赵渊-《无线互联科技》-图像处理技术在无人机电力线路巡检中的应用
摘要：现阶段，我国科学技术事业较往年相比，可以说是有了质的提升，因此我国电力线路巡检也紧随科技前沿，采用更高效且安全指数高的无人机巡检方式。由于我国电力线路往往都分布在全国各个地方，且在偏远地区，因此运用无人机来对其进行巡检并拍摄线路图像，同时通过图像处理技术，能够使相关部门第一时间发现线路是否存在问题，如此也能将以往人工效率低的问题进行解决，并且也可以更大程度的减少人工误差，因此其在无人机电力线路巡检中可以说是有着重要作用。对此，本文将对无人机电力线路巡检的状况进行分析，同时对图像处理技术在其中的应用进行阐述，以期对相关工作者提供参考与帮助。
关键词：图像处理技术；无人机；电力线路巡检；应用研究
Application of image processing technology in unmanned aerial vehicle power line inspection
Tongren Vocational and Technical College, College of Information Engineering
Summary:At this stage, compared with the previous years, China's science and technology can be said to have a qualitative improvement, so China's power line inspection also closely follow the forefront of science and technology, using a more efficient and safe index high unmanned aerial vehicle inspection method. Because China's power lines are often distributed throughout the country and in remote areas, so the use of drones to patrol and take line images, and the use of image processing technology, can enable the relevant departments to find out whether there is a problem in the line in the first time, thus also can solve the problem of low labor efficiency in the past, and can also reduce the labor error to a greater extent, therefore, it plays an important role in UAV power line inspection. In this paper, the status of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) power line inspection is analyzed, and the application of image processing technology in UAV power line inspection is described.
Key words:Image Processing Technology; UAV; Power Line Inspection; Application Research
引言
我国电力部分每年都要花费大量的人力、物力、财力来进行电力线路巡检，主要原因则是因为我国地势辽阔且地形复杂，而电力线路又分布广泛，如果遇到天气恶劣的情况，线路巡检也能及时将线路实际情况进行反馈，从而保障所有人都能正常用电。现在随着科技事业的飞速发展，所以无人机电力线路巡检的方式也逐渐出现在大众视线当中，与以往传统电力巡线方式相比，其不用担心地理条件，能够应用我国所有地区，而且巡线效率高，因此目前正广泛应用于我国电力线路巡检当中。在运用无人机进行线路巡检中，无人机通过自身所携带的设备对电力线路进行拍摄，工作人员通过对采集到的图像进行分析，便能迅速知晓关于导地线等部件的运行状态，因此通过图像处理技术对其进行检测，能够更加有利于相关部门了解线路的运行状况，发现问题也能第一时间做出处理。
一、国内外研究现状
在当前阶段，无人机也广泛进入到了人们日常生活当中，就民用无人机而言，深受当代年轻人喜爱。其是一种可以通过无线遥控或者是机体内自带程序来进行操控飞行的一种不载人飞机，无人机所涉及到的领域也很是广泛，其中包括通信技术以及信息处理技术等等，因此其也是新时代科技发展中的一项优质成果。与此同时，在无人机的发展中也包括图像处理这一关键技术，因为其能对电力线路运行状况等方面做出有效判断。在目前阶段，我国电力线路巡检中运用无人机的方式与国外发达国家相比，从起步来看就晚了许多，国外在早些年便开始运用类似无人机等高科技设备来进行电力线路巡检，因此其已经更加深入的去研究后续的图像处理方面。我国虽然也开始运用无人机这类高效设备进行电力线路巡检，但是由于起步较慢，所以还只是处于研究阶段，相关措施还没有实施完善，因此我国现阶段应当加强对于图像处理在无人机电力线路巡检方面的研究，从而使其能够更好的应用于反馈我国高压输电线路当中。
二、图像处理在无人机电力线路巡检中的应用
1. 无人机巡检的重要性
上述内容也曾提到，我国电力线路在分布时涉及到的地域面积可以说是尤为广泛，所以确保电路稳定是一项十分重要的工程。与此同时，一般供电点都是由多个小的工作点来组成，这个供电点就是一个稍有规模的小电网，国家为了能够使每个人都能用上充足的电能，所以通常都会在一些环境恶劣且地势险峻的偏远地区来设立相关供电网。然而由于其受到自然因素和地理环境的影响，所以常常会发生故障，从而影响供电质量，再加上偏远地区缺乏电力巡检人员，这就使得其巡检工作很难做到位，即使线路发生故障，也得不到第一时间汇报，因此无人机电力线路巡检方式便能很好的运用其中。纵观以往的线路巡检方式，一来需要花费大量的成本，其次工作效率也并不乐观，所以通过无人机来对我国输电线路进行巡检，其要比人工检测更加细致深入，而且还不用担心会受到环境等方面的影响，同时也能有效避免因为人工检测所带来的误差，将准确信息第一时间上传给工作人员。在目前阶段，我国贵州省铜仁市一架多旋翼无人机也正在按照这既定设置自主开展线路巡检，并且沿线路顺利完成了杆塔之间的自主飞行、自动拍照记录等动作。
图1：无人机不同领域的应用分类
在以往阶段，贵州省铜仁市在电力线路巡检方面通常都是依赖于运维人员的经验与观察力，而在这个过程当中，非常容易产生由工作人员所引起的操作失误，同时也容易忽略较为隐蔽的线路缺陷，所以当前无人机巡线的开展，这也标志着铜仁市无人机电力线路巡检已经完成了从“人工操作”向“自主巡检”的突破与转变，具体可以通过图2进行了解。
图2：贵州省铜仁市无人机电力线路自主巡检
随着我国科学技术事业的迅速发展，以及经济水平的不断提升，无人机技术与以往相比也可以说是愈加迈向成熟，在这其中，民用无人机也得了国家与社会的高度重视，因此广泛应用于人们日常生活当中。通过对2017年一则关于民用无人机的相关报道中了解，在15年时，民用无人机的市场规模就已达到了23亿元，2017年则上升为65亿元，并且预计在2019年我国民用无人机的市场规模能够突破200亿元，并预计在2020年能够同比增长达66%。（具体从图3进行了解）而随着时代的发展，科技的进步，在2020年时，我国民用无人机市场规模约达599亿元，国家政策导向和地方政府的务实推进，也正大力推动我国无人机行业的发展，因此明确了民用无人机产业的发展目标，到2025年，民用无人机产值将达到1800亿元，年均增速25%以上，如果按照这个增长概率来推算，发展至2026年，我国民用无人机市场规模将有可能达到2250亿元，具体可从图4进行了解。
图3：2017年中国民用无人机销售规模及预测（单位：亿元）
图4：2021~2026年中国民用无人机市场规模预测（单位：亿元）
2. 应用技术
2.1图像预处理
在无人机电力线路巡检中，其主要是通过拍摄图像以及将其传输的方式，来让工作人员第一时间了解到线路以及其他设备的运行状况。然而在无人机拍摄过程中，也会出现拍摄图像与实际情况不符的现象发生，究其原因，主要是因为受到天气等因素影响，或者是无人机在飞行过程中出现的特殊原因等等。所以，为了能够更大程度的保证无人机所拍摄图像的准确性，这就需要相关工作人员来对这些图像进行针对性处理，比如将雾雨背景去除。在雾天和雨天时，由于其可见度低，所以无人机的视野也会因此而受到影响，拍摄出的图片也往往会出现模糊、难以分辨等情况，所以对此，可以采用像素过滤的方式来将图像上的雨雾进行去除。然而这个方法并不适用于所有图像，如果是正在运动状态中的视频，则不建议使用这种方式来将雨雾去除，最好是能够建立一个相对应的模型，通过模型来更好的将雨雾像素进行描述，并且通过背景分离的方式来对图像进行分离处理，之后便可以检测图像在大小以及亮度上的变化，从而进一步将雨雾去除，得到清晰度高且具有真实性的图像，如此也更加有利于工作人员对电力线路进行实时观测。
2.2图像亮度调整
无人机在对电力线路进行巡检时，由于所处环境不同，因此亮度也会随之发生改变，这就使得拍摄后的图像可能会出现亮度曝光或者是亮度太弱等情况，这也会为后续用电脑识别造成很大困难，所以这就需要工作人员来对图像进行亮度调整，从而更加准确的获得图像中的信息。对比，工作人员可以采用线性调整的方式，也就是对图像像素做出适当调整，这样做的目的是为了能够更加直观的表示出电力线路巡检过程中需要强调的物体，所以对于亮度的线性调整也是必不可缺的一个环节。
2.3图像对比度调整
由于无人机传输的图像可能会出现特征不明显等现象，因此这就需要工作人员在后期图像处理中来对其对比度进行调整。也就是说在基于原始图像的基础上，不对其平均亮度进行改变，从而对太亮或者是太暗来进行恰当处理，从而得到一张清晰度高且能够进行直观了解的图像。
2.4图像拼接技术
在无人机进行电力线路巡检中，由于摄像条件存在一定的限制，所以拍摄出的图像通常都需要进行人工对比分析，从而更大程度的将其分辨率得到提升。对此，工作人员可以对无人机传输的图像进行拼接处理，从而更好的将其清晰度得到提高，然而由于无人机在实际拍摄中会遇到很多特殊情况，所以图像拼接技术也并不意味着能够直接将不同图像的像素直接进行拼接使用，而是应当根据不同图像的具体特征，来将像素导出，通过对其特征的了解，从而将重叠部分进行删减。就图像拼接技术而言，其对设备有着很高要求，而且拼接过程往往会消耗大量时间，所以其工作效率度并不高，而且对于重叠区域的问题也很难处理妥当。
2.5图像识别技术
无人机在进行电力线路巡检时，线路是通过计算机拍摄的图像找到的传输路线区域，但是拍摄过程中经常会受到自然天气的影响，比如雨雪、雾天等，如此也就更大程度的增加了目标选取的困难程度。对此，工作人员应当通过图像处理算法的强适用性来更好的解决图像识别问题，比如根据所检测到的图像，对其中有着明显线路标志的地方进行提取，将其余类似雾雨等干扰性因素进行滤除，从而有效得到目标图像。
三、图像处理技术遇到的问题
图像处理技术在无人机电力巡检中会遇到很多问题，一些干扰因素会严重影响到巡检工作，具体通过以下四个方面来进行详细阐述：
1. 光学形成的像差
无人机在进行电力线路巡检中，主要是通过拍摄图像的方式来达到巡检的意义，而在拍摄图像中，远轴区产生出的是实际图像，而近轴区产生的则是理想图像，这两者之间在成像上有着明显的偏差，这就会对图像质量造成很大影响，同时也会使得检测准确性降低。除此之外，辐射失真也会对无人机所拍下的图像造成一定影响，拍摄过程中利用传感器观测目标或者在能量辐射过程中出现辐射失真，都会影响遥感器的解读能力。
2. 机械振动影响无人机拍摄
无人机在拍摄线路现状时，通常都是在飞行的状态中来完成，因此在受到无人机运动和拍摄姿态等方面的影响，其最终成像也会出现模糊等现象。因为无人机会有不同的姿态出现在飞行过程当中，再加上遥感器的不同，都会使得无人机在巡检过程中所拍摄的图像出现失真扭曲，如此也会为后续工作人员进行图像处理带来一定难度。
3. 噪声影响
图像噪声主要是指在无人机在巡检过程中，对线路进行拍摄或者是将图像进行传输时，所收到的不同信号干扰，如此便会在图像中出现椒盐噪声或者是高斯噪声等。与此同时，噪声对无人机电力线路巡检的干扰也可以说是尤为严重，不仅会影响到无人机的正常飞行，同时也会对图片成像造成很大影响，当工作人员对受到噪声影响的图片进行处理时，也要花费很长一段时间，所以工作效率也会因此而下降。
4.季节变化及气候原因对无人机拍摄造成影响
一年有四个季节，每个季节都不尽相同，同时再加上雨天、雾天或者是烈阳天等场景变化，这种情况都会为无人机拍摄目标造成很大难度。由于受到自然气候等方面的影响，使得无人机在拍摄时得到的成像背景变得尤为复杂，同时也会让输电线路及相关部件的背景也变得很难识别，这在一定程度上也为后期工作人员带来很大麻烦。
四、结束语
电力线路巡检的意义在于，如果输电线路出现不明原因的故障，那么会造成城市各大区域大面积出现断电断网现象，随之而来的便是道路交通拥堵、铁路停电，更深程度的便是政府部门出现瘫痪，所以为了能够确保电力系统安全运行，有效的电力线路巡检可以说是尤为重要。我国目前也正大力推行无人机电力线路巡检方式，其也已经逐渐替代人工巡检，而图像处理技术是我们知晓线路运行实际情况的关键所在，所以随着我国无人机技术的不断发展，图像处理也必然会成为电力巡线相关领域研究的重点，从而在日后的不断进步中使其能够更好的保护我国电力系统。
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