日前，由國(guó)網(wǎng)山東省電力公司牽頭、國(guó)網(wǎng)山東電科院具體組織、國(guó)網(wǎng)智能公司等單位參與申報(bào)的科技成果“基于人工智能的輸電線路大規(guī)模立體巡檢關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”榮獲2023年度中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。
該成果構(gòu)建了“空天地”立體智能巡檢體系，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模輸電線路場(chǎng)景全方位監(jiān)控、巡檢影像智能分析、缺陷隱患實(shí)時(shí)預(yù)警處置，推動(dòng)輸電線路巡檢模式完成“無人機(jī)替代本體人工巡視、可視化替代通道人工巡視”的深刻變革，顯著提升輸電線路防護(hù)水平。
智能監(jiān)拍 實(shí)現(xiàn)線路通道實(shí)時(shí)監(jiān)控
“近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，全國(guó)架空輸電線路里程迅速增長(zhǎng)，線路運(yùn)維壓力與日俱增，亟須引入信息化、智能化手段解決超大規(guī)模輸電線路防護(hù)問題。”國(guó)網(wǎng)山東電科院輸變電技術(shù)中心主任辜超介紹，“在通道防護(hù)方面，我們先后研發(fā)了通道監(jiān)拍裝置、智能識(shí)別模型、端云協(xié)同算法，實(shí)現(xiàn)了通道實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能告警。”
自2015年開始，針對(duì)傳統(tǒng)架空輸電線路人工巡檢效率低、周期長(zhǎng)等問題，該院成立攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，立足線路通道防護(hù)實(shí)際需求、深入分析傳統(tǒng)技術(shù)手段難見成效的原因，得出結(jié)論——規(guī)模化部署是實(shí)現(xiàn)通道防護(hù)的關(guān)鍵、低成本是實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴鸬那疤?、定時(shí)監(jiān)拍取代連續(xù)視頻監(jiān)控符合當(dāng)前需求。隨后，該院牽頭研制低成本、小型化、高可靠的可視化裝置，采用定時(shí)抓拍的方式實(shí)現(xiàn)通道影像采集，解決了通道實(shí)時(shí)監(jiān)控問題。隨著監(jiān)拍裝置規(guī)?；瘧?yīng)用，海量巡檢圖像辨識(shí)單純依靠人工，工作量大、實(shí)時(shí)性差、隱患漏報(bào)概率高。2017年，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)人工智能圖像識(shí)別模型并在可視化系統(tǒng)部署應(yīng)用，攻克了施工機(jī)械、山火、導(dǎo)地線異物等通道內(nèi)隱患目標(biāo)精準(zhǔn)識(shí)別的難題，實(shí)現(xiàn)通道隱患實(shí)時(shí)識(shí)別預(yù)警。2018年，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研發(fā)輕量化智能識(shí)別模型并對(duì)全省監(jiān)拍裝置升級(jí)，將前端識(shí)別有隱患的圖像回傳至后臺(tái)系統(tǒng)，大大降低了裝置流量費(fèi)用與功耗。
2021年至今，山東電網(wǎng)可視化覆蓋率逐年提升，開始向規(guī)?；б?，該團(tuán)隊(duì)先后研發(fā)基于激光點(diǎn)云的三維測(cè)距技術(shù)，并在全省220千伏及以上線路部署應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)通道隱患精準(zhǔn)測(cè)距、分級(jí)預(yù)警，監(jiān)盤人員告警確認(rèn)處理工作量顯著降低；研發(fā)基于短視頻的導(dǎo)線舞動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，相比傳統(tǒng)舞動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，具有無需停電安裝、成本低、支持迭代升級(jí)的特點(diǎn)，迅速在煙臺(tái)、濱州等舞動(dòng)易發(fā)區(qū)規(guī)模化應(yīng)用，顯著提升舞動(dòng)監(jiān)測(cè)與防治水平。
自主巡檢 確保線路本體高效巡視
2017年，隨著無人機(jī)巡檢大規(guī)模應(yīng)用，依靠人員手動(dòng)操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行本體巡檢，暴露出巡檢不規(guī)范、關(guān)鍵點(diǎn)位漏拍、圖像采集不準(zhǔn)確等問題。該團(tuán)隊(duì)提出基于輸電線路激光點(diǎn)云的無人機(jī)航跡自動(dòng)規(guī)劃方法，按無人機(jī)巡檢飛行距離、標(biāo)準(zhǔn)拍照順序一鍵生成巡檢航線，無人機(jī)按照航線高精度飛行，保證了巡檢安全性以及圖像采集的規(guī)范性、準(zhǔn)確性，單塔巡檢時(shí)間由30分鐘降低至8分鐘。
無人機(jī)執(zhí)行巡檢任務(wù)時(shí)，采集的圖像質(zhì)量易受環(huán)境影響，從而影響本體缺陷的辨識(shí)。對(duì)此，2018年，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了圖像增強(qiáng)算法、設(shè)計(jì)了基于視覺反饋的閉環(huán)控制策略，實(shí)現(xiàn)非理想光照情況下的高清晰圖像采集。
無人機(jī)巡檢圖像存在分辨率高、缺陷目標(biāo)微小等特點(diǎn)，人眼辨識(shí)海量高分辨率圖像中的銷釘缺失、裂紋級(jí)隱患，難度高、耗時(shí)長(zhǎng)，成為無人機(jī)巡檢最薄弱一環(huán)。為此，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了高精度線路本體缺陷識(shí)別模型，單張圖像識(shí)別耗時(shí)小于2秒，且對(duì)細(xì)粒度缺陷識(shí)別精度超出專業(yè)人員約10%，替代人工實(shí)現(xiàn)無人機(jī)巡檢圖像全自動(dòng)化智能識(shí)別。
人工智能 助力線路巡檢質(zhì)效提升
人工智能算法是該成果的核心創(chuàng)新之一。該團(tuán)隊(duì)立足實(shí)際需求，歷時(shí)6年，針對(duì)人工智能三要素——數(shù)據(jù)（樣本）、算法、算力逐個(gè)突破，形成高性能人工智能技術(shù)體系，并通過輸電巡檢圖像智能識(shí)別比賽等方式，優(yōu)選高性能算法進(jìn)行培育，迭代創(chuàng)新，不斷提升算法性能。
為了得到性能優(yōu)秀的人工智能模型，必須以大量?jī)?yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)（樣本）作為支撐。該團(tuán)隊(duì)與各網(wǎng)省公司及設(shè)備廠家合作，持續(xù)收集全網(wǎng)通道可視化監(jiān)拍圖像、無人機(jī)巡檢影像，構(gòu)建了國(guó)內(nèi)外數(shù)量最大、種類最全的百萬級(jí)輸電線路缺陷與隱患樣本庫，為高性能算法訓(xùn)練提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
輸電線路本體缺陷和通道隱患種類繁多，識(shí)別難度大。該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從樣本優(yōu)選、算法模型創(chuàng)新、訓(xùn)練策略優(yōu)化等全環(huán)節(jié)要素入手，構(gòu)建了輸電巡檢影像人工智能識(shí)別系列模型，在全網(wǎng)范圍大規(guī)模應(yīng)用，并定期進(jìn)行算法運(yùn)行成效分析、收集一線用戶反饋意見，對(duì)算法模型迭代提升，實(shí)現(xiàn)全部缺陷隱患的準(zhǔn)確識(shí)別，識(shí)別精度超過專業(yè)人員。
算法運(yùn)行必須有充足的算力支撐。該項(xiàng)目通過模型壓縮等算法將需要高算力、大內(nèi)存的算法部署在前端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)前端隱患檢測(cè)。同時(shí)，云端負(fù)部署高性能推理算法，對(duì)前端回傳的隱患圖像進(jìn)行細(xì)化識(shí)別，減少前端算法由于精度不足造成的誤報(bào)，從而構(gòu)建高效的云邊協(xié)同體系，解決海量并發(fā)圖像實(shí)時(shí)精準(zhǔn)識(shí)別難題。
該團(tuán)隊(duì)牽頭發(fā)布國(guó)際、行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)10余項(xiàng)，涵蓋樣本、算法、裝備及作業(yè)等多個(gè)維度，為相關(guān)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品研制提供標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)。該成果應(yīng)用后，山東電網(wǎng)通道外破及本體缺陷造成的線路故障停運(yùn)率顯著降低，有力保障了輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。技術(shù)同時(shí)拓展應(yīng)用于鐵路、水利等重要基礎(chǔ)行業(yè)，并出口沙特、巴西等多個(gè)國(guó)家，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
下一步，國(guó)網(wǎng)山東電科院將深入落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)策略，從人工智能大模型、工業(yè)級(jí)無人機(jī)、視聽融合監(jiān)控等多點(diǎn)發(fā)力，實(shí)現(xiàn)輸電線路巡檢從感知智能到多模態(tài)生成式智能的新跨域，為新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架支撐。
