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电力巡检中改进YOLOv5s的缺陷检测算法研究

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计算机工程与应用 2024年第10期60卷 256-265页

作者：王磊郝涌汀潘明然赵慕东张永鑫张茗宇沈阳理工大学机械工程学院沈阳110159 辽沈工业集团有限公司研发中心沈阳110045

针对无人机进行电力巡检时关键零件的检测精度较低的问题,提出了一种基于YOLOv5s的改进型缺陷检测算法。在骨干网络中引入卷积神经网络注意力模块(CBAM),增强网络对特征图中重要信息的提取效率;将YOLOv5s中原有的PANet特征融合框架替换... 详细信息

针对无人机进行电力巡检时关键零件的检测精度较低的问题,提出了一种基于YOLOv5s的改进型缺陷检测算法。在骨干网络中引入卷积神经网络注意力模块(CBAM),增强网络对特征图中重要信息的提取效率;将YOLOv5s中原有的PANet特征融合框架替换为双向特征金字塔网络(BiFPN),引入可学习的权重,映射不同的学习特征,增加对贡献较大特征的映射。在空间金字塔池化模块(spatial pyramid pooling,SPP)的基础上加入上下文卷积模块,提升特征的表达能力。通过构建航拍数据集进行实验验证,结果表明,改进后的算法mAP达到95.6%,准确率达到93.7%,召回率达到93.8%。为进一步验证算法在嵌入式系统的运行效果,通过缩小网络宽度进行轻量化,利用TensorRT推理引擎,优化了网络结构并加速了模型的推理。将模型加速后部署至Jetson Xavier NX平台进行测试,单帧图像平均运行时间为24.6 ms,检测准确率为90.8%,召回率为90.5%,能够在Jetson Xavier NX设备上对目标实现精准识别。改进后的模型提高了检测精度,体现了算法的有效性,满足电力巡检作业的实时检测需求。

关键词：电力巡检目标检测注意力机制特征融合 YOLO

电力巡检无人机无线充电线圈场效应分析及优化

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制造业自动化 2023年第3期45卷 58-62,69页

作者：宋立业姜钧译辽宁工程技术大学电气与控制工程学院葫芦岛125105

针对无人机在电力巡检过程中的续航问题,采用磁耦合谐振式无线充电技术,并设计一种无人机无线充电系统。首先为提高无人机无线充电效率,提出一种适用于无人机无线充电的耦合装置,即采用同心等长螺旋线圈作为发射与接收线圈,并对磁芯进... 详细信息

针对无人机在电力巡检过程中的续航问题,采用磁耦合谐振式无线充电技术,并设计一种无人机无线充电系统。首先为提高无人机无线充电效率,提出一种适用于无人机无线充电的耦合装置,即采用同心等长螺旋线圈作为发射与接收线圈,并对磁芯进行设计。其次选择LCL-S型拓补结构对系统进行补偿,并建立系统电路模型。最后利用COMSOL有限元分析仿真软件进行验证,包括线圈匝数、线圈间隔对系统的影响,以及同心等长螺旋线圈的抗错位能力等。研究结果表明:通过耦合装置的实现以及合理的参数配置,得到一种传输效率97%的无人机无线充电装置。

关键词：无人机电力巡检无线电能传输同心等长螺旋线圈 LCL拓补结构

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电力巡检车载无人机协同作业优化

系统管理学报 2022年第6期31卷 1098-1108页

作者：赵蒙张博胡祥培黄敏芳大连理工大学经济管理学院辽宁大连116024 华北电力大学经济与管理学院北京102206

无人机以其安全、灵活和高效的特点已被广泛用于替代传统的人工巡检,但现有的车载无人机和保障车在电力巡检协同作业中面临重重困难,巡检成本较高且效率较低。针对车载无人机电力巡检的协同作业优化问题,构建基于时空网络的无人机与保... 详细信息

无人机以其安全、灵活和高效的特点已被广泛用于替代传统的人工巡检,但现有的车载无人机和保障车在电力巡检协同作业中面临重重困难,巡检成本较高且效率较低。针对车载无人机电力巡检的协同作业优化问题,构建基于时空网络的无人机与保障车时空路径协同优化模型;设计基于拉格朗日松弛和贪心规则的松弛解转换算法提高模型求解的收敛速度和精度,经数值实验对比验证了该优化方法在求解较大规模问题时的有效性。此外,还通过敏感性分析实验研究无人机电池最大载荷对系统整体运行状态的影响。本研究为提升车载无人机电力巡检系统运行效率和降低管理成本提供科学的决策依据,为有效解决车载无人机电力巡检协同作业难题提供新方法。

关键词：电力巡检车载无人机协同作业优化时空网络拉格朗日松弛算法

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电力巡检图像中绝缘子故障识别研究

电力巡检图像中绝缘子故障识别研究

作者：江灵雅安徽理工大学

学位级别：硕士

随着我国城网改造和智能电网建设的深入,架空线中绝缘子器件的数量增加,架空线路大多架设在偏僻地区,对于绝缘子器件的检测难度也随之增加,绝缘子作为架空电缆中的关键元器件发挥着重要作用,其在工作时裸露在环境中,易受损害。对于绝缘... 详细信息

随着我国城网改造和智能电网建设的深入,架空线中绝缘子器件的数量增加,架空线路大多架设在偏僻地区,对于绝缘子器件的检测难度也随之增加,绝缘子作为架空电缆中的关键元器件发挥着重要作用,其在工作时裸露在环境中,易受损害。对于绝缘子的检测,传统的人工检测费时费力,随着无人机技术的发展,借助航拍技术辅助电力巡检逐渐成为主流方式。本文以电力系统架空线中绝缘子为研究对象,对于绝缘子巡检过程中,由于背景干扰、故障区域小、采集图像分辨率低等因素,导致检测难度大、准确率低,易出现漏检、误检的问题,本文结合超分辨率网络提出了基于YOLOv5改进的目标检测算法,并搭建基于无人机航拍图像绝缘子故障检测系统对绝缘子航拍图像进行检测,实验结果表明,本文方法提升了绝缘子故障检测的精度与速度。本文主要研究工作如下:1.针对绝缘子数据集在实际采集过程中图像资源有限、环境因素的干扰以及拍摄角度的局限等问题,对数据集进行扩增,并采用标注工具进行类别和位置标注,构建绝缘子数据集用于后续实验。2.针对航拍图像采集过程中图像分辨率低的问题,分析高分辨率图片与低分辨率图片特征图在高频域的区别,提出了一种DLMAN算法,采用残差网络,添加动态注意力,优化网络结构,提升网络的学习效率,最后设计实验与其他算法相比较,实验结果表明改进算法对于采集过程中的低分辨率绝缘子图像,提高了图像的质量,提升了后续检测过程的准确性。3.针对人工检测的局限性以及当前检测绝缘子算法准确性低等不足,提出了一种基于YOLOv5改进的LMYOLOv5检测算法,由轻量级模块构建主干网络,增加小尺度的网络检测层,设计感受野模块,以便网络更好的提取特征信息。为了验证本文提出改进算法的有效性,进行实验,通过设置对比实验、消融实验等方式进行实验验证。实验结果显示,该算法在检测的精度、速度以及准确性都表现更优。4.搭建基于无人机航拍图像绝缘子故障检测系统,通过设计无人机硬件,构建上位机图形界面,运行绝缘子故障检测算法,实现绝缘子的智能检测。图[58]表[6]参[81]

关键词：绝缘子电力巡检图像增强超分辨率重建目标检测

电力巡检无人机磁耦合谐振式WPT线圈场效应分析及优化

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电力巡检无人机磁耦合谐振式WPT线圈场效应分析及优化

作者：姜钧译辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

无人机因其独特的优势受到电力巡检、边防检查、交通监视等众多领域的关注。近年来,架空输电线路的规模日渐庞大,对其进行定期的巡回检查是保证电力系统安全稳定运行的可靠措施。运用无人机进行电力巡检具有打破地域的限制,不怕环境的... 详细信息

无人机因其独特的优势受到电力巡检、边防检查、交通监视等众多领域的关注。近年来,架空输电线路的规模日渐庞大,对其进行定期的巡回检查是保证电力系统安全稳定运行的可靠措施。运用无人机进行电力巡检具有打破地域的限制,不怕环境的挑战以及保障人员的安全等优势。目前无人机主要以锂电池为主,其续航能力不足致使无人机的巡航范围受到限制,从而在侧面增加了电力巡线员的工作量。无线电能传输技术(WPT)使得电能的传输更加灵活方便,增加了无人机的续航能力,减轻了电力巡检工作的负担。因此,为了解决电力巡检无人机续航能力不足的问题,本文设计了一种能够提供无人机实时降落和自主电能补给的电力巡检无人机静态无线充电平台。首先,对无线电能传输系统逆变、整流滤波等电路进行分析和设计,并分别从工作模态、运行原理等方面进行理论分析,同时计算了DC-DC电路、逆变电路和整流滤波电路的功率损耗。紧接着先后从副边和原边角度对补偿网络进行分析,最后通过分析比较选择可以在副边产生与负载无关的恒压源,并且使原边线圈电流保持恒定的LCL-S型补偿网络。其次,对磁耦合WPT线圈进行研究分析,通过对平面圆盘式、平面方盘式、平行螺旋式和同轴螺旋式四种线圈的周围磁场进行分析,发现同轴螺旋式线圈的传输性能更好,并对同轴螺旋线圈的自感、互感等参数进行了计算。最后对系统传输特性进行研究,发现随着线圈匝数、线圈半径的增大,系统传输能力将会提升,并且由于两种线圈所设计的形状结构问题,使其基本不受水平错位的影响。综合比较各项数据,最终决定磁耦合谐振式WPT线圈采用同轴等长螺旋线圈。最后,针对同轴等长螺旋线圈对耦合装置的机械结构和磁芯进行研究,提出了一种新型耦合装置。经过多种材料的各项参数对比,选定锰锌铁氧体作为无人机无线电能传输装置的磁芯材料,并对磁芯结构进行设计,进一步加强了本文设计的电力巡检无人机无线电能传输系统线圈间耦合的紧密度。将最终耦合装置建模仿真,通过耦合装置的磁通密度图和磁矢势图分析正常状态下和有磁芯气隙状态下的传输特性。研究结果表明:通过耦合装置的设计以及合理的参数配置,耦合装置具有优良的传输性能,其传输效率达到了97.676%。该论文有图56幅,表12个,参考文献70篇。

关键词：无人机电力巡检无线电能传输同轴等长螺旋线圈 LCL拓补结构

面向架空输电线路的挂载无人机电力巡检技术研究综述

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电网技术 2021年第9期45卷 3636-3648页

作者：隋宇宁平凡牛萍娟王辰羽赵地张伟龙韩抒真梁立君薛高建崔颜军天津工业大学电气与电子工程学院天津市西青区300387 大功率半导体照明应用系统教育部工程研究中心(天津工业大学) 天津市西青区300387 天津工业大学机械工程学院天津市西青区300387 国家电网天津市电力公司城南供电分公司天津市河西区300202

无人机是巡检作业最理想的搭载工具,通过无人机挂载光学相机、红外成像、激光雷达等载荷装置对导线、绝缘子、金具等输电设备进行巡检工作已成为架空输电线路不可或缺的日常运维手段。该文首先介绍挂载无人机巡检技术的应用现状,系统论... 详细信息

无人机是巡检作业最理想的搭载工具,通过无人机挂载光学相机、红外成像、激光雷达等载荷装置对导线、绝缘子、金具等输电设备进行巡检工作已成为架空输电线路不可或缺的日常运维手段。该文首先介绍挂载无人机巡检技术的应用现状,系统论述挂载无人机巡检作业的工作模式;然后从无人机续航时间、无人机巡检作业安全距离和无人机电磁干扰防护等方面对挂载无人机电力巡检的关键技术进行重点综述;最后对挂载无人机巡检技术的发展趋势进行讨论,旨在为无人机电力巡检技术的研究提供方向。

关键词：无人机电力巡检续航时间安全距离电磁干扰

面向电力巡检的MEC非正交共享传输方案研究

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电力系统保护与控制 2022年第16期50卷 140-146页

作者：郭志民田杨阳张焕龙李暖暖刘伟华王延峰徐晋国网河南省电力公司电力科学研究院河南郑州450052 郑州轻工业大学河南郑州450000

为了解决电力巡检回传系统中视频传输占用带宽大、连接数量多、传输资源利用不充分等问题,针对多载波多用户上行传输网络,提出了一种基于移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)网络架构下分簇技术与非正交共享传输联合设计方案。考... 详细信息

为了解决电力巡检回传系统中视频传输占用带宽大、连接数量多、传输资源利用不充分等问题,针对多载波多用户上行传输网络,提出了一种基于移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)网络架构下分簇技术与非正交共享传输联合设计方案。考虑5G基站与客户终端设备(Customer Premise Equipment,CPE)通信链路的远近效应并将其CPE终端分簇来进行信息传输,从而提高CPE连接数量和频谱效率。为了消除簇间干扰,采用信号对齐技术,分别提出簇间最大信干噪比算法和簇间最小干扰泄露算法。为了消除簇内用户间干扰,采用了串行干扰消除技术。该方案使系统每个CPE都能达到最大的自由度,从而实现较高的系统和速率性能。仿真结果表明,所提方案相比于传统正交接入方案具有更高的系统和速率性能。

关键词：电力巡检移动边缘计算非正交多址接入信号对齐系统和速率

面向集合任务的多无人机电力巡检任务分配方法研究

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系统工程理论与实践 2024年

作者：赵慧敏罗贺阴酉龙林世忠王国强国网安徽省电力有限公司无人机巡检作业管理中心安徽省空天系统智能管理工程研究中心安徽送变电工程有限公司合肥工业大学管理学院过程优化与智能决策教育部重点实验室

在无人机电力巡检过程中，一个待巡检部件通常对应多个位置不同且均符合拍摄要求的任务点，这些拍摄任务点构成一个集合任务。为了保证巡检质量，通常要求无人机多次采集待巡检部件的图片，即访问集合任务中的多个拍摄任务点。本文针对... 详细信息

在无人机电力巡检过程中，一个待巡检部件通常对应多个位置不同且均符合拍摄要求的任务点，这些拍摄任务点构成一个集合任务。为了保证巡检质量，通常要求无人机多次采集待巡检部件的图片，即访问集合任务中的多个拍摄任务点。本文针对上述特点，将面向集合任务的多无人机电力巡检任务分配问题建模为最小最大化多站点家庭旅行商问题（Minmax Multi-Depot Family Traveling Salesman Problem， Minmax-MDFTSP），并设计了一种强化遗传算法框架。在该框架下，提出了染色体校验及修正机制、组合交换变异算子、基于贪婪策略的局部调优算子，设计了基于强化学习的遗传算法参数调优方法。性能实验结果表明，本文方法在求解质量和求解效率方面均具有明显优势。此外，通过消融实验验证了强化遗传算法框架中各个部分的有效性。最后结合实际场景下的具体案例，通过实地飞行验证了本文方法相对于现有巡检方式的优势。

关键词：电力巡检多无人机任务分配强化学习遗传算法

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无人机电力巡检航线智能规划及自主巡检研究

电网与清洁能源 2023年第7期39卷 61-66页

作者：常安陈振辉付明陈凯何潇国网天津高压公司天津300000

为缓解无人机电力巡检航线规划效果差、巡航效率低的问题,以及规避非可靠路径的威胁,提出无人机电力巡检航线智能规划及自主巡检研究方法。计算目前航线存在威胁的概率及在每条路线上需要付出的代价,获取可飞行的无人机电力巡检航线;应... 详细信息

为缓解无人机电力巡检航线规划效果差、巡航效率低的问题,以及规避非可靠路径的威胁,提出无人机电力巡检航线智能规划及自主巡检研究方法。计算目前航线存在威胁的概率及在每条路线上需要付出的代价,获取可飞行的无人机电力巡检航线;应用启发式算法,不断遍历计算出2节点的优先级,优化可飞行航线的静态、动态路线的规划效果,并根据巡检报告及电力巡检要求,采集输电线的最大安全距离及输电线中带有隐患的个数,实现无人机巡检航线智能规划及自主巡检。实验结果表明,应用获得的最优巡检路线进行巡检后,其航线规划效果好、巡航效率高,可以完全按照电力巡检要求进行智能避障,自主巡检效果得到了保证。

关键词：无人机路径规划电力巡检启发式计算威胁规避