楊 珊
（國網(wǎng)荊州供電公司，湖北 荊州 434000）
0 引 言
輸電線路的穩(wěn)定運行和安全性一直是電力系統(tǒng)管理者關(guān)注的重要問題。傳統(tǒng)的輸電線路巡檢方式存在許多局限性，如效率低、風險高等。為了克服這些問題，學者們對無人機輸電線路快速巡檢方法進行了廣泛研究，提出一系列創(chuàng)新的方法。文獻[1]通過激光掃描獲取線路的三維點云數(shù)據(jù)，并利用點云處理和分析算法進行故障檢測。文獻[2]借助高分辨率攝像頭和圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)對線路的自動化監(jiān)測和故障定位。然而，上述方法存在巡檢效率低、準確性低等問題。文章提出了一種基于5G 通信技術(shù)的無人機輸電線路快速巡檢方法，以提高巡檢效率并降低巡檢風險，幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)和處理線路的潛在問題，進一步優(yōu)化電力供應的可靠性和穩(wěn)定性。
1 基于5G 通信技術(shù)的無人機輸電線路快速巡檢方法
1.1 輸電線路無人機巡檢平臺系統(tǒng)架構(gòu)
無人機利用配備的巡檢設(shè)備和傳感器進行巡檢任務，通過5G 通信網(wǎng)絡與地面指揮中心建立實時連接[3]。地面指揮中心監(jiān)管無人機的飛行狀態(tài)和路徑，并接收、處理無人機傳輸?shù)膱D像和數(shù)據(jù)。同時，巡檢平臺提供數(shù)據(jù)存儲和管理功能，便于后續(xù)的分析和統(tǒng)計[4]。該平臺實現(xiàn)了高效的無人機巡檢任務執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理功能，為輸電線路的維護和管理提供了有力支持，系統(tǒng)具體架構(gòu)如圖1 所示。
圖1 輸電線路無人機巡檢平臺系統(tǒng)架構(gòu)
1.2 輸電線路巡檢圖像預處理
針對采集的圖像進行初步處理，以提高圖像質(zhì)量，減少噪聲和干擾，并從中提取有用的信息。先將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，常用的方法是使用加權(quán)求和的方式計算灰度值[5]�；叶戎礕r(x,y)的計算公式為
式中：R(x,y)、G(x,y)、B(x,y)分別為圖像中某個像素位置(x,y)的紅、綠、藍通道的亮度值。
利用濾波操作平滑圖像，去除噪聲和細節(jié)[6]。濾波后圖像在位置(x,y)處的像素值為
式中：σ為高斯核的標準差。
增強操作可以改善圖像的對比度和細節(jié)[7]。增強后的像素值為
式中：f(x,y) 為原始圖像在位置(x,y) 處的像素值；CDF[f(x,y)]為原始圖像像素值f(x,y)的累積分布函數(shù)；CDFmin為累積分布函數(shù)的最小值；M×N為圖像大��；L-1 為灰度級數(shù)量。
1.3 無人機輸電線路快速巡檢
無人機輸電線路快速巡檢的內(nèi)容包括異物探測與清障、桿塔狀況評估、線路巡檢、數(shù)據(jù)分析與報告生成以及故障診斷與維修支持[8]。將無人機收集的數(shù)據(jù)傳輸至指揮中心進行數(shù)據(jù)分析和處理，生成巡檢報告。在發(fā)生線路故障時，無人機還可以為維修人員提供遠程支持和診斷功能。通過這種輸電線路快速巡檢方法，能夠高效、準確地監(jiān)測線路安全情況。
無人機輸電線路快速巡檢是一種將無人機技術(shù)與圖像處理、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域相結(jié)合，實現(xiàn)對輸電線路的自動化巡檢和故障檢測的創(chuàng)新性方法。其基本思想是利用無人機搭載的飛行控制系統(tǒng)、傳感器、高分辨率攝像頭獲取輸電線路的圖像數(shù)據(jù)，然后通過圖像處理算法和機器學習模型對圖像數(shù)據(jù)進行分析和識別，從而快速定位和識別線路故障點[9-10]。通過定義適當?shù)暮瘮?shù)，結(jié)合圖像數(shù)據(jù)和預訓練的模型，可以實現(xiàn)快速且準確的線路巡檢[11]。模型的訓練過程涉及大量的數(shù)據(jù)標注和特征提取工作。通過標注已知故障樣本的和提取正常樣本的特征，可以訓練一個有效的機器學習模型，用于識別圖像中的線路故障點。
2 實驗分析
2.1 實驗準備
采用北京數(shù)字綠士科技有效公司生產(chǎn)的Li-Air八旋翼無人機采集輸電線路巡檢圖像。該設(shè)備包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）雙天線及接收機、Novatel慣性測量單元（Inertial measurement unit，IMU）定位姿態(tài)系統(tǒng)、存儲控制單元、微型計算機以及數(shù)碼攝像頭，如圖2 所示。
圖2 Li-Air 八旋翼無人機
該無人機搭載Velodyne VLP-16 傳感器，測距范圍為100 m，掃描角度為垂直方向±15°、水平方向360°。無人機的飛行高度為40 m，飛行速度為3.6 m/s，平均點云密度為370 個/m2，最大回波次數(shù)為1 次。
2.2 實驗結(jié)果
平均絕對誤差是衡量無人機巡檢性能的關(guān)鍵指標，即生成的顯著性圖像與實際顯著性圖像之間的誤差。平均絕對誤差值越小，代表生成顯著性目標圖像的質(zhì)量越好，檢測精度越高。平均絕對誤差計算公式為
其中，B、L分別表示無人機巡檢圖像的長、寬；E(x,y)表示生成顯著性圖；E'(x,y)表示實際顯著性圖。
此次實驗設(shè)定10 張無人機巡檢圖像共有100 個顯著性目標，采用本文方法、文獻[1]方法與文獻[2]方法進行顯著性目標檢測，結(jié)果如圖3 所示。
圖3 平均絕對值誤差結(jié)果
由圖3 可知，文章所提方法在輸電線路巡檢中的平均絕對誤差值明顯小于文獻[1]方法和文獻[2]方法，在完成輸電線路巡檢任務時表現(xiàn)較好。此外，平均絕對誤差值越小表明線路位置定位和故障檢測的準確性更高。因此，采用更精確的傳感器并引入更先進的圖像處理算法，能夠更準確地獲得線路的位置信息并識別出潛在的故障點。
為驗證無人機輸電線路巡檢的速度，與文獻[1]方法和文獻[2]方法進行目標檢測的時間開銷分析，結(jié)果如圖4 所示。
圖4 時間開銷分析
由圖4 可知，文章所提方法在目標檢測的時間開銷方面表現(xiàn)最佳，僅用了14 s；文獻[1]方法迭代次數(shù)較多，導致檢測所需時間較長，需要44 s；文獻[2]方法由于運算難度較大，完成巡檢任務則需要56 s。因此，文章所提方法能夠有效減少計算量和迭代次數(shù)，從而顯著縮短目標檢測時間。這進一步驗證了所提方法的高效性和實用性，在無人機輸電線路巡檢中能夠更快速地完成任務。
3 結(jié) 論
通過基于5G 通信技術(shù)的無人機輸電線路快速巡檢方法，能夠有效解決傳統(tǒng)巡檢方法存在的效率低下和人力資源消耗大等問題。該方法利用無人機搭載高清攝像頭和紅外熱像儀，通過5G 網(wǎng)絡實現(xiàn)與指揮中心的實時數(shù)據(jù)傳輸和遠程操作。經(jīng)過一系列實驗驗證，該方法能夠顯著提高巡檢效率和準確率，同時降低巡檢人員的風險，優(yōu)化資源利用，具有較好的應用價值。
