航拍绝缘子卷积神经网络检测及自爆识别研究

无人机巡检通过搭载的高清相机和图传设备可获取大量详实的巡检影像。绝缘子是输电线路中极其重要且用量庞大的部件,在图像视频中快速准确地检测出绝缘子可为无人机贴近铁塔和输电线路进行细节巡视的测距和避障飞行提供可靠的依据;同时绝缘子为故障多发元件严重威胁电网的安全,需充分利计算机技术对其进行故障诊断。通过搭建卷积神经网络,在由5个卷积池化模块和2个全连接模块组成的经典架构的基础上,对网络进行改进,实现在复杂航拍背景中绝缘子检测。同时在训练的网络模型中抽取绝缘子的特征融入自组织特征映射网络中实现显著性检测,结合超像素分割和轮廓检测等图像处理方法对绝缘子进行数学建模,提出一种针对绝缘子自爆故障的识别算法,取代人工分析,降低由人为经验判断可能造成的误差。经测试,复杂航拍背景下的绝缘子检测精度达90%以上,自爆识别准确率达到85%以上,均满足工程需求,有效提升巡检的效率和智能化水平。     

基于ConvNeXt和注意力机制的绝缘子自爆故障检测方法

为了更加准确地识别和定位架空线路绝缘子的自爆故障,保障电力系统安全稳定运行,提出一种基于ConvNeXt和注意力机制的目标检测算法,可用于无人机、巡检机器人等设备拍摄的可见光图像中绝缘子自爆故障检测。首先,使用一种新型卷积神经网络ConvNeXt作为主干网络,使用1∶1∶1∶3的阶段模块数量比例,增强网络对抽象语义特征的提取能力;其次,使用跨阶段局部连接结构,减少网络参数量和计算复杂度,丰富网络梯度连接;最后,引入卷积注意力机制,增强网络对复杂背景中目标区域的感知能力。实验结果表明,改进后的绝缘子自爆故障检测模型的平均精度均值达到97.4%,相比基线YOLOv7提升了1.4%,能够有效实现绝缘子自爆缺陷的检测。     

基于WGAN图片去模糊的绝缘子目标检测

针对不可抗力因素造成无人机航拍绝缘子图片模糊、绝缘子目标检测率较低的问题,提出了一种基于Wasserstein距离优化的生成式对抗网络(WGAN)图片去模糊的绝缘子目标检测方法。首先在WGAN训练过程中引入残差网络,使得生成的绝缘子图片更加清晰;其次在损失函数中引入Wasserstein距离以保证训练过程的稳定性;最后通过优化模型的训练过程,使得生成的绝缘子图片细节还原度更高。绝缘子图片去模糊化实验结果表明,所提方法在结构相似性与峰值信噪比等评价指标上均高于基于卷积神经网络与深度多尺度卷积神经网络等图像去模糊算法。另外,将利用所提方法生成的绝缘子图片与模糊绝缘子图片划分为3组,采用改进的基于区域建议的卷积神经网络目标检测算法分别进行目标检测实验,精确度均值分别提高了5.77%、6.73%与5.98%,有效提高了绝缘子的目标检测率。     

基于Alexnet网络的绝缘子自爆无人机巡检技术研究

绝缘子是输电系统中与安全相关的关键部件,绝缘子自爆问题的高效快速识别对电力系统的保护具有重要的意义。随着无人机（UAV）相关产业的不断发展,可以采用无人机技术对输电线路进行巡检拍摄。以此为背景提出了一种基于Alexnet网络的绝缘子自爆无人机巡检技术。首先,应用无人机巡检这一先进技术得到绝缘子的清晰实时图片。然后,采用Alexnet网络对绝缘子自爆图片进行学习和识别。与传统的识别方法相比,Alexnet网络模型不但结构上有所加深,对卷积的功能也进行了强化,对无人机巡检过程中拍摄的复杂图像进行识别和检测有很好的效果。     

基于YOLOv2网络的绝缘子自动识别与缺陷诊断模型

针对无人机或机器人获取的输电线路绝缘子图像,提出了一种基于深度学习图像识别框架（YOLOv2）网络的输电线路绝缘子在线识别与缺陷诊断模型,训练YOLOv2网络学习复杂背景下各种绝缘子的特征并准确识别,结合边缘检测、直线检测、图像旋转和垂直投影方法,对识别出各种状态的绝缘子进行缺陷诊断。输电线路巡检图像的仿真结果表明,所提出的绝缘子自动识别与缺陷诊断方法能迅速准确地从输电线路巡检图像中识别出绝缘子,并诊断出绝缘子是否破损以及缺陷位置,有利于提升输电线路智能巡检水平。     

一种基于可见光巡检图像的杂草智能识别方法

目前电力巡检主要是采用无人机巡检的方式,针对无人机巡检获取的图像识别过程中,电力设备旁的杂草可能会造成安全隐患,需要对图像中的杂草进行识别。针对电力巡检的场景,提出了一种基于可见光巡检图像的杂草智能识别方法,以可见光巡检图像中杂草的特征为基础,结合卷积神经网络方法,解决可见光巡检图像中电力设备附近的杂草识别问题。通过对图像进行样本数据增广和预处理,接着引入区域生成网络,再对图像提取固定个数候选框的图像特征,和改进的图像分类网络连接在一起,得到最终的卷积神经网络模型。实验表明其准确率可以达到97.98%,检测一幅600×600大小图像需要花费的平均时间约为0.256 s,在保证了准确率的同时达到了高效识别的要求。     

基于改进YOLOv4及SR-GAN的绝缘子缺陷辨识研究

为了精准地识别无人机巡检图形中的小目标绝缘子及缺陷,本文提出了一种基于改进的深度学习目标检测网络(YOLOv4)的输电线路绝缘子缺陷检测方法.首先,通过无人机航拍及数据增强获得足够的绝缘子图像,构造绝缘子数据集.其次,利用绝缘子图像数据集训练YOLOv4网络,在训练过程中采用多阶段迁移学习策略和余弦退火学习率衰减法提高网络的训练速度和整体性能.最后,在测试过程中,对存在小目标的图像采用超分辨率生成网络,生成高质量的图像后再进行测试,以提高识别小目标的能力.实验结果表明,与Faster R-CNN和YOLOv3相比,所提算法在平均分类精度和每帧检测速率方面均有较大提升,性能表现优异.     

基于改进YOLOv5的轻量化绝缘子缺陷检测算法

无人机巡检已经成为当下输电线路巡检的主流方式，绝缘子缺陷的检测是无人机巡检中的重要环节。因此，提出了一种基于改进YOLOv5的轻量化绝缘子缺陷检测算法。首先，使用轻量型的Ghost卷积代替普通卷积；然后，使用重复加权BiFPN（双向特征金字塔网络）替换原特征提取网络，提高网络对不同尺度的特征提取能力；最后，引入CA（坐标注意力机制）提高了主干特征提取效率。实验结果表明，绝缘子检测的平均精度值提升了1.7个百分点，模型大小减少了13.1%，改进后的算法模型在提升检测精度的同时更加轻量化，可实现绝缘子缺陷的快速检测。     

基于深度学习的输电线路巡检图像绝缘子识别

绝缘子是输电线路无人机巡检的重要目标。为了快速准确识别巡检图像中的绝缘子,通过采集巡检图像,构造绝缘子数据集,提出了一种基于深度学习单阶图像识别框架（YOLOV3-SPP）的绝缘子在线识别模型。该网络模型在YOLOV3的模型上加入了SPP模块。通过在Pytorch环境下的训练和测试,结果表明：加入SPP模块后提高了检测的精确度,并可以快速有效地完成绝缘子识别定位。     

基于改进U-net和CNN的绝缘子自爆检测方法研究

针对绝缘子自爆故障人工检测效率低,成本高的问题,基于改进U-net和卷积神经网络（CNN）模型,提出一种可有效识别绝缘子自爆故障的双阶段目标检测算法。首先,在语义分割阶段使用改进U-net模型,通过翻倍提高图像分辨率的方法有效提高图像分割精度。其次,在图像分类阶段提出更适合所提问题且有效提高分类准确度的新型CNN模型。最后,使用无人机拍摄的绝缘子图片为实验数据进行实验。实验结果表明所提算法识别精度较高。     

基于改进YOLOv4模型的输电线路杆塔图像缺陷检测方法研究

针对现有输电线路无人机巡检图像缺陷检测方法存在的精度低、耗时长等问题,为了实现输电线路杆塔鸟巢的快速和准确识别,基于无人机巡检图像采集与处理系统,提出了一种改进的YOLO4模型用于输电线路杆塔图像的鸟巢检测。采用轻型MobileNetV2网络替换CSPDarkNet53网络,提高特征提取速度,在SPP模块中采用平均池化替换最大池化,提高算法对小目标的检测精度,引入注意力机制CBAM增强特征表达。通过试验验证了所提方法的可行性和优越性。结果表明,所提方法与常规检测方法相比,在输电线路杆塔图像缺陷检测中具有更优的检测精度和速度,检测精度达到94.40%,检测速度为60 FPS。所提研究为输电线杆塔缺陷检测方法的发展提供了一定的参考。     

输电线路巡检无人机高精度云台设计与实现

随着无人机技术的发展,以无人机作为载体的输电线路巡检系统应运而生,然而,在无人机的飞行过程中,无法避免机身的抖动,这将影响图像采集单元采集的图像信息,本文在输电线路巡检这一应用背景下,设计了无人机云台控制系统的电机驱动单元与主控制器的硬件部分,针对电机驱动单元,采用永磁同步电机矢量控制算法为云台系统提供了精确的角度控制,最后根据云台姿态传感器,采用运动补偿算法去除图像抖动,实际应用表明,该云台系统控制精度达到0.04°,能满足输电线路巡检图像采集的需求。     

基于深度学习的改进型YOLOv4输电线路鸟巢检测与识别

针对输电线路无人机巡视图像经典鸟巢检测算法权重参数范围大、识别效率低、识别精度低的缺点,提出了一种改进型YOLOv4输电线路鸟巢检测与识别方法。首先,选取Mosaic图像增强技术对图片集进行多种变换,变相增加图片集中的小目标数量。其次,在骨干特征提取网络中,通过引入深度可分离卷积来提高检测网络的速度;在YOLO头中,基于K-means++算法改进锚框的大小和比例,基于最小凸集建立回归损失函数。最后,在PANet和YOLO头之间增加2个SPP模块,进一步增强特征融合能力,提高小目标检测能力。利用某供电局无人机巡检图像制作数据集,将提出的算法与其他目标检测算法进行对比实验研究。实验结果表明,改进后的算法有更高的鸟巢检测准确度和更低的运算开销。     

基于深度可分离卷积的轻量级YOLOv3输电线路鸟巢检测方法

针对输电线路无人机巡检图像鸟巢检测现有方法实时性差及小目标检测能力较弱的问题,提出一种基于深度可分离卷积的轻量级YOLOv3输电线路鸟巢检测方法。首先,使用Mosaic数据增强方法增强数据集并变相提升训练集中小目标的数量;然后,在主干特征提取网络使用深度可分离卷积代替部分标准卷积,提高检测网络的速度,并降低网络参数量从而降低权重文件内存,再使用PANet代替FPN,进一步提升特征融合的能力,增强对小目标的检测能力;最后,使用标签平滑进行训练,解决由于极少量标签错误导致的网络过度自信问题和网络过拟合问题。将某供电局无人机巡检视频剪切成图像制作数据集,使用本文算法与原始YOLOv3算法进行比较,并做消融实验。实验结果表明,本文的算法逐步提升了模型的速度和精度。     

无人机红外自主巡检方法研究与应用

无人机用于电力线路巡检可提高巡检效率和精度,节约运营成本。通过在无人机上搭载激光测距雷达和红外成像设备组成了输电线路巡检系统的硬件设备,在快速扩展随机树计算基础上开发了雷达避障算法,采用直方图均衡化的方法对系统红外图像进行处理,并在Android操作系统上开发了无人机巡检控制系统。应用结果表明,无人机在巡检时能够自动规避线路障碍,同时通过巡检影像能够清晰地看到线路缺陷, 证明了该巡检方法的有效性和可行性。     

无先验地图条件下电力管廊无人机自主巡检方法研究

针对无先验地图条件下电力管廊无人机自主巡检能力不足的问题,本文提出了一种不依赖先验地图的无人机巡检方法。首先,无人机搭载激光雷达,通过SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）算法进行实时场景构图,并基于RRT（Rapidly-exploring Random Tree）算法对构建的全局栅格地图进行边界搜索;其次,针对传统RRT算法难以判断环境地图完整性、保障巡检全面性的问题,提出了一种基于数字图像处理的边界检测方法。通过Canny算子对实时构建的地图进行边缘检测,并对地图进行完整性评估。最后,为验证本文提出方法的有效性,在江苏无锡处某220kV电力管廊的仿真模型中进行验证,分别采用RRT算法和本文改进算法进行自主巡检测试,结果表明本文提出的算法相比RRT算法可提升21.8%的巡检覆盖率。     

改进YOLOv3模型在无人机巡检输电线路部件缺陷检测中的应用研究

针对传统输电线路无人机巡检图像检测方法存在的精度低、计算时间长和训练样本少等问题,提出了一种用于输电线路部件绝缘子缺陷识别的改进YOLOv3模型。引入K-means++算法解决小目标不敏感问题,引入Focalloss函数解决样本不均衡问题,引入Mish激活函数提高模型精度,引入注意力机制Senet提高特征提取性能。通过对改进前后模型性能的比较分析,验证了该方法的优越性。结果表明,与传统的检测方法相比,所提方法在检测速度上能够满足实时检测的需要,且检测精度最优,检测时间为0.079 s,检测平均准确度均值为94.40%。该研究能够满足输电线路无人机巡检图像缺陷自动检测的需要。     

配网架空输电线路无人机综合巡检技术

为满足配电网架空线路巡检应用需求,提出了基于小型无人直升机平台的配网架空线路综合巡检技术。提出无人机综合巡检平台的构建方法,研究确定无人机搭载的可见光、红外、紫外及超声波传感器、特高频传感器等综合巡检模块的配置要求。测试结果表明,无人机巡检系统的适应环境温度为-20~45 ℃,最高海拔高度为2 000 m,抗风能力为7 m/s;悬停控制精度的垂直方向为±0.5 m、水平方向为±1.0 m,能精确定点近距离巡检杆塔。对于可见光传感器,有效像素数为1 200万,具备变焦和自动对焦功能;对于红外传感器,有效像素数为30万,具备自动对焦功能。提出的小型无人直升机综合巡检技术可应用在配网架空线路巡视和检测,以提升配网线路巡检的自动化和智能化水平。     

基于云雾边异构协同的无人机智慧巡检系统

针对现有输电线路无人机巡检系统数据处理平台计算能力较低、整合程度不高的问题,提出一种基于云雾边异构协同计算的新型无人机巡检系统。详细介绍系统架构、网络架构以及作业流程,同时将先进人工智能技术与无人机巡检具体功能有机融合,以航迹自主规划、多机多任务协同以及缺陷智能识别3种主要功能为例,给出基于人工智能技术的无人机巡检整体解决方案,全面提高无人机智能化水平与自主运行能力,提升输电线路巡检效率与质量,降低运维成本。