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無人機智能巡檢破解人力巡檢難題

2021-01-15 15:01  來源:華為  瀏覽:  

2019年6月,有個城市因為電力互聯(lián)系統(tǒng)癱瘓瞬間成了一座“灰暗”的城市,交通信號燈停止運作,地鐵、城際鐵路、公交車等公共交通全部停運,供水系統(tǒng)無法正常運行。此次停電波及超過4800萬人。

在高度依賴電力產(chǎn)業(yè)的今天,停電成了一座城市的災難,交通工具無法運行,信號燈不亮,店鋪停業(yè)……電力作為城市正常運作和快速發(fā)展的命脈,提高輸電線路巡檢的效率,保障民用、企業(yè)用電的供電可靠,成為亟需解決的問題。

隨著無人機的普及,電路巡查逐漸從人力巡檢中擺脫出來,但仍然存在技術(shù)手段單一、無法實時同步線路缺陷等問題。

一群來自華北電力大學的師生團隊看到了未來輸電線路AI巡檢的藍海市場,投入到研發(fā)當中,通過無人機智能巡檢、 AI 技術(shù)圖像檢測分析,讓輸電線路缺陷檢測的精確度不斷提升。

 

#人力痛點難解決,換成機器試一試

傳統(tǒng)輸電線路巡檢,大多依賴運行維護人員肉眼或手持儀器排查電路中的故障,根據(jù)經(jīng)驗判潛在隱患,然而,純靠人力檢測本身就是一個巨大隱患,巡檢員很難一處不落的排除掉所有隱患,而在電網(wǎng)的運行中,任何微小的安全問題都有可能造成事故,導致大面積的癱瘓,造成巨大的經(jīng)濟損失;有時遇上下雨、下雪等惡劣天氣,人力檢查更是寸步難行。

輸電線路大多位處人煙稀少的郊區(qū),遠離市中心,需要特巡特維線路占全部線路比重的20%,運檢難度大、質(zhì)量要求高等條件讓愿意從事巡檢工作的人越來越少。據(jù)數(shù)據(jù)顯示,我國現(xiàn)有輸電線路運檢人員的年均增長率不足 3%,2019 年底缺員高達 34%,巡檢專業(yè)人員數(shù)量少、人工效率低、危險系數(shù)高等問題日益突出。

據(jù)不完全統(tǒng)計,2014-2018 年國內(nèi)因架空線路巡檢造成的人身傷亡事故 238 起,因輸電線路故障造成經(jīng)濟損失高達數(shù)十億元。針對輸電專業(yè)人員數(shù)量與設備規(guī)模持續(xù)增長日益突出的矛盾,國家大力推廣無人機巡檢,較人工巡線相比,無人機具有效率高、安全性高、缺陷發(fā)現(xiàn)率高等優(yōu)勢,但仍然存在諸多的問題。

無人機巡檢絕大部分作業(yè)無配套機巢,不可移動,只能巡檢到部分線路缺陷,且無人機巡檢完成后仍需進行人工圖像缺陷分析,據(jù)統(tǒng)計,在我國無人機輸電線路巡檢中每年產(chǎn)生超過數(shù)十億張巡檢圖片,對人力資源的消耗仍是巨大。以山東電網(wǎng)為例,現(xiàn)配置無人機 600 架,年產(chǎn)生圖片約 120 萬張,安裝可視化監(jiān)控裝置 4.5 萬套,年產(chǎn)生圖片 1.8 億張,按照八小時日工作制,人眼判圖需要92人/年。

如此繁重的工作量,為電路巡檢機制的改善提供了巨大空間。

經(jīng)過全面市場調(diào)研,團隊了解到目前使用的無人機巡檢仍存在漏檢、錯檢率高,人力成本大,難以保證巡檢質(zhì)量等問題。在2019年,“閃電鳥-電力視覺”創(chuàng)業(yè)團隊與華北電力大學(保定)智能視覺計算機研究所、電力視覺大數(shù)據(jù)研究室聯(lián)合研發(fā)了一套完整的、實用的架空輸電線路無人機邊云協(xié)同智能巡檢工具,將其命名為“閃電鳥-無人機AI 巡檢平臺”。

#“馴服”無人機,難在技術(shù)創(chuàng)新

在設計方案的時候,團隊就有一個很清晰的思路,要用無人機做巡檢人員的眼睛,巡檢人員只需要通過閃電鳥平臺就能知道每個輸電線路的情況。想法很豐滿,現(xiàn)實很骨感,要實現(xiàn)真正的“無人”巡檢,還有很多技術(shù)需要攻克。

首先擺在眼前的,就是無人機在巡檢時,會有電池、天氣、照片不如肉眼等方面的限制,如果這些問題得不到解決,那么后期的技術(shù)再牛也無法真正識別出缺陷與隱患。

對于這群鉆研電力的年輕人,無人機并不是他們所擅長的領(lǐng)域,很多飛行的限制也都是行業(yè)天花板所帶來的。但他們不甘心,因為這些問題如果不解決,無人機做巡檢就會變得形同虛設,在戶外巡檢,一旦因為沒電而墜毀就白白造成損失。

對于這些問題,團隊成員內(nèi)部討論了很多次,始終難以拿出一個比較好的解決方案,因為有的限制是整個行業(yè)目前的天花板,僅靠他們是沒有辦法去打破。為此,他們專門聯(lián)系了很多無人機公司,咨詢相應的解決方案。

經(jīng)過一番折騰,他們才算找到了延長無人機飛行時間的方法——將充電無人機的機庫置于輸電塔上,每個充電機庫都配有多個無人機,當無人機快沒電的時候可以就近去機庫充電,充好電的無人機接過“巡檢”的重任,沖出“鳥巢”繼續(xù)飛。

巡檢人員只需要通過應用程序,直接下達巡檢地點、線路等,根據(jù)內(nèi)置智慧氣象感知站,當判斷出天氣滿足飛行時,“小鳥們”就開始飛出鳥巢執(zhí)行任務,在無人機飛行期間,巡檢人員通過手機反饋實時了解設備或線路的信息,當發(fā)現(xiàn)了輸電線路缺陷也能快速定位、及時解決。

為了能將無人機訓練成識別隱患的火眼金睛,團隊用可見光相機的高清攝像,模擬人眼對桿塔與線路進行近距離觀察。針對沖在巡檢一線的無人機,正是因為團隊做了各個方面的優(yōu)化與調(diào)整,才讓它能夠?qū)崿F(xiàn)用科技解決人力問題背后的不足,能夠采集到足夠的信息為下一步的分析做好鋪墊工作。

#巧用華為云,解決項目大難題

在過去多年的積累中,團隊研發(fā)出的核心技術(shù)——AI視覺處理與分析技術(shù),為項目進展打下了一個很好的基礎(chǔ)。

即使如此,團隊也明白要真正實現(xiàn)“無人”巡檢,擺在他們面前的挑戰(zhàn)依舊很大,如果不能解決圖像智能識別功能,依舊擺脫不了需要耗費大量人力對圖片進行分析處理。如何才能解決?這得需要云端強大算力的GPU 服務器和強大的邊緣計算能力,才能夠?qū)崿F(xiàn)圖像智能識別,及早發(fā)現(xiàn)輸電線路的問題所在。

華北電力大學自2019年開始,與華為建立合作關(guān)系,將華為的技術(shù)、人工智能平臺等引入到課程教學中,實現(xiàn)人才的培養(yǎng);另一方面在科研項目上,華為提供算力算法支持,共同投入到課題研發(fā)中,助力項目的完成。“閃電鳥”作為華北電力大學重要的研發(fā)項目之一,華為早早就投入到項目支持當中,為團隊保駕護航。面對項目過程中出現(xiàn)的問題,團隊借助華為云技術(shù)所提供的超強存儲能力和算力,完成整個項目的落地。

無人機出動巡檢,基于華為全棧 AI 視覺處理與分析技術(shù)對圖像進行智能識別檢測,產(chǎn)生圖像和變電站內(nèi)固定攝像頭拍攝產(chǎn)生的視頻,通過云平臺深度學習與云計算相結(jié)合的方式,對圖像與視頻數(shù)據(jù)進行自動分析,能一邊對圖像進行壓縮、存儲,一邊進行各類故障檢測、異物分析;根據(jù)服務器分析出的結(jié)果,工作人員就能立馬進行故障檢修,無需守在主機旁一直等待。

輸電線路智能巡檢一體化平臺結(jié)合華為全棧AI技術(shù),一方面,利用華為云ModelArts平臺開發(fā)輸電線路智能巡檢云側(cè)應用,實現(xiàn)對巡檢數(shù)據(jù)和模型算法的統(tǒng)一管理以及存儲資源和計算資源的高效利用,對于輸電線路中關(guān)鍵部位以及鳥巢、絕緣子掉串等大尺度缺陷進行檢測;另一方面,利用華為HiLens端云協(xié)同管理平臺開發(fā)輸電線路智能巡檢端側(cè)應用,實現(xiàn)端側(cè)設備模型優(yōu)化和應用部署,以滿足輸電線路危急缺陷檢測的實時性要求,對輸電線路中螺栓缺銷等問題進行檢測。

 

而對于輸電線路發(fā)生的緊急情況,一旦無人機檢測出了危急缺陷,圖片將不會如往常那樣返回云側(cè)平臺,而是直接到達無人機終端上進行檢測,并將識別結(jié)果第一時間發(fā)送至工作人員,極大程度節(jié)省了對危機缺陷的搶修時間。

為提高巡檢準確率,采用了深度學習算法對輸電線路關(guān)鍵部件與大尺度缺陷進行檢測,將這些檢測圖像進行標注后形成數(shù)據(jù)集,利用華為云ModelArts 平臺的“智能數(shù)據(jù)標注”功能進一步擴充數(shù)據(jù)集,用智能數(shù)據(jù)標注方式大幅提升了標注效率,加快了項目進程。

在華為云的技術(shù)支持下,讓這群年輕人研發(fā)出了市場上極具競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。

閃電鳥無人機不受地形、氣候影響,就能以快速實現(xiàn)更廣覆蓋的巡檢,提高了輸管道巡檢效率;讓巡檢實現(xiàn)智能化、自動化,無需耗費多余人力就能獲知輸電線路和變電站的狀況;通過“智能運檢+深度學習+邊緣計算/云計算”大大提高各類缺陷檢測精度,極大減少了各類風險及經(jīng)濟損失。

#開啟智能巡檢時代,未來可期

如果用一個詞來形容研發(fā)過程,團隊選擇了“青春”。他們說,正是一波波年輕人不斷涌入實驗室,為一個項目熬著心血,才結(jié)出了閃電鳥這么一個碩果。

相比較人工,閃電鳥已經(jīng)大幅度提升了檢測率、解決了行業(yè)的痛點,但團隊還在繼續(xù)投身實驗室做研究,他們要再提高算法,讓巡檢平臺能夠識別更多復雜的缺陷危機。

對于未來,團隊想將閃電鳥的應用領(lǐng)域不局限在電力方面,而是擴展到光伏新能源、石油管道、交通運輸?shù)榷喾N巡檢場景,如果可以希望能應用在生活的方方面面,用智能來彌補人工的缺陷與不足。

也許,在不久的未來,我們的生活就如科幻小說中一般,出門就能在天空中看到各式各樣的無人機,它們有的是在指揮道路交通,有的是在監(jiān)控治安狀況,還有的是檢測全民健康水平;等你過完馬路的功夫,就看到交通部門、民警、醫(yī)生都出動。

對于這樣一個未來,華為一直都在努力。

華為更希望分享自己的技術(shù)讓更多年輕人學習、掌握。目前,華為已聯(lián)合清華大學出版社、各高校學科帶頭人,面向高校師生及開發(fā)者陸續(xù)推出鯤鵬、昇騰系列學習教材和教輔資料,鯤鵬/昇騰系列課程將融入各大高校的計算機專業(yè)、人工智能專業(yè),引領(lǐng)通信和信息行業(yè)發(fā)展,實現(xiàn)技術(shù)人才的培養(yǎng)。

大學生是推動社會飛速發(fā)展的主力,華為聯(lián)手教育部,在有關(guān)高校建設“智能基座”產(chǎn)教融合協(xié)同育人基地,現(xiàn)已在北京大學、清華大學、上海復旦大學、上海交通大學、西安交通大學、哈爾濱工業(yè)大學等72所高校,把鯤鵬、昇騰系列課程融入計算機專業(yè)、軟件工程專業(yè)、人工智能專業(yè)、電子信息專業(yè)進行首批試點。

相信當越來越多的高端人才從智能基座走出,科幻大片會離我們越來遠近,各行各業(yè)都能通過科技解決痛點,減少不必要的損失。

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