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圖像處理技術(shù)在無人機電力線路巡檢中的應(yīng)用

2022-05-11 08:34
無線互聯(lián)科技 2022年3期
關(guān)鍵詞:民用圖像處理線路

趙 淵

(銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院,貴州 銅仁 554300)

0 引言

我國電力部門每年都要花費大量的人力、物力、財力進行電力線路巡檢,主要原因則是我國地勢遼闊且地形復(fù)雜,而電力線路又分布廣泛,如果遇到天氣惡劣的情況,線路巡檢也能及時將線路實際情況進行反饋,從而保障所有人都能正常用電[1]。

隨著科技事業(yè)的飛速發(fā)展,無人機電力線路巡檢的方式也逐漸出現(xiàn)在大眾視線中,與以往傳統(tǒng)電力巡線方式相比,其突破了地理條件的限制,能夠應(yīng)用于我國所有地區(qū),而且巡檢效率高,因此目前正廣泛應(yīng)用于我國電力線路巡檢。在運用無人機進行線路巡檢中,無人機通過自身攜帶的設(shè)備對電力線路進行拍攝,工作人員通過對采集到的圖像進行分析,便能迅速知曉導(dǎo)地線等部件的運行狀態(tài)。因此通過圖像處理技術(shù)對其進行檢測,能夠更加有利于相關(guān)部門了解線路的運行狀況,發(fā)現(xiàn)問題也能第一時間做出處理[2]。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

無人機廣泛進入人們的日常生活,民用無人機深受當(dāng)代年輕人喜愛。無人機是一種可以通過無線遙控或者機體內(nèi)自帶程序進行操控飛行的一種不載人飛機,涉及的領(lǐng)域廣泛,包括通信技術(shù)、信息處理技術(shù)等,是新時代科技發(fā)展中的一項優(yōu)質(zhì)成果[3]。無人機不同領(lǐng)域的應(yīng)用分類如圖1所示。

圖1 無人機不同領(lǐng)域的應(yīng)用分類

在無人機的發(fā)展中,圖像處理技術(shù)也很關(guān)鍵,因為其能對電力線路運行狀況等方面做出有效判斷。我國電力線路巡檢中運用無人機的方式與發(fā)達(dá)國家相比起步較晚,國外在早些年便開始運用類似無人機等高科技設(shè)備進行電力線路巡檢,因此其對后續(xù)的圖像處理技術(shù)研究得更為深入。我國雖然也開始運用無人機這類高效設(shè)備進行電力線路巡檢,但是起步較慢,只是處于研究階段,相關(guān)措施還沒有完善[4]。我國應(yīng)當(dāng)加強對圖像處理技術(shù)在無人機電力線路巡檢中的研究,從而使其能夠更好地應(yīng)用于我國高壓輸電線路巡檢[5]。

2 圖像處理在無人機電力線路巡檢中的應(yīng)用

2.1 無人機巡檢的重要性

我國電力線路分布涉及的地域面積尤為廣泛,所以確保電路穩(wěn)定是一項十分重要的工程。同時,一般供電點都是由多個小的工作點組成,這個供電點就是一個稍有規(guī)模的小電網(wǎng),為了使每個人都能用上充足的電能,通常都會在環(huán)境惡劣且地勢險峻的偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)立相關(guān)供電網(wǎng)[6]。然而,受自然因素和地理環(huán)境的影響,供電網(wǎng)常常會發(fā)生故障,影響供電質(zhì)量,再加上偏遠(yuǎn)地區(qū)缺乏電力巡檢人員,這就使得電路巡檢工作很難做到位,即使線路發(fā)生故障,也不能第一時間反饋,因此無人機電力線路巡檢方式便能很好地運用其中[7]。

以往的線路巡檢方式需要投入大量的成本,工作效率也并不樂觀,通過無人機對我國輸電線路進行巡檢,比人工檢測更加細(xì)致深入,而且還不用擔(dān)心會受到環(huán)境等方面的影響,也能有效避免人工檢測帶來的誤差,將準(zhǔn)確信息第一時間上傳給工作人員。目前,我國貴州省銅仁市一架多旋翼無人機也正在按照既定設(shè)置自主開展線路巡檢,并且沿線路順利完成了桿塔之間的自主飛行、自動拍照記錄等動作[8]。

在以往,貴州省銅仁市的電力線路巡檢通常依賴于運維人員的經(jīng)驗與觀察力,非常容易產(chǎn)生由工作人員引起的操作失誤,忽略較為隱蔽的線路缺陷。無人機巡檢的開展也標(biāo)志著銅仁市無人機電力線路巡檢已經(jīng)完成了從“人工操作”向“自主巡檢”的突破與轉(zhuǎn)變,貴州省銅仁市無人機電力線路自主巡檢如圖2所示。

圖2 貴州省銅仁市無人機電力線路自主巡檢

隨著我國科學(xué)技術(shù)事業(yè)的迅速發(fā)展和經(jīng)濟水平的不斷提升,無人機技術(shù)愈加成熟,其中,民用無人機得了國家與社會的高度重視。筆者從民用無人機的相關(guān)報道中了解到[9-11],在2015年時,民用無人機的市場規(guī)模就已達(dá)到了23億元,2017年上升為65億元,2019年我國民用無人機的市場規(guī)模突破200億元,2020年同比增長66%(見圖3)。隨著時代的發(fā)展、科技的進步,在2020年時,我國民用無人機市場規(guī)模約達(dá)599億元,國家政策導(dǎo)向和地方政府的務(wù)實推進,也正大力推動我國無人機行業(yè)的發(fā)展,因此明確了民用無人機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo),到2025年,民用無人機產(chǎn)值將達(dá)到1 800億元,年均增速25%以上,如果按照這個增長速度推算,發(fā)展至2026年,我國民用無人機市場規(guī)模將有可能達(dá)到2 250億元,具體如圖4所示。

圖3 2017年中國民用無人機銷售規(guī)模及預(yù)測

圖4 2021—2026年中國民用無人機市場規(guī)模預(yù)測

2.2 具體應(yīng)用技術(shù)

2.2.1 圖像預(yù)處理

無人機電力線路巡檢主要是通過拍攝圖像并將其傳輸?shù)姆绞?讓工作人員第一時間了解到線路以及其他設(shè)備的運行狀況。然而,在無人機拍攝過程中,受到天氣等因素影響,或者是無人機在飛行過程中出現(xiàn)的特殊原因等[12]也會出現(xiàn)拍攝圖像與實際情況不符的現(xiàn)象。為了保證無人機所拍攝圖像的準(zhǔn)確性,就需要工作人員對圖像進行針對性處理,比如去除霧雨背景。霧天和雨天的可見度低,無人機的視野受到影響,拍攝的圖片也往往會出現(xiàn)模糊、難以分辨等情況。對此,工作人員可以采用像素過濾的方式去除圖像上的雨霧。然而這個方法并不適用于所有圖像,如果是正在運動狀態(tài)中的視頻,則不建議使用這種方式將雨霧去除,最好能夠建立一個相對應(yīng)的模型,通過模型更好地將雨霧像素進行描述,并且通過背景分離的方式對圖像進行分離處理,之后便可以檢測圖像在大小以及亮度上的變化,從而進一步將雨霧去除,得到清晰度高且真實的圖像,如此也更加有利于工作人員對電力線路進行實時觀測[13]。

2.2.2 圖像亮度調(diào)整

無人機在對電力線路進行巡檢時,由于無人機所處環(huán)境不同,因此亮度也會隨之發(fā)生改變,這就使得拍攝后的圖像可能會出現(xiàn)亮度曝光或者是亮度太弱等情況,這也會為后續(xù)的電腦識別造成很大困難,所以這就需要工作人員對圖像進行亮度調(diào)整,從而更加準(zhǔn)確地獲取圖像中的信息。工作人員可以采用線性調(diào)整的方式,對圖像像素做出適當(dāng)調(diào)整,目的是能夠更加直觀地顯示電力線路巡檢過程中需要強調(diào)的物體[14]。

2.2.3 圖像對比度調(diào)整

無人機傳輸?shù)膱D像可能會出現(xiàn)特征不明顯等現(xiàn)象,需要工作人員在后期圖像處理中對其對比度進行調(diào)整?;谠紙D像,對太亮或者太暗的圖像進行恰當(dāng)處理,從而得到一張清晰度高且直觀的圖像[15]。

2.2.4 圖像拼接技術(shù)

無人機電力線路巡檢中,由于攝像條件存在一定的限制,所以拍攝的圖像通常都需要進行人工對比分析,從而更大程度地提升其分辨率。因此,工作人員可以對無人機傳輸?shù)膱D像進行拼接處理,從而更好地提高其清晰度。然而由于無人機在實際拍攝中會遇到很多特殊情況,所以圖像拼接技術(shù)也并不意味著能夠直接將不同圖像進行拼接使用,而是應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同圖像的具體特征,將像素導(dǎo)出,通過對其特征的了解,從而刪減重疊部分。圖像拼接技術(shù)對設(shè)備有著很高的要求,而且拼接過程往往會耗費大量時間,所以其工作效率并不高,而且對于重疊區(qū)域的問題也很難處理妥當(dāng)。

2.2.5 圖像識別技術(shù)

無人機在進行電力線路巡檢時,線路是通過計算機拍攝的圖像找到的,但是拍攝過程中經(jīng)常會受到天氣的影響,極大地增加了目標(biāo)選取的困難程度。對此,工作人員應(yīng)當(dāng)通過圖像處理算法的強適用性更好地解決圖像識別問題,比如根據(jù)所檢測到的圖像,對其中有著明顯線路標(biāo)志的地方進行提取,將其余類似霧雨等干擾性因素進行濾除,從而得到目標(biāo)圖像。

3 圖像處理技術(shù)在應(yīng)用過程中存在的問題

圖像處理技術(shù)在無人機電力巡檢中會遇到很多問題,一些干擾因素會嚴(yán)重影響巡檢工作,具體通過以下4個方面來進行詳細(xì)闡述。

3.1 光學(xué)形成的像差

無人機在進行電力線路巡檢中,主要是通過拍攝圖像的方式達(dá)到巡檢的目的。而在拍攝圖像中,遠(yuǎn)軸區(qū)產(chǎn)生的是實際圖像,而近軸區(qū)產(chǎn)生的則是理想圖像,這兩者之間在成像上有著明顯的偏差,對圖像質(zhì)量造成很大影響,同時也降低了檢測準(zhǔn)確性。除此之外,輻射失真也會對無人機拍攝的圖像造成一定影響。拍攝過程中,無人機利用傳感器觀測目標(biāo)或者在能量輻射過程中出現(xiàn)輻射失真,都會影響遙感器的解讀能力。

3.2 機械振動影響無人機拍攝

無人機在拍攝線路現(xiàn)狀時,通常都處在飛行的狀態(tài),運動和拍攝姿態(tài)會導(dǎo)致最終成像出現(xiàn)模糊等現(xiàn)象。無人機飛行姿態(tài)的不同和遙感器的不同,都會使得無人機在巡檢過程中拍攝的圖像出現(xiàn)失真扭曲,為后續(xù)工作人員進行圖像處理帶來一定難度。

3.3 噪聲影響

圖像噪聲主要是指在無人機在巡檢過程中,對線路進行拍攝或者是將圖像進行傳輸時,受到不同的信號干擾,所拍攝的圖像中出現(xiàn)椒鹽噪聲或者高斯噪聲等。與此同時,噪聲對無人機電力線路巡檢的干擾尤為嚴(yán)重,不僅會影響無人機的正常飛行,同時也會對圖片成像造成很大影響。當(dāng)工作人員對受到噪聲影響的圖片進行處理時,也要花費很長一段時間,降低了工作效率。

3.4 季節(jié)變化及氣候原因?qū)o人機拍攝造成影響

一年有4個季節(jié),每個季節(jié)都不盡相同,再加上雨天、霧天或者烈陽天等場景變化,為無人機拍攝目標(biāo)造成很大難度。自然氣候等方面的影響使得無人機在拍攝時的成像背景變得尤為復(fù)雜,同時也會讓輸電線路及相關(guān)部件的背景變得很難識別,這在一定程度上為后期工作人員帶來很大麻煩。

4 結(jié)語

如果輸電線路出現(xiàn)不明原因的故障,那么會造成城市各大區(qū)域大面積出現(xiàn)斷電斷網(wǎng)現(xiàn)象,隨之而來的便是道路交通擁堵、鐵路停電,甚至政府部門出現(xiàn)癱瘓。為了確保電力系統(tǒng)安全運行,有效的電力線路巡檢尤為重要。我國目前也正大力推行無人機電力線路巡檢方式,其也已經(jīng)逐漸替代人工巡檢,而圖像處理技術(shù)是技術(shù)人員知曉線路運行實際情況的關(guān)鍵所在。隨著我國無人機技術(shù)的不斷發(fā)展,圖像處理也必然會成為電力巡線相關(guān)領(lǐng)域研究的重點,從而在日后的不斷進步中使其能夠更好地保護我國電力系統(tǒng)。

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