庫的有效聯(lián)通，通過遠程訪問方式聯(lián)系服務器，進行相關的后臺查詢工作。使用AMF協(xié)議完成數(shù)據(jù)交換，應用二進制實現(xiàn)巡檢可視化系統(tǒng)的服務類型轉換。對于此次實驗，本系統(tǒng)應用了第三方軟件及.NET技術用于完成遠程調度服務[13]。應用網(wǎng)關能夠提供系統(tǒng)的實時交換功能，而在Flash客戶端通過Flex協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換，服務器通過.Net實現(xiàn)了客戶端與遠程服務的遠程連接。對于.Net平臺上的編碼而言，想要真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)通，必須調用應用服務器上的RemoteObject組件，同時以類庫的方法進行存儲。調用過程如下：初始化系統(tǒng)配置，進行參數(shù)自檢服務，確定RemoteObject組件是否進行待調區(qū)，然后對服務目標、相關參數(shù)進行檢驗，檢驗成果后，通過AMF協(xié)議發(fā)送調用請求，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的傳輸，通過FlashRemoting應用網(wǎng)關獲取數(shù)據(jù)請求，根據(jù)請求指令完成數(shù)據(jù)的采集，分析等功能，最后通過AMF協(xié)議將數(shù)據(jù)結果反饋貴服務器，并調用相關指令，顯示數(shù)據(jù)處理結果。如果相關指令調用失敗，F(xiàn)ault事件會被觸發(fā)，完成結果分析，具體訪問遠程服務關系如圖1所示。

通過ArcGISAPIforFlex、Flexframework實現(xiàn)表現(xiàn)層的設計。依照表現(xiàn)層各個組別的不同功能要求，將表現(xiàn)層做分工處理，不同組件完成的邏輯各不相同，隨分工不同，但組件之間又具有緊密聯(lián)系，可協(xié)同合作，共同實現(xiàn)表現(xiàn)層功能，保障系統(tǒng)的簡易靈活性、重復使用以及擴展性。表現(xiàn)層主要由六個組件構成，分別是AppManager（應用管理器）、AppConfig（應用配置器）、AppUI（界面管理器）、EventManager（事件管理器）、MapContainer（地圖容器）、WidgetsContainer（工具集容器）。變現(xiàn)層整體構架如圖2所示。

本文提出基于直升機巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過建立框架模型，賦予表現(xiàn)層高內聚、低耦合的特征，使表現(xiàn)層具備重用性以及擴展性，實現(xiàn)框架擴展功能。表現(xiàn)層框架可依據(jù)其功能劃分為不同的組件，其配置和管理工作由相關組件

用戶界面完成，相比于傳統(tǒng)的WebGIS系統(tǒng)[14]，本文系統(tǒng)具

有的智能性以及交互性更高一籌，通過ArcGISFlexAPI和Flexframework對地圖加以描畫，找到客戶端數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，以此提高客戶端計算能力。

服務層是整個體系最重要的部分，它的主要提供服務范圍包括GIS地圖導航和遠程控制。GIS地圖導航服務器是arcgisserver，可以通過該服務器對地圖柵格化、矢量化，并且進行屬性查詢等[15]。除此之外，可以與空間數(shù)據(jù)庫連接，并且可以進行數(shù)據(jù)的交互，包括客戶端與后臺之間。服務層由GIS服務器和Web服務器構成，是系統(tǒng)運行的主要部分，用來提供定位服務以及遠距離服務，ArcGISServer用于定位系統(tǒng)，可為用戶提供路線定位服務。定位服務包含矢量服務和柵格服務，客戶端通過地理位置所屬類別完成搜索，ArcGISServer利用ArcSDE與數(shù)據(jù)庫進行連接。Net系統(tǒng)運轉服務器能夠實現(xiàn)遠距離服務，利用與Net服務器端的通信，完成用戶和系統(tǒng)之間的信息交流。由于Flex只能間接的同信息庫通信，因此一定要通過中間軟件實現(xiàn)信息的交流?？蛻舳诵枰肁rcGISServer，根據(jù)服務形式不同搜索信息，通過AMF協(xié)議下FlashRemoting技術，實現(xiàn)遠程查詢數(shù)據(jù)統(tǒng)計。展現(xiàn)層可以利用服務器層，對信息層搜索到的信息進行變換與安排[16]。

Flex的服務端數(shù)據(jù)處理由ArcGISServer完成，屬于一種客戶端技術。傳統(tǒng)的ArcGISServer僅包含Web服務接口，該接口基于SOAP作用于J2EE和.NET的WebADF，該服務接口數(shù)據(jù)處理較為復雜。在這種情況下，通過利用RIA風格的WebGIS和Flex豐富的客戶機技術，將Flex的客戶端的研發(fā)性能與ArcGISServer的處理性能相結合，需添加J2EE層。采用NET服務器作為應用程序的服務器，通過webadf調用gis服務器的gis函數(shù)組件，打包組件，通過服務器加以發(fā)布，如圖3所示。

根據(jù)上述分析可知，傳統(tǒng)基于SOAP式的Web服務結構具有復雜性，并且其開發(fā)的過程并不簡單。因此ESRI研究了ArcGISAPIForFlex，其可以將系統(tǒng)結構進行簡化，該系統(tǒng)主要是對直升機進行巡檢，并保證巡檢內容的可視化。Flex客戶端能夠通過API訪問ArcGISServer服務端的各類數(shù)據(jù)，該訪問過程具有直接性，如圖4所示。

分析圖4可知，將ArcGISAPIForFlex嵌入到Flex中，在此過程中用戶無需過多操作，只需設定服務參數(shù)、制定服務節(jié)點和執(zhí)行服務操作，在用戶操作之后，服務端會根據(jù)用戶的指令發(fā)送至URL，URL會根據(jù)請求作出響應并取得結果，此時，需要將響應結果保存至對應的接口中，用戶就可以

獲得正確或錯誤的結果，具體的流程圖如圖5所示。

由圖5可以看出，通過確定服務節(jié)點、服務操作以及服務參數(shù)，構建請求NRL，將請求發(fā)送至ArcGISServer，通過判斷服務器響應是否成功，顯示不同的數(shù)據(jù)信息結果，若成功則通過渲染顯示完成訪問過程，若響應接受失敗則顯示錯誤信息，結束訪問過程。

將地圖切片技術與GIS服務器動態(tài)地圖渲染技術進行結合，來實現(xiàn)對地圖服務的發(fā)布，部分底層地圖數(shù)據(jù)具有不經(jīng)常變化的特點，針對這些數(shù)據(jù)特點采用地圖切片技術按照不同比例尺來進行分割，每一層的圖幅均為上一層的4倍，并保證第一級為1幅圖片，第二級4幅圖片，按照此規(guī)律進行推算，可知第n層為4n-1幅圖片。參照一定的比例尺尺

寸對地圖進行切片處理，并將圖片存儲至服務端。對地圖命名時，可以采用縮放級別+行號+列號的方式進行[17]。其中，上層數(shù)據(jù)具有實時性，因此需要運用ArcGISServer的方式進行動態(tài)渲染，此時，當用戶有請求時，就可以將地圖服務中的上層地圖圖片和底層地圖圖片進行保存。

2局部MHT和全局Hough結合提取直線

直升機巡檢電力系統(tǒng)中，對于高壓電力線的提取是一個判斷其系統(tǒng)可行性的重要指標[18]。采用ModifiedHT算法（MHT）直線提取電力線。主要原理是：改變圖像空間到參數(shù)空間的映射方式，由“一對多”修改為“多對一”，使得存儲空間減少，從而降低計算復雜度。該算法對直線參數(shù)做累計運算，該直線參數(shù)至少通過兩個特征點，降低傳統(tǒng)變化算法的盲目性。MHT算法如下：

（1）在給定的含有k個特征點的二值圖像中，二值圖像大小為N×N，提取特征點，形成集合D={（xi，yi）i=1，2，…，k}，將集合中的第一個特征點設置為種子點，處理完畢后，移除該種子點，下一個特征點被重新定義為種子點。

（2）種子點選取完成后，集合D={（xi，yi）|i=1，2，…，k|}中剩余的特征點構成點對{xi，yi，xj，yj}，i，j表示種子點下標，其中i

ρi，j=xicosθi，j+yisinθi，j

ρi，j=xjcosθi，j+yjsinθi，j

（1）

由此可以得到式（2）。

θi，j=arctanxj-xiyj-yi

（2）

式中，若yj-yi=0，則θi，j=0。

（3）對于上述種子點，設置一維累加器Hθ，通過公式（2）可計算出不同的θi，j，分別與累加器相對應，若θi，j等于給定的θi，mm=i+1，i+2，…，j，Hθi，m的值加1。

（4）移除二值圖像檢測直線上的共線特征點，避免連續(xù)迭代過程計算重復。

（5）算法結束。將計算結果保存在Hρ，θ中，代表二值圖像中待檢測的直線[20]。

航巡圖中主要包括機組運行位置以及巡檢線路，機組運行位置指的是正在執(zhí)行巡檢任務的直升機位置，巡檢線路包括已完成以及待完成的線路，如圖6所示。

3實驗結果分析

3.1實驗數(shù)據(jù)

地理空間數(shù)據(jù)主要有電網(wǎng)數(shù)據(jù)與地理背景數(shù)據(jù)，地理背景數(shù)據(jù)劃分為矢量數(shù)據(jù)以及柵格數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)是某地區(qū)1∶25萬和1∶5萬相結合的電子地圖，柵格數(shù)據(jù)是航拍影像以及SPOT影像，數(shù)據(jù)分層如表1所示。

電網(wǎng)數(shù)據(jù)中包含某地區(qū)輸電線路以及桿塔、道路、河流等信息，數(shù)據(jù)分層如表2所示。

數(shù)據(jù)庫總體分為兩大模塊。用于作業(yè)方案和作業(yè)計劃制定的模塊為模塊一，其制定的結果將被保存在數(shù)據(jù)庫中。模塊二用于數(shù)據(jù)錄入和信息實時共享，利用北斗衛(wèi)星，將巡檢的實時位置信息共享給地面指揮中心的服務器。采集過程中不可避免存在缺陷信息（可見光照片、紅外照片等），這些缺陷信息將在巡檢完成時存入數(shù)據(jù)庫。由此，在數(shù)據(jù)庫中抽取出部分關鍵數(shù)據(jù)如表3所示。

3.2結果分析

實驗圖像來源于某直升機巡檢過程中真實航拍圖像。為驗證算法的可行性，在真實圖像中選取20張，該圖像拍攝背景較為復雜，采用本文算法提取圖像中的電力線，如圖7所示。

提取結果表明，在20張圖像中，成功提取到電力線的圖像有18張，剩余兩張圖像至少提取了一根電力線。主要原因在于本文方法通過建立框架模型，賦予表現(xiàn)層高內聚、低耦合的特征，使表現(xiàn)層具備重用性以及擴展性，改變圖像空間到參數(shù)空間的映射方式，由“一對多”修改為“多對一”，使得存儲空間減少，從而降低計算復雜度。從而使得提取結果顯著。

由圖7可以看出，在復雜背景下，航空圖像電力線提取較為完整，可在直升機巡檢系統(tǒng)中廣泛應用。在江門創(chuàng)造變電站上空進行了飛行試驗以及實用化飛行巡視工作，如圖8所示。

巡檢線路累計長達516千米，起飛架次15次，單架次最長有效巡檢歷程56千米，最長飛行時間100分鐘。充分發(fā)揮了無人直升機在電力巡檢領域的優(yōu)勢，具有較高巡檢效率，環(huán)境適應性較強，巡檢里程較遠，由上圖可以看出，直升機上搭載的激光掃描儀等設備獲取電力線路坐標精確，能夠清晰的捕捉到絕緣子、防震錘等設備。

4總結

在沒有基礎設施輔助下，直升機巡檢通過自身的靈活性，使得巡檢信息傳輸愈加規(guī)?；?。本文采用直升機代替人工進行高壓輸電線路的巡視工作，設計了基于直升機巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為三層：信息層、展現(xiàn)層和服務層，其不僅可以提升直升機線路巡檢基礎管理水平，還可以提高工作效率，在實際應用中為更低成本、高效率開發(fā)無人直升機電力巡檢系統(tǒng)提供了技術支撐。

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（收稿日期：2019.08.23）