趙江豪 王加強(qiáng) 黃益宏 陳書欣

（1.國網(wǎng)浙江電力有限公司平陽縣供電公司 2.浙江科暢電子股份有限公司）

0 引言

隨著現(xiàn)代化社會(huì)的飛速發(fā)展，居民用電和商業(yè)用電的需求與日俱增。電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)用電力線路異常位移檢測(cè)方法能夠及時(shí)了解輸電線路的運(yùn)行情況，通過準(zhǔn)確找到其中存在的安全隱患來使得電力線路能夠安全正常的工作。所以，電力巡檢工作安全問題備受關(guān)注［1］。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的復(fù)雜性，當(dāng)輸電線路出現(xiàn)重大故障時(shí)，通過異常位移檢測(cè)方法能夠找到故障原因，使得設(shè)備與電力系統(tǒng)之間協(xié)同工作，消除設(shè)備之間存在的差異性，從而滿足實(shí)際電力需求。在電力線路異常位移檢測(cè)過程中，運(yùn)用該方法可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)備的增加與減少，通過定位故障點(diǎn)來減少維修時(shí)間，使得電力供應(yīng)的可靠性能夠得到保障。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控在任何時(shí)間均能夠進(jìn)行監(jiān)控，幫助監(jiān)控人員能夠?qū)崟r(shí)獲取數(shù)據(jù)，避免了工作人員在危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)與維修的風(fēng)險(xiǎn)，提升了檢測(cè)的安全性。由于傳統(tǒng)異常檢測(cè)方法易受到建筑物等遮擋物的干擾，監(jiān)測(cè)過程中會(huì)出現(xiàn)信號(hào)失真等問題。安裝大量檢測(cè)設(shè)備需要消耗的人力資源大，成本較高［2］。同時(shí)，方法導(dǎo)致誤報(bào)率提升，檢測(cè)中存在大量未解決問題從而無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。因此，現(xiàn)階段針對(duì)電力線路中的安全問題，選擇以電力線路異常位移檢測(cè)方法為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用北斗衛(wèi)星定位方法，提出了異常檢測(cè)方案，結(jié)合實(shí)際情況完成實(shí)驗(yàn)與分析。

1 電力線路異常位移檢測(cè)

1.1 電力線路圖像預(yù)處理

對(duì)輸電線路的室外航拍圖像，在拍攝過程中會(huì)曝光不均勻?qū)е聢D像中含有噪聲，這樣會(huì)使得圖像質(zhì)量下降［3］。所以，需要對(duì)圖像進(jìn)行去噪處理。運(yùn)用中值濾波方法利用對(duì)采樣窗口內(nèi)像素的灰度值進(jìn)行排序，設(shè)定一個(gè)一維序列f，在m的窗口中對(duì)其進(jìn)行濾波處理，將m值按照一定的順序排列，并獲得序列正中心的結(jié)果為濾波輸出結(jié)果，為：

式中，med為中間值。通過用模板窗口對(duì)圖像進(jìn)行遍歷，使得圖像在中心位置與模板中心位置重合。將重合位置的像素值進(jìn)行記錄，并根據(jù)中心灰度值進(jìn)行排序，通過計(jì)算得到中心結(jié)果。在計(jì)算過程中，如果窗口的尺寸較大，則需要進(jìn)行多次計(jì)算。在濾波過程中，選擇一個(gè)鄰域采樣得到該鄰域特征像素的灰度為中心灰度，這樣能夠降低雜點(diǎn)對(duì)圖像的影響。運(yùn)用直方圖均衡化的方法來對(duì)像素的圖像進(jìn)行增強(qiáng)。其增強(qiáng)過程為：

式中，d(i，j)為原始圖像；g(i，j)為處理后的圖像；R為操作。R需要在增強(qiáng)過程中滿足兩個(gè)條件，即在固定范圍內(nèi)為單增函數(shù)，圖像灰度級(jí)需要在原有的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)［4］。這樣處理能夠得到新的灰度級(jí)，使得圖像的對(duì)比度增加，獲得更為突出的絕緣子。通過對(duì)航拍圖像進(jìn)行預(yù)處理，使得圖像能夠達(dá)到清晰，減少隨機(jī)噪聲。并且通過提升圖像的對(duì)比度來達(dá)到增強(qiáng)效果。

1.2 北斗衛(wèi)星定位計(jì)算圖像邊緣信息

運(yùn)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航從控制中心向用戶傳遞信息，根據(jù)用戶回應(yīng)的入棧信號(hào)來得到用戶與衛(wèi)星之間的距離。在導(dǎo)航定位中，將不同坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行矩陣轉(zhuǎn)換，并將導(dǎo)航數(shù)據(jù)置入同一坐標(biāo)系中進(jìn)行計(jì)算［5］?；咀鴺?biāo)系的示意圖如圖1所示：

圖1 基本坐標(biāo)系

根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，運(yùn)用梯度計(jì)算的方法能夠得到檢測(cè)圖像的邊緣結(jié)構(gòu)信息，對(duì)于圖像f(x，y)中的任意像素點(diǎn)，通過計(jì)算可以得到圖像的梯度大小。當(dāng)圖像中存在較大梯度值時(shí)，梯度方向與圖像邊緣垂直。根據(jù)實(shí)際需求，在檢測(cè)輸電線路過程中，運(yùn)用塊梯度來標(biāo)記導(dǎo)向的主方向，將梯度方向進(jìn)行調(diào)整，能夠得到新的梯度公式為：

式中，f(x，y)為像素點(diǎn)的灰度值；i，j為圖像坐標(biāo)軸的方向。在輸電線路圖像灰度化處理后，如果邊緣異常，則塊梯度的方向會(huì)發(fā)生改變。所以，根據(jù)梯度方向的變化來標(biāo)定異常位移［6］。構(gòu)建矢量場(chǎng)，計(jì)算每個(gè)塊梯度向量，并對(duì)點(diǎn)單位內(nèi)的梯度向量進(jìn)行加權(quán)求和運(yùn)算。當(dāng)兩個(gè)向量的梯度方向差值滿足：

式中，Δd為方向差值。當(dāng)滿足范圍內(nèi)時(shí)的塊像素梯度方向一致，不滿足范圍則不一致。這樣就能夠通過衛(wèi)星來獲取與跟蹤信號(hào)，得到更多的計(jì)算量。消除冗余的導(dǎo)航信息輸出來減少計(jì)算誤差，能夠獲得圖像準(zhǔn)確的邊緣信息。

1.3 輸電線路異常位移檢測(cè)

將電力線路從復(fù)雜的航拍背景圖像中提取出來，根據(jù)得到的輸電線路圖像邊緣信息進(jìn)行異常位移檢測(cè)。根據(jù)收集到的電力線路圖像，設(shè)定像素塊的矩形框窗口大小為(2s?2s)，令第j列中某兩個(gè)邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(i+n，j)，則電力線路中的電力線路寬度為d=n+1。對(duì)像素塊中的二值圖像進(jìn)行掃描，并得到列序掃描過程中的灰度跳變次數(shù)，其計(jì)算公式為：

式中，h為灰度跳變次數(shù)。對(duì)異常位移進(jìn)行識(shí)別，在第j列到第j+1列電力線路中，對(duì)異常位移變化情況進(jìn)行計(jì)算，能夠判斷輸電電力線路是否存在異常斷股，其計(jì)算公式為：

式中，dj+1為第j+1列電力線路寬度。根據(jù)得到的計(jì)算結(jié)果，對(duì)電力線路異常位移情況進(jìn)行判斷，當(dāng)k>1?h>2時(shí)，則表示異常位移產(chǎn)生；當(dāng)0

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

2.1 搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)在64位windows11系統(tǒng)下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)的具體硬件軟件環(huán)境如下表所示：

表1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

圖像檢測(cè)對(duì)硬件要求較高，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用了ⅠNTEL版本的CPU中央處理器。運(yùn)用無人機(jī)航拍輸電線路圖像，對(duì)200幅分辨率為1080*640像素的航拍圖像進(jìn)行測(cè)試。為了驗(yàn)證本文檢測(cè)方法的有效性，設(shè)置三個(gè)小組，其中運(yùn)用本文方法的小組為實(shí)驗(yàn)組，運(yùn)用傳統(tǒng)方法的小組為對(duì)照1-2組。在不同背景的航拍圖像中，運(yùn)用三種方法對(duì)檢測(cè)過程中的誤檢率進(jìn)行計(jì)算。

2.2 結(jié)果與分析

在輸電線路圖像中，不同小組的誤檢結(jié)果如下圖所示：

分析圖2的結(jié)果可知，不同小組的誤檢個(gè)數(shù)存在差異，將10次的誤檢個(gè)數(shù)結(jié)果進(jìn)行誤檢率計(jì)算，得到不同小組的誤檢率為：實(shí)驗(yàn)組2.3%，對(duì)照1組32.5%，對(duì)照2組40.1%。通過對(duì)比三個(gè)小組的誤檢率結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組的誤檢率結(jié)果最低，說明運(yùn)用本文的檢測(cè)方法能夠準(zhǔn)確對(duì)異常位移進(jìn)行檢測(cè)，在缺陷識(shí)別中具有重要作用。所以，針對(duì)本文方法在檢測(cè)過程中的準(zhǔn)確定位問題進(jìn)行測(cè)試，要求當(dāng)檢測(cè)位置誤差穩(wěn)定在3m以內(nèi)，能夠達(dá)到較為優(yōu)質(zhì)準(zhǔn)確的檢測(cè)效果。所以，運(yùn)用加速度傳感器對(duì)盲區(qū)的位置信息進(jìn)行采集，得到衛(wèi)星信號(hào)接收后，檢測(cè)位置誤差具體情況如下表所示：

圖2 誤檢個(gè)數(shù)結(jié)果

分析表2中的結(jié)果可知，在三個(gè)小組中，只有實(shí)驗(yàn)組的檢測(cè)位置誤差為2.5m，結(jié)果在要求范圍內(nèi)。說明運(yùn)用本文檢測(cè)方法能夠做到準(zhǔn)確定位，消除檢測(cè)過程中存在的誤差，滿足實(shí)際的精度需求。

表2 檢測(cè)位置誤差結(jié)果

綜上所述，針對(duì)輸電線路中的異常位移情況進(jìn)行合理檢測(cè)，為檢修護(hù)線提供解決方案。同時(shí)，電力線路異常位移監(jiān)測(cè)方法具有高可擴(kuò)展性，能夠有效保證電路正常穩(wěn)定運(yùn)行，滿足不斷發(fā)展的電力系統(tǒng)需求。在異常檢測(cè)方面，對(duì)于微小的缺陷需要研究更深的層次。利用相關(guān)濾波器消除噪聲后，結(jié)合輸電線路的結(jié)構(gòu)特性，對(duì)圖像異常位置進(jìn)行識(shí)別與定位，降低輸電線路的漏檢程度。因此，通過該方法能夠及時(shí)了解輸電線路的運(yùn)營情況，消除電力線路的安全隱患。

3 結(jié)束語

本次北斗衛(wèi)星定位問題入手，深入研究了電力線路異常位移檢測(cè)，探究了基于北斗衛(wèi)星定位的電力線路異常位移檢測(cè)方法。實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，避免發(fā)生事故。但方法中還存在一些不足之處，例如對(duì)修復(fù)受損部分問題，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心相關(guān)問題，自動(dòng)發(fā)送警報(bào)信號(hào)等。今后應(yīng)更加完善計(jì)算，通過在電力線路上設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力線路的位置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能存在的安全隱患，并對(duì)監(jiān)測(cè)到的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定合理的預(yù)警閾值，增加對(duì)各種異常情況處理速度，維護(hù)電力線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過對(duì)算法的優(yōu)化和改善，比較電力線路的實(shí)時(shí)位置與預(yù)設(shè)位置的位移情況，實(shí)現(xiàn)了基于北斗衛(wèi)星定位的電力線路異常位移檢測(cè)方法的良好應(yīng)用。