【摘要】電力設(shè)備是支撐電力穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)要素，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是保障電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措。基于機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，構(gòu)建基于機(jī)器視覺(jué)的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)提升電力設(shè)備運(yùn)行效果、降低設(shè)備故障率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。論文結(jié)合多年實(shí)踐研究，以變電站電氣控制柜開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)為例，構(gòu)建基于機(jī)器視覺(jué)的電氣柜開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且提出構(gòu)建機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體的保障措施，以此實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

　　【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺(jué);電力設(shè)備;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);電氣柜開關(guān)

　　1引言

　　隨著我國(guó)電力行業(yè)新常態(tài)的發(fā)展，推動(dòng)電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展成為助力于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。傳統(tǒng)的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)模式主要是通過(guò)人工巡視或者利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)局部在線監(jiān)測(cè)，此種方式雖然能夠發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備故障，但是其需要花費(fèi)大量的人力、物力開展周期性巡視，而基于電力設(shè)備智能化的發(fā)展，導(dǎo)致工作人員的勞動(dòng)量不斷增加，存在因巡視不到位或者沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障而導(dǎo)致電力設(shè)備出現(xiàn)損壞，造成大面積停電的問(wèn)題。機(jī)器視覺(jué)利用圖像信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的快速處理，這樣可以大大提高電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)效率，因此依托機(jī)器視覺(jué)構(gòu)建自動(dòng)化、智能化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要。

　　人工智能評(píng)職知識(shí)： 機(jī)器視覺(jué)類論文投稿的中文期刊

　　2構(gòu)建基于機(jī)器視覺(jué)的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要意義

　　隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力系統(tǒng)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備智能化監(jiān)測(cè)成為我國(guó)電力發(fā)展的主要趨勢(shì)。無(wú)人值守模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，同時(shí)調(diào)度中心還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。但是隨著電力設(shè)備種類的繁多，尤其是電力設(shè)備性能的不斷完善，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行，還需要工作人員對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，通過(guò)監(jiān)視功能實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的在線監(jiān)控。

　　例如，電力工作人員通過(guò)利用圖像編碼技術(shù)與傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，但是此種遙視功能主要是集中在對(duì)傳感器的報(bào)警功能方面，需要工作人員不斷觀察場(chǎng)景現(xiàn)場(chǎng)畫面，這樣必然會(huì)存在遺漏現(xiàn)象。機(jī)器視覺(jué)則是依托機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)，結(jié)合機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的工作原理，其在電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用具有巨大的價(jià)值：

　　首先，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)具有精度高、速度快的特點(diǎn)，其可以使電力設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的定位監(jiān)測(cè)，這樣可以及時(shí)將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C(jī)器視覺(jué)處理系統(tǒng)中，從而為決策處理中心提供最為全面的數(shù)據(jù)。其次，其具有非接觸性、可重復(fù)性動(dòng)態(tài)測(cè)量的特點(diǎn)，機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有非接觸性，其可以利用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的紅外遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，這樣可以有效降低對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響程度，尤其是通過(guò)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線測(cè)量等實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備潛在故障的及時(shí)分析，提升工作效率。最后，具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過(guò)運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、無(wú)人化操作，從而為電力企業(yè)節(jié)省了大量的人力資源成本，推動(dòng)了電力系統(tǒng)智能化發(fā)展[1]。

　　3基于機(jī)器視覺(jué)的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　為更加清晰地分析基于機(jī)器視覺(jué)的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以電氣控制柜壓板開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)為例。電氣控制柜開關(guān)是電力設(shè)備的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣控制柜壓板開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。構(gòu)建基于機(jī)器視覺(jué)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括光源、鏡頭、圖像處理器等部件。具體的設(shè)計(jì)方案如下。3.1開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)基于機(jī)器視覺(jué)的電力柜開關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由目標(biāo)開關(guān)圖像采集、目標(biāo)開關(guān)位置監(jiān)測(cè)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法以及結(jié)果處理與預(yù)警三大功能實(shí)現(xiàn)[2]。

　　①圖像數(shù)據(jù)采集與開關(guān)信息獲取。對(duì)于電力柜開關(guān)面板圖像數(shù)據(jù)的采集包括2種方案：一種導(dǎo)航機(jī)器人自動(dòng)采集系統(tǒng)，其主要是在電力柜前安裝機(jī)器人導(dǎo)軌，并且在機(jī)器人身上安裝相機(jī)，通過(guò)定點(diǎn)拍攝的方式采集電力柜開關(guān)的相關(guān)信息，然后通過(guò)局域網(wǎng)將采集的圖像信息傳入圖像處理算法分析平臺(tái);另一種采取智能手機(jī)進(jìn)行圖像采集，并且在智能手機(jī)內(nèi)移植開關(guān)的狀態(tài)識(shí)別算法，經(jīng)過(guò)智能手機(jī)的處理后在局域網(wǎng)狀態(tài)下將運(yùn)行結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。需要注意的是，需要根據(jù)電力柜開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，保證每個(gè)開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)[3]。

　　②開關(guān)位置監(jiān)測(cè)與狀態(tài)識(shí)別。圖像采集系統(tǒng)采集的電氣柜壓板開關(guān)圖像中不僅包括開關(guān)，而且還包括標(biāo)簽等。目前主流的目標(biāo)監(jiān)測(cè)算法主要是基于深度學(xué)習(xí)模型，其主要是利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取目標(biāo)開關(guān)圖像的特征圖，然后基于該特征圖進(jìn)行分類，將開關(guān)的狀態(tài)識(shí)別任務(wù)轉(zhuǎn)化為二分類任務(wù)[4]。

　　③后期結(jié)果處理與報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)計(jì)基于機(jī)器視覺(jué)的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最終目的就是解放工作人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的精準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)。對(duì)于電氣柜開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)需要將開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行結(jié)果處理，根據(jù)狀態(tài)對(duì)比得出相關(guān)的結(jié)論，從而及時(shí)處理電力系統(tǒng)。開關(guān)狀態(tài)識(shí)別結(jié)果處理的首要任務(wù)就是去重，然后再進(jìn)行排序操作，將識(shí)別結(jié)果與電控制柜上的開關(guān)一一對(duì)應(yīng)[5]。在進(jìn)行識(shí)別結(jié)果去重操作主要是計(jì)算各個(gè)檢測(cè)結(jié)果之間的歐式距離，通過(guò)設(shè)定經(jīng)驗(yàn)閾值，判定2個(gè)檢測(cè)結(jié)果是否有重復(fù)，保留目標(biāo)預(yù)測(cè)概率較大的檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)結(jié)果中，如果漏檢的比例超出了設(shè)定的數(shù)值，表明此次檢測(cè)無(wú)效，需要重新檢測(cè)。當(dāng)然如果漏檢比例在可以控制的范圍則進(jìn)行開關(guān)排序操作。將排序結(jié)果與開關(guān)控制進(jìn)行融合后傳輸?shù)较到y(tǒng)中，保證其處理結(jié)果要與系統(tǒng)設(shè)定的運(yùn)行狀態(tài)一致。如果發(fā)現(xiàn)不一致則會(huì)發(fā)出警報(bào)。

　　3.2目標(biāo)開關(guān)的位置監(jiān)測(cè)

　　對(duì)于目標(biāo)開關(guān)的監(jiān)測(cè)主要包括2個(gè)步驟：一是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位;二是對(duì)目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)識(shí)別。基于機(jī)器視覺(jué)的開關(guān)位置監(jiān)測(cè)主要采取的是基于RPN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)主要分為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(其主要是負(fù)責(zé)提取輸入圖像的特征圖)和RPN網(wǎng)絡(luò)(將提取的特征圖進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域監(jiān)測(cè))2個(gè)部分。之所以這樣設(shè)計(jì)主要是借鑒AlexNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿绻�設(shè)計(jì)過(guò)多的冗余會(huì)增加計(jì)算量，不利于提取到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，影響工作效率，如果設(shè)計(jì)層數(shù)過(guò)少又不能提取豐富的圖像特征。因此，通過(guò)設(shè)定5層卷積輸出大小為39×39×256的特征圖，這樣可以有效地提升目標(biāo)開關(guān)的監(jiān)測(cè)質(zhì)量[6]。

　　3.3目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)的識(shí)別

　　于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)于電氣柜開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)二分類卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建模型參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)的精準(zhǔn)識(shí)別。

　　①訓(xùn)練樣本集制作與轉(zhuǎn)換格式。圖像分類是開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)識(shí)別的首要基礎(chǔ)，圖像分類主要是根據(jù)給定的圖像屬性級(jí)別對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，由于整個(gè)電氣柜壓板面板排序諸多開關(guān)目標(biāo)，因此，需要通過(guò)計(jì)算法將橫豎排列的開關(guān)進(jìn)行定位分割，以此作為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入[7]。具體在圖片分類中可以將斷開狀態(tài)的圖片以“0”開頭，閉合狀態(tài)的開關(guān)圖片則是“1”開頭進(jìn)行命名，同時(shí)為了提升監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，需要對(duì)不同角度、不同光照的圖片進(jìn)行樣本采集，這樣可以有效提升圖片監(jiān)測(cè)的質(zhì)量。采取Pytorch框架制作不直接使用圖片格式文件，需要將圖片進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化。

　　②開關(guān)狀態(tài)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)與訓(xùn)練。基于電氣柜開關(guān)的2種運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)計(jì)了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，選擇1000張開關(guān)圖片作為訓(xùn)練集，其中“閉合”與“斷開”狀態(tài)圖片數(shù)量相等，選擇SGD(StochasticGradientDescent)作為優(yōu)化算法，設(shè)置學(xué)習(xí)策略為步進(jìn)學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)學(xué)習(xí)率為0.01，每經(jīng)過(guò)300個(gè)迭代次數(shù)，基礎(chǔ)學(xué)習(xí)率減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，最后設(shè)定使用CPU模式訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)[8]。通過(guò)與傳統(tǒng)圖片梯度邊緣信息的算法對(duì)比，得出以下結(jié)論，采取機(jī)器視覺(jué)的電氣柜開關(guān)算法具有較高的價(jià)值[9]。

　　4機(jī)器視覺(jué)電氣柜開關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的保障措施

　　構(gòu)建基于機(jī)器視覺(jué)的電氣柜開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要多方面因素的參與，結(jié)合多年實(shí)踐調(diào)查研究，需要我們做好以下保障措施。

　　4.1培養(yǎng)高素質(zhì)的電力專業(yè)人才，為電氣柜開關(guān)智能監(jiān)測(cè)提供智力支撐基于機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，電力企業(yè)必須要重視人才引進(jìn)力度，通過(guò)專業(yè)的培訓(xùn)體系提高工作人員的智能化操作技術(shù)：一是電力企業(yè)要加大對(duì)工作人員的培訓(xùn)力度，不定期組織工作人員學(xué)習(xí)機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的操作技能，增強(qiáng)工作人員適應(yīng)大數(shù)據(jù)環(huán)境的能力。

　　例如，基于機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，電力企業(yè)要第一時(shí)間組織相關(guān)人員學(xué)習(xí)該操作軟件系統(tǒng)的應(yīng)用流程，懂得基本的處理故障問(wèn)題的能力。二是及時(shí)引進(jìn)高素質(zhì)人才。基于電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展要求，電力企業(yè)必須要及時(shí)引進(jìn)高素質(zhì)的復(fù)合型人才。例如，電力企業(yè)要加強(qiáng)與電力行業(yè)協(xié)會(huì)、科研機(jī)構(gòu)的合作力度，針對(duì)機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求引進(jìn)相應(yīng)的人才。當(dāng)然最重要的就是要為人才培養(yǎng)提供良好的機(jī)制環(huán)境，增加我國(guó)高素質(zhì)復(fù)合型電力人才的數(shù)量。

　　4.2加大資金投入，完善基礎(chǔ)配套設(shè)施基于機(jī)器視覺(jué)的監(jiān)控系統(tǒng)離不開系列的改造工程，因此，我國(guó)要加大資金投入為機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建提供必要的支撐：一是電力企業(yè)要加大資金投入，為機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建提供必要的資金支持。例如，為了加快機(jī)器視覺(jué)電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，電力企業(yè)要專門設(shè)置專項(xiàng)資金用于開展機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)改造工作。二是要完善相應(yīng)的配套設(shè)施。機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要相應(yīng)配套設(shè)施的支持，因此，電力企業(yè)要積極完善相應(yīng)的配套設(shè)施建設(shè)，為機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供相應(yīng)的硬件支持。

　　4.3完善管理制度，為機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用提供良好的環(huán)境我國(guó)相關(guān)部門要進(jìn)一步完善機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用的管理制度，為規(guī)范機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行而提供相應(yīng)的制度。例如，電氣企業(yè)在針對(duì)機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)而制定相應(yīng)的管理制度，規(guī)范機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　總之，基于機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，構(gòu)建基于機(jī)器視覺(jué)的電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)提升電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低故障發(fā)生率具有重要意義，因此，我們要立足于電力設(shè)備日常管理工作的要求，積極構(gòu)建機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此推動(dòng)電力行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　【1】冷從林.基于機(jī)器視覺(jué)的變電站壓板開關(guān)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2019.

　　【2】魏秀琨,所達(dá),魏德華,等.機(jī)器視覺(jué)在軌道交通系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)中的應(yīng)用綜述[J].控制與決策,2021,36(02):257-282.

　　【3】李煥.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2019.

　　【4】陳文棟.具有CMD邏輯復(fù)用功能的高壓輸電線路智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2020.

　　【5】孫熙.復(fù)雜背景下電力設(shè)備識(shí)別及狀態(tài)監(jiān)測(cè)[D].北京:華北電力大學(xué),2018.

　　【6】王立軍,張拓,劉光偉,等.基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的高壓斷路器機(jī)械特性診斷[J].高電壓技術(shù),2020,46(06):2148-2154.

　　作者：李巖1，李丹2，李建2，騰飛3