国网泰州变电站巡检系统：无人机智能快速对焦，2.5d高精度展示变电站全景-凯发官网首页

2023年11月2日，在“第2届电力行业数字化转型大会暨第4届电力人工智能大会”上，「智创奖」第二届电力数智化转型技术创新应用评选颁奖典礼同期举行。

国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司凭借其“基于远距离高精度变电站安全快速巡检及展示系统”案例，获得“智慧变电站创新应用案例奖”。

本篇文章将重点为大家介绍该巡检系统的四大创新点：

1、高效无人机巡检航线自动生成

传统拍摄方式需要无人机悬停、对焦，这个过程中需要大量时间也会消耗无人机的电量，进而拉低了巡检效率。因此无人机在飞行中拍摄可提高3-5倍的效率，但是飞行中拍摄对相机快门速度要求较高，而过快的快门速度由减少了进光量使得拍摄画面较黑，因此要选用高动态范围的传感器。

泰州公司经过长期论证及实际测试，选用大幅面（44*33）高动态范围（83bd）的传感器，像原尺寸选用3.45微米，配合最新研发的焦距、景深融合算法模块实现了焦点准确，景深覆盖全拍摄范围大，逆光时也有满意的效果，使得变电站设备从上到下都清晰可见。

2、构建焦距、景深融合算法模块

无人机在飞行中拍摄时由于所拍摄物体远近不同，每只镜头都有景深限制，因此如何选择最佳焦点是拍摄清晰的基础，泰州公司在实际拍摄中研发新型对焦景深算法模块，引进激光测距雷达，测距雷达频率可达一万赫兹，保证了和焦准确性与对焦速度。

变电站内龙门架及变压器等设备高度不同，错落有致，为了保证对焦与景深的均衡使焦点准确的落在要拍摄的主体上，本项目研发智能对焦算法，反应时间可达毫秒级。

智能对焦一共有三种模式clip/gate/relative：

• clip模式时可以设置焦距最大最小值，对焦距离就在最大最小值中间变动。

• gate模式在clip的基础上增加了极值概念，如果突然探测到物体达到极值，那么相机的对焦距离就会被设置到极值前的值。

• relative模式是在gate的基础上，进一步限制了测距测得距离的波动对焦距离的影响。

就是说如果在最大最小值范围内，测距仪测得数值和前一段比较有较大波动时，相机的对焦距离不会跟随波动而波动，因此避免了频繁在龙门架与地面点间切换，使画面更加一致。

3、多层航线巡检盲区消除技术模型

图像拼接受光线的变化影响较大，为了保持画面分辨率和角度一致性，要求画幅大，精度高。本项目采用150mmaf可变焦点长焦镜头，44*33传感器。

无人机每飞行5米拍摄一张，多层航线以一定角度排列，为了保证成图质量，巡检整体时间控制在30分钟以内，单条航线2-3分钟以内。采用飞行中拍摄的方式。

为了避开障碍物，采用距离变电站高压带电体30-70米距离，距离地面高度在45-75米之间的多条航带。航带由算法自动规划，数据生产处理后可以更好的解算出每张照片的具体空中位置。

以设备为特征点的拼接算法逆向生产三维点云模型，当系统检测到存在盲点及盲区时会以黑色状态提醒。也可以通过软件进行统计，同时迭代航线规划，使盲区减少直到消失。

4、ai图像快速拼接及2.5维展示技术

传统三维模型虽然展示全面，但加载速度慢、操作复杂、费用高，三维模型数据量大，一般变电站可高达上百g，首先，三维模型成图速度慢，最快也要一周以上，普通计算机无法一次性完成计算。其次，生产三维模型的过程中，图像精度有损失，这与巡检目的相悖，因此无法满足常态化巡检高频次需求。

泰州公司在本项目中创新研发快速拼接展示方案，巡检当天生产2.5d模型，在不损失精度的前提下全面展示变电站全景。图像质量高，不损失原图精度，方便回溯。即兼具宏观又兼具微观，宏观上整体变电站结构一目了然观察变电站站整体构造，研判整体机构的问题，微观上观察销钉级别缺陷，毫米级分辨率也更利于图像识别准确率的提升。区别于点检的图像识别，全景图像识别除可识别销钉、金具等缺陷，更可发现大面积锈蚀的生成和发展规律，全面展示解读大面积锈蚀、漏油等问题。

通常拼接软件以地面点位为参考纹理进行拼接，拼接过程中线路、龙门架有错层、断开现象，本项目研发拼接软件依据线路、龙门架为参考纹理技术，从变电站线路走向拼接全图，实际成图效果更好更精确。改进的算法只采用正常照片的10%用于拼接2.5d全景图，保证整体视场角一致性。全景图可以导入已经识别好的缺陷信息，并根据时间生成相应的孪生检修体，很方便的展示几年内站内设备变化的情况。并且可以关联相应的三维图形、cad图还可以给出精确的位置信息供不同部门查看和使用。

2.5维是在变电站上方45度上帝视角，可以更直观的观察变电站全貌。且可以将未展示角度信息以连接的方式给观看者或巡检人员按照需求查看，视觉效果更好。

因拼接软件对纹理及变形非常敏感，因此，本项目实际拼接中采用单幅影像中间核心带10%的数据用于拼接，使得视场角更接近，观感更好，测量精度更高，可以用在基建测量，设计变更等方面，根据变电cad设计图，还可以对应生成杆塔号，间隔号等设备与实物对应关系。