无人机电力巡检视觉避障技术研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 无人机电力巡检视觉避障技术研究 摘要：无人机电力巡检是一种便 捷的远程迅捷方式，通过视觉避障技术 的应用，实现了自动巡检。本文简要介 绍了无人机电力巡检的作用，并分别针 对主动避障、被动避障以及复合避障等 无人机电力巡检主要的视觉避障技术进 行了分析。 中国论文网 /8/view-13001411.htm 关键词：电力巡检；无人机；视 觉避障技术 前言： 随着人工智能技术、互联网技术 等的逐渐应用，我国智能电网建设日益 成熟。电力巡检作为电力系统安全稳定 运行的重要内容之一。小型无人机的有 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 效应用使得无人值守自动巡检模式成为 可能。 一、无人机电力巡检的作用 国民经济及社会的发展离不开电 力系统的支持。改革开放以来，我国电 力事业发展迅猛，年投入新建电网资金 千亿元以上，年均增幅超过 20 个百分 点。尤其是高压长距离输电业务的开展， 成为我国电网构建的核心业务。对于高 压长距离输电的电路架线、巡检工作而 言，其需要在野外进行长期作业，且部 分地区通过人为巡检难度大、安全系数 及效率低，制约了我国电力事业的发展。 无人机早期主要应用在军事任务中，并 逐渐向民用事业发展。尤其是近几年， 搭载高清数码相机、摄像机并配有 GPS 定位系统的无人机广泛应用于电力巡检 中。通过无人机的自主巡航，影抓取， 电力电控人员可在 PC 端同步接收影像， 进行远程巡检。效率高，安全稳定。尤 其是存在山洪、地震等气象地质灾害的 区域，无人机的排查效率高，不受外在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 路面条件的影响，方便监察人员根据巡 检结果制定有效的电力抢修方案。为了 避免无人碰撞高压线路杆塔、电线等， 造成电力事故影响电力巡查质量，需要 针对无人机的智能避障方法进行研究。 二、无人机视觉避障的主要技术 分析 基于机器视觉的无人机自动避障 系统研究一直以来都是无人机应用的重 点研发内容，根据避障的基本概念可知， 要求无人机在碰撞障碍物之前的安全距 离内改变飞行方向，避免直接接触。因 此避障的关键要素就是针对障碍物的距 离感知。常见的无人机避障技术有以下 几种： 1、主动避障 主动避障的原理类似于蝙蝠寻路 的方式，通过无人机搭载的装置向外投 射光波等，并根据光波的反射等情况进 行距离的感知。主要有超声波、红外线、 结构光等方式。超声波是常见的距离感 知方式之一，无人机上安装有超声波发 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 送器及接收器，无人机不间断的向外部 空间发出超声波信号，根据超声波的反 馈效果探测景深，达到实时接收和反馈 的效果，造价低。但是在应用的过程中， 易受可闻声波的干扰，不同物体表面的 声波反射能力也有所区别，总体来讲精 度比较低。而红外线测距则存在测量效 果好，测量范围狭小的问题。目前来讲， 多数无人机搭载雷达装置，实现主动避 障巡查。此种主动避障系统主要包括 5 个部分，分别是模拟/数字信号转换器、 FFT 处理芯片、求模电路、非相变参数 积累器、CFAR 检测电路等1 。射频系 统主动向目标发送射频信号，目标物对 射频信号进行反射回波，系统接收回拨 信号后，获得差拍信号。所获得的差拍 信号经过转换器生成数字信号后，FFT 处理芯片对数字信号进行处理，获得初 始目标距离信号。对初始目标信号分别 进行幅度值运算，非相变参数积累以及 检测电路检测，获得准确的距离信号。 但是雷达测距的造价高，且构件比较复 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 杂，对于小型无人机而言，装载难度比 较大。结构光则是利用光学原理进行的 主动避障方式，在无人机智能测绘中应 用较多。由结构光投射器向近距离场景 投射可控制光点、光条或光面结构，并 由图像传感器捕获经过场景调制的图像， 通过光学测量系统的几何关系与经典的 三角测量原理还原出场景的三维信息2。 根据不同的地理条件，其产生的结构物 光图案也有所差异，为了应对复杂图案 的需求，确定物体表点面与图像像素点 的对应关系，需要对图案进行科学编码。 结构光测距免除了电磁波的干扰，但是 城市楼宇光、太阳强光灯等则容易造成 光波污染，影响测距效果。 2、被动避障 与主动避障相较而言，它主要依 赖于对避障场景的直接数据的收集和分 析。比较常见的就是通过无人机上搭载 的视觉传感器，进行人类视觉模拟，整 合场景信息后，进行飞行路径规划。视 觉传感器一般为高像素的数码相机。现 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 阶段，基于双目立体视觉的被动避障技 术已经在无人机巡检中应用。其根本原 理是三角测量，利用成像设备几何拓扑 关系获取被测对象两幅图像，再对图像 同名匹配点之间的像素坐标偏差进行计 算，以获得目标物的景深信息。这种方 式的造价低，搭载装置质量轻，对小型 无人机而言比较简便，且测距精度比较 高，值得推广。 3、复合避障 主动避障与被动避障皆有优缺点， 为了提升避障效果，在优化两项避障技 术的同时，已经开展了大量的针对主动 避障与被动避障结合的避障方式的研究。 早在 209 年，美国麻省理工学院就研究 了一套多传感器融合的导航系统，分别 融合了被动避障的双目立体视觉系统和 主动避障的激光测距仪3。在此基础上， 结合 IMU、GPS 等传感技术的研究也显 著增加。2015 年，以开发小型无人机为 核心的大奖科技推出了一套全新的复合 智能避障系统，其视觉识别范围可达 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 20m，且覆盖除了上方外的五个方向。 4、无人机电力巡检视觉避障的 要点分析 根据当前的无人机电力巡检视觉 避障技术分析来看，其主要针对电力巡 检中的特殊避障要求进行分析和规避， 从而提升避障效果。首先，由于在野外 作业，小型无人机会受风向等因素影响 产生路径偏移，易于杆塔等设备发生碰 撞，那么就需要对现有电路架构的镂空 结构进行规避，提升算法的有效性。其 次，无人机避障的重点就是与电力设备 保持警戒距离，能够在警戒距离外获得 清晰的巡检影响，那么就需要针对避障 的即时性进行研究，以最短的时间获得 反馈效果。最后，无人机的视觉避障应 该能满足多种条件下的巡查需求，对多 地理、气候多变具有适应性，算法也应 具备通用性的特征，从而降低视觉避障 系统的造价和质量，提升性价比。 【结束语】 综上所述，无人机电力巡检是智 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 能电网建设的重要组成部