1、架空輸電線路圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀摘要：隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，高壓輸電線路的智能運(yùn)維也不斷融入新技術(shù)，踏入新臺(tái)階，輸電線路的圖像監(jiān)控技術(shù)已得到了廣泛的應(yīng)用，本文介紹基于輸電線路圖像監(jiān)控技術(shù)的圖像識(shí)別的基本原理、圖像識(shí)別技術(shù)針對(duì)輸電線路運(yùn)維的發(fā)展瓶頸及解決對(duì)策。關(guān)鍵詞：架空輸電線路；在線監(jiān)測(cè)；圖像識(shí)別；智能運(yùn)維1架空輸電線路圖像監(jiān)測(cè)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)及弊端1.1 架空輸電線路圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)架空輸電線路由于其功能的特殊性，距離跨度較大，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，大部分的架空輸電線路位于交通不便利的山郊野外，除了日常巡視外難以對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)有效的檢測(cè)。圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)簡(jiǎn)單的還原現(xiàn)場(chǎng)情況，做到多個(gè)角度、多個(gè)機(jī)位

2、、多個(gè)狀態(tài)量的監(jiān)測(cè)，已經(jīng)成為輸電運(yùn)行維護(hù)重要的監(jiān)測(cè)手段之一。應(yīng)用圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)，不僅能直接對(duì)線路外力破壞隱患區(qū)域、偏遠(yuǎn)不易到達(dá)區(qū)域、運(yùn)行環(huán)境惡劣區(qū)域等特殊區(qū)段進(jìn)行有效監(jiān)控，還可對(duì)線路運(yùn)行的參數(shù)，如覆冰、舞動(dòng)、桿塔傾斜、本體缺陷等起到輔助監(jiān)測(cè)的作用。圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)由于其可全天候待機(jī)的特性，運(yùn)維人員隨時(shí)隨地可查看輸電線路運(yùn)行狀態(tài)，極大程度提高了輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。1.2 架空輸電線路圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)的弊端圖像監(jiān)測(cè)設(shè)備的功耗主要由設(shè)備姿態(tài)控制功耗及圖像傳輸功耗兩部分組成。輸電線路圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)受到的最大一個(gè)制約為設(shè)備供電環(huán)境，目前供電最為穩(wěn)定的導(dǎo)線取電、地線取電技術(shù)尚未成熟，實(shí)際使用過(guò)程中受外界影響較

3、大，且存在一定安全隱患。在實(shí)際應(yīng)用中，圖像監(jiān)測(cè)設(shè)備普遍采用的供電方式為太陽(yáng)能供電與電池供電相結(jié)合的方式，太陽(yáng)能供電受環(huán)境制約較大，而電池供電受到電池容量及設(shè)備功耗影響，亦不能提供連續(xù)不間斷的供電。受供電環(huán)境的制約，輸電線路圖像監(jiān)測(cè)設(shè)備往往采取在設(shè)定的時(shí)間間隔里將在設(shè)定位置拍攝圖片并上傳服務(wù)器的自動(dòng)工作模式，其余時(shí)間設(shè)備出于休眠狀態(tài)，以這樣的方式來(lái)節(jié)省功耗帶來(lái)的問(wèn)題便是無(wú)法做到全時(shí)間段進(jìn)行圖像拍攝及監(jiān)測(cè)工作。雖然后臺(tái)人員可遠(yuǎn)程操作設(shè)備進(jìn)行圖像拍攝，但面對(duì)不斷增多的視頻設(shè)備，每個(gè)設(shè)備數(shù)十個(gè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即便圖像監(jiān)測(cè)設(shè)備電力供應(yīng)得到保證，以現(xiàn)有人力無(wú)法做到全天24小時(shí)不間斷進(jìn)行視頻監(jiān)盤(pán)工作。面對(duì)外力破壞

4、隱患點(diǎn)，由于現(xiàn)場(chǎng)情況不可控，隨時(shí)都有可能發(fā)生危害輸電線路安全的事故，這時(shí)如果采用傳統(tǒng)的圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)，線路的狀態(tài)不能完成被監(jiān)測(cè)、圖像監(jiān)測(cè)仍然存在盲區(qū)。因此通過(guò)人工觀察、分析圖像的方式已經(jīng)不能滿足輸電線路的實(shí)際運(yùn)維需求圖像識(shí)別技術(shù)通過(guò)自動(dòng)分析判斷異常情況，將設(shè)備異常情況上報(bào)服務(wù)器，在外部隱患方面，還可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的聲音來(lái)進(jìn)行報(bào)警，提醒現(xiàn)場(chǎng)施工人員停止危害輸電線路的行為，避免造成輸電線路的外力破壞。2圖像識(shí)別技術(shù)2.1圖像識(shí)別的原理圖像識(shí)別的原理實(shí)則為對(duì)人類識(shí)別圖像的方法進(jìn)行模范，人類識(shí)別圖像不僅僅是靠著整個(gè)圖像在記憶中的存儲(chǔ)，也依靠著圖像本身所具有的一些特征來(lái)將圖像進(jìn)行分類，通過(guò)一個(gè)個(gè)的特征最終將圖像

5、準(zhǔn)確地識(shí)別出來(lái)。人類具有感知圖像的能力，在看到圖片的瞬間就能對(duì)其進(jìn)行迅速的識(shí)別，目前的圖像識(shí)別技術(shù)無(wú)論在速度還是準(zhǔn)確性上與人腦識(shí)別都存在較大差距，這是因?yàn)橐粡垐D像所包含的信息量巨大，人類可以很輕松將圖像中的有用信息進(jìn)行提取并在大腦內(nèi)依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行迅速地計(jì)算，而計(jì)算機(jī)既缺乏在視覺(jué)上對(duì)圖像的認(rèn)知，也缺乏對(duì)圖像特征識(shí)別的經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)只能機(jī)械化地對(duì)龐大量級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖像識(shí)別技術(shù)模擬人腦進(jìn)行識(shí)別的方法，通過(guò)對(duì)圖像特征參數(shù)的提取，排除多余的干擾信息，對(duì)不同的圖像進(jìn)行分類，總的來(lái)說(shuō)識(shí)別過(guò)程都是圍繞著特征參數(shù)展開(kāi)的。2.2 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別算法目前應(yīng)用得較多的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別技術(shù)在傳統(tǒng)

6、圖像識(shí)別的方法上融入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)人類真實(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種人工模仿。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，首先由多個(gè)獨(dú)立神經(jīng)元組成一個(gè)個(gè)二維平面，再由二維平面來(lái)搭建一層層的神經(jīng)網(wǎng)格。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要結(jié)構(gòu)為特征參數(shù)提取和特征圖像映射兩方面。通過(guò)對(duì)圖像的小塊樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，提取出特征參數(shù)，即為獲取神經(jīng)元的方法，然后對(duì)特征參數(shù)做卷積運(yùn)算，得到圖像的特征圖像映射，通過(guò)多個(gè)平面形式的特征映射組成卷積圣經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的每一層。卷積計(jì)算的過(guò)程是一個(gè)深度學(xué)習(xí)的工程，通過(guò)層層疊加的卷積運(yùn)算，圖像的特征通過(guò)不斷的積累圖像庫(kù)，以不斷學(xué)習(xí)的方式來(lái)完善對(duì)特征參數(shù)的定義，以此來(lái)提升識(shí)別的準(zhǔn)確性，降低報(bào)錯(cuò)幾率。深度學(xué)

7、習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要算法(Algorithm)、大數(shù)據(jù)(BigData)和算力(Computation)三個(gè)部分的支持，其中某個(gè)環(huán)節(jié)的薄弱將極大影響到圖像識(shí)別技術(shù)的效率和精準(zhǔn)性。算法跟特征量的數(shù)量、具體的卷積計(jì)算方法有關(guān)，大數(shù)據(jù)即為所能提供進(jìn)行學(xué)習(xí)的樣本數(shù)量，而算力則是圖像識(shí)別技術(shù)的數(shù)據(jù)處理能力。3架空輸電線路圖像識(shí)別技術(shù)3.1 架空輸電線路圖像信息傳輸通過(guò)前端視頻監(jiān)控設(shè)備拍攝到的現(xiàn)場(chǎng)圖片需要傳輸?shù)胶蠖朔?wù)器，當(dāng)前主要通過(guò)CDMA/GPRS/3G/4G等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。隨著相機(jī)技術(shù)發(fā)展，圖像分辨率極其所能包含的信息量大大提升，越清晰的圖像意味著視頻監(jiān)控設(shè)備與后端服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸量越大。輸電線路運(yùn)

8、維現(xiàn)場(chǎng)所需要的圖像采樣率較為密集，同一位置所拍攝的圖片多為極度相似，大量無(wú)用的圖像回傳后臺(tái)造成電量損耗及后臺(tái)的存儲(chǔ)空間浪費(fèi)。由于數(shù)據(jù)傳輸是設(shè)備電量消耗的重要因素，在延長(zhǎng)設(shè)備電池使用時(shí)間的制約下就要求所傳輸?shù)膱D像信息傳是有效的，這就要求在圖像信息傳輸前就有圖像識(shí)別的過(guò)程。3.2 前端識(shí)別與后端計(jì)算相結(jié)合的圖像識(shí)別模式由于前端進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算同樣消耗大量電源，目前架空輸電線路圖像識(shí)別技術(shù)的前端識(shí)別功能僅做一個(gè)圖像的初步識(shí)別，通過(guò)低功耗且能提供較強(qiáng)算力的芯片，既能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的高頻次圖像采樣，又能保證對(duì)采樣圖像的預(yù)處理。前端進(jìn)初步識(shí)別的圖像中若無(wú)特殊情況將以更低頻次進(jìn)行定時(shí)采樣回傳至后端設(shè)備，若有疑似存

9、在問(wèn)題的圖片，將會(huì)回傳至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精確識(shí)別通過(guò)前端和后端配合，提升圖像識(shí)別的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。3.3 針對(duì)不同特征參數(shù)的算法圖像識(shí)別中的特征參數(shù)提取只針對(duì)某特定的特征，針對(duì)防外力破壞的圖像識(shí)別只對(duì)吊車等超高機(jī)具進(jìn)行識(shí)別，由于架空輸電線路設(shè)備本體種類繁多，不同的構(gòu)成部分其特征參數(shù)提取也不盡相同，不同的測(cè)量角度下也有不同的特征參數(shù)提取方法，這就要求對(duì)圖像的預(yù)處理，消除背景影響并增強(qiáng)本體特征，并對(duì)不同的特征參數(shù)提取方式設(shè)計(jì)不同的算法，通過(guò)同一圖片進(jìn)入不同卷積算法的方式來(lái)進(jìn)行不同類別特征參數(shù)的圖像識(shí)別。3.4 架空輸電線路圖像識(shí)別技術(shù)的瓶頸架空輸電線路缺陷種類繁多，不同運(yùn)行工況下對(duì)設(shè)

10、備狀態(tài)要求存在差異，其缺陷樣本的建立需要大量數(shù)據(jù)支持，一些細(xì)小金具、異物、銷釘?shù)热毕萦捎趫D像品質(zhì)難以檢測(cè)，除此，架空輸電線路的外部環(huán)境更為復(fù)雜，外力破壞形式多樣，如此復(fù)雜的運(yùn)行工況決定了架空輸電線路圖像識(shí)別的精度普遍不高，在保證檢出率的同時(shí)誤報(bào)率大大提升，在控制誤報(bào)率的同時(shí)檢出率又大大下降，且最終的識(shí)別結(jié)果仍需監(jiān)盤(pán)人員進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。4結(jié)語(yǔ)作為輔助人工進(jìn)行智能運(yùn)維的強(qiáng)力手段，架空輸電線路的圖像識(shí)別技術(shù)已越來(lái)越多應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，隨著算法的不斷優(yōu)化以及更大更全的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建，架空輸電線路圖像識(shí)別技術(shù)必定能更高效穩(wěn)定的服務(wù)電力行業(yè)。參考文獻(xiàn)1 季秀怡.淺析人工智能中的圖像識(shí)別技術(shù)J.電腦知識(shí)與技術(shù),2016,12(14):147-148.2 岳曉東.基于卷積