智能防范——基于小样本学习的输电线防外破系统

山东大学

赵明悦，吕梓阳，杜怡凝，林丽珊

1 作品介绍

本产品实现了智能识别与分析、实时预警、自动报警、支持远程喊话、全天候和无死角监控等功能，通过对Hi3559AV100芯片做嵌入式开发，只需把传统监控画面传输到本产品，就可以智能识别出画面中想要识别出的物体，并按照程序做出反应。例如为了避免铁塔遭受鸟类筑巢、非法施工的破坏，可以将鸟类、施工设备等设置为识别对象，当画面中出现了这些物体，产品就可以自动做出反应，进行实时自动识别；然后向后台发送预警信息，并自动播放警报，比如驱鸟音乐、人工录制的警告语；同时现场扬声器支持人员实时喊话，并将现场视频回传给监控中心，自动保存视频且支持回放。本产品的实物设计如图1所示，其功能大致如下：

图1 产品实物设计

（1）覆盖式监控：将输电网络任意一处的实时图像、视频、环境情况传输到控制中心，实现超低功耗的无死角、全天候监控。

（2）智能分析：智能前端分析、云端检测能够识别出所有靠近输电网络的人、物或者环境变化，如图2所示。

图2 识别效果

（3）隐患预警：对于非法接近电网的人员、车辆、鸟禽，或者山火、泥石流等自然灾害，能够识别并将预警信息传输到控制中心。

（4）智能处理：控制中心可以设置对隐患的智能反应，例如识别出鸟类、非法人员靠近后自动播放驱逐的音乐、警告语，也支持实时远程喊话、自动报警给巡逻人员。

（5）智能录像：对于出现安全隐患的场景能够进行智能录像，也可由控制人员进行任意时段录像。

（6）大数据平台：将输电网络中所有产品纳入一个平台，支持通过电脑端、手机端精确查看和控制输电网络的每一处。

2 技术原理

本产品的技术流程如图3所示。

图3 技术流程

本产品分为前端和后端两个模块。前端AI负责智能识别设备，具有实时检测识别功能，能够及时识别危险人员、非机动车、机动车、施工车辆的靠近行为，并将一系列危险信息实时推送到平台，设备会自动报警。后端大数据平台实时接收AI端设备推送的图片和视频，针对危险信息进行弹窗告警，同时推送告警信息给出事地点的最近维修人员。另外，本产品通过海思芯片来实现算法，并采用SSD算法实现了精简。

为了实现检测和识别障碍物的功能，在算法方面采用了Caffe架构下的开源 SSD检测算法。SSD网络算法加入了基于金字塔特征的检测方式，在不同的feature map上预测目标；同时加入了数据增强过程，实现了多维度、高精度的识别检测；采用Single Shot检测框架，加快了其运行速度。

3 作品创新点与市场前景

在功能上，其他同类型产品，如巡检机器人、普通摄像头、人像识别等，往往功能单一；而本产品可以同时实现智能识别与分析、实时预警、自动报警、支持远程喊话、全天候和无死角监控等功能。

在性价比上，本产品只须根据传统的监控画面，就能够对挖掘机、塔吊等工程机械设备进行识别，可以更大程度地避免事故的发生，成本仅为万元，是同等价位上功能比较强大的系统。

在外观上，本产品包装简单但坚固耐用，在长时间的使用实验中，产品的故障率低于1%，具有可靠的使用价值；同时简单的外观又减少了不必要的成本，提高了其他方面的质量。

在精准度和速度上，本产品识别精准、速度快。通过一些具体的SSD和YOLO以及FasterRCNN的对比数据，可以明显看出本产品在速度和准确度上的优势。整个SSD网络就是由一系列的卷积层和全连接层构成，能够快速、精准地对数据进行特征提取、分析、识别。

在识别效果上，本产品可以同时识别多个目标。SSD网络采用了多种宽高比的Anchor，可以实现多目标的检测，相较于之前的检测网络更加方便实用。

在创作思路上，将传统的人工巡检电网用智能产品替代，解放了人力，同时提高了工作效率，为电力传输带来有效保障。

本产品以保护输电铁塔、保障我国电力资源的正常传输为出发点并成功实现了功能。在用电量巨大的今天，一个铁塔出现故障导致输电线路中断，会造成巨大的经济损失。而政府为了避免这个问题，不得不建设备用输电线路，这无疑又是一笔巨大的财政投入。本产品在解决这一问题的同时，还可以解放人力，尤其是在一些偏远地区，或者遇到极端恶劣天气时，本产品可以更高效地完成相关任务。

全国输电铁塔的数量巨大、分布范围极广，如此多的铁塔已经投入了巨大的人力、物力进行维护，而智能电网巡检系统的应用毫无疑问将大大地降低维护成本，有效地避免故障发生，所以我国两大铁网公司及其附属的省、市、县的众多电网公司都是本产品的潜在用户。

本产品成本极低，一个产品还可以支持多路信号输入，只需要很低的成本就可以保证大片区域的用电安全。当然本产品的应用不限于铁塔，一切需要应用到智能识别的场合都可以使用本产品，其核心资源是嵌入式智能算法与神经网络，可以根据用户需要调整识别的对象。