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摘要：利用无人机作为平台搭载巡检设备进行电力识别是一门新兴的技术。这项技术集安全、高效、全面于一身，近年来己经成为研究的热点。本文先概述了无人机巡线的关键技术，接着介绍系统并提出图像预处理方法，以供参考。
关键词：无人机；输电线路设备；识别方法；研究
1 前言
随着计算机图像处理和模式识别技术的发展，从无人机线路巡检时获得的海量视频图像中，对输电线路及相关设备的缺陷和电晕放电现象进行白动检测、分析和评估是无人机输电线路巡检系统中的关键技术和技术瓶颈。
2 无人机巡线的关键技术概述
2.1 无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机巡线技术融合了航空、电子、电力、控制、通信、图像识别等多个高尖技术领域，要实现起来必须解决下述几项关键技术：
（1）电力线路视觉跟踪技术
无人机巡线时的导航、障碍物规避等功能的实现都依赖于对线路杆塔的视觉跟踪技术。这项技术虽然在实验中获得了成功，但是在实际的应用当中还不是绝
对的可靠。无人机巡线时机体产生振动，会影响巡线图像的质量，再加上图像中
导线很细，与背景的视觉差异很小，给视觉跟踪带来了难度。另外巡线时如果遇
到了与线路类似的直线型结构，比如铁路或者其他的电力导线，有可能会导致跟
踪错误，带来严重的后果。
（2）飞行姿态控制技术
无人机巡线时离线路较近，又常常受强风、降雨等气候因素的影响。为了保证无人机和线路的安全，飞行姿态的控制就显得尤其重要。文献「引介绍了一种无人机飞行姿态控制系统。该系统利用LQG控制器实现飞机俯仰翻转姿态的控制，利用PLD控制器进行偏行控制。系统的高鲁棒性己经得到验证，当无人直升机空中悬停时，用绳索强行拉动机体，控制系统仍然可以正常的工作。
（3）无线通迅技术
无线传输模块完成地面基站和无人机之间的双向数据传输。包括无人机拍摄的实时视频、图像，线路检测传感器数据，无人机位置状态和由地面基站发出的各种飞行控制命令等，要求具有距离远、抗干扰能力强等特点。
（4）线路故障探测技术
a）视觉探测：也就是可见光探测。利用无人机搭载高清相机和高清摄像机，拍摄巡线图片和视频，实时传输到地面基站或存储下来，再由基站工作人员根据图像和视频中线路的外观确定是否发生故障。视觉探测能有效发现线路表面的显性故障，例如导线的断股、异物悬挂；杆塔的变形、金具松脱；绝缘子的破损、闪络等故障。其精度和准确度取决于图像的质量。
b）红外和紫外探测技术：利用无人机搭载红外热成像仪和紫外成像仪进行巡线。红外热成像仪能够摄取表面温度超过周围环境温度的异常温升点的红外光谱图像，从图像上可以判断出线路、接头、线夹、绝缘子等设备是否存在故障所导致的发热点。紫外成像仪能够接收线路设备因放电产生的紫外讯号，并形成图像显示在屏幕上，从图像上可以确定电晕的位置和强度。通过紫外成像，能够有效探测出导线外伤、绝缘子放电、污染等存在放电现象的线路故障。
2.2 无人机巡线实验平台
无人机可以分为两大粪；固定翼无人机和旋翼无人机?。固定翼无人机具有飞行速度快，飞行半径大等优点。但是，如果将固定翼无人机应用于输电线路检测中，其有两点小足之处：（!）固定翼无人机的飞行高度相对较高；②固定翼无人机无法悬停。些于上述两点可知，固定翼无人机无法措载高清可见光相机和红外热像仪等设备对输电线路进行拍摄。而旋翼无人机虽然没有吲定翼无人机那么快的巡航速度，但是其飞行的稳定眭和悬停的能力，使得其比较适合应用于输电线路巡检作业中。因此，在输电线路检测中，我们采用旋翼无人机。无人机巡线实验平台包括旋翼无人机和检测系统两部分。旋翼无人机负贲完成飞行任务。检测系统负蠢完成输电线和杆塔的检测任务，其主要利用可见光相机、红外热像披及紫外相机对输电线路和杆塔进行检测，
3 系统简介
无人机巡线系统由三部分组成，分别是机载视觉子系统、无线通信子系统和地面站子系统。机载视觉子系统包括摄像机、云台、图像处理单元和控制模块及相应的软件系统；无线通信子系统包括无线网卡及传输软件系统；地面站子系统包括笔记本电脑及地面站软件系统。系统的具体结构如图1所小。各模块功能如下：（1）摄像机：获取视频图像信息。（2）图像处理单元：对获取的图像进行实时处理，对图像处理的输电线路设备进行识别。（3）飞控计算机：根据图像的处理心位置，控制无人机吃行的姿态，以便输电线路始终在无人机视场范围内。（4）无线通信系统：通过两个无线网卡实现点对点通信，包括TCP部分和UDP部分。其中，TCP部分负责向无人机视觉系统发送控制指令，UDP部分负责完成实时图像传输。（5）地面站系统：接收并显小无人机传回的图像及跟踪结果，并向无人机发送机载视觉子系统控制指令。
通过提取图像的形状特征作为分类与识别的依据。分类与识别的方法具体步骤如下：（1）对航拍图像进行灰度化处理。（2）采用处理值滤波、膨胀和腐蚀等方法对灰度图像进行预处理。（3）提取预处理后图像的小波特征值。（4）采用AP聚类方法对目标图像进行分类与识别。
4 图像预处理
无人机在巡检过程处理采集图像的质量较差，其图像存在不同程度的退化现象。造成图像退化的原因如下：
（l）光学系统的像差、衍射、带宽受限等造成的图像失真；（2）太阳辐射、云层遮挡、大气湍流的扰动效应等造成的遥感图像失真；（3）成像器件的拍摄姿态、光电转换器件的非线性引起的图像儿何失真；（4）成像系统与被拍摄景物的相对运动造成的图像运动模糊；（5）图像在成像、数字化、采集和处理过程处理引入了运动模糊和各种噪声；（6）采集图像的背景环境复杂，对比度较低，造成图像分辨率较低。提高识别的准确性，对绝缘子、防震锤和输电塔等输电线路设备的灰度图像进行处理值滤波、膨胀和腐蚀等预处理。从图像处理可以看出，预处理去掉了很多干扰线条和噪声点，平滑了一些由于光线所形成的亮点，使图像目标形状区域内部的像素值差异减小，有利于后续图像的小波特征值提取。
5 结束语
总之，无人机巡线是一种高效、安全、较为经济的巡线方式，随着无人机技术的高速发展，有潜力成为以后主要的巡线方式。本文探讨到方法具有较好的鲁棒性、准确性和有效性，为后续的输电线路的故障检测和修复奠定了基础。
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论文作者:唐洪良,郑海东
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/9
标签：无人机论文; 图像论文; 线路论文; 技术论文; 子系统论文; 视觉论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第17期论文;