CN109856088A - 一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法 - Google Patents
一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法,它首先根据不同附沙密度的绝缘片的高光谱图像建立附沙密度检测模型,然后,获取所需检测绝缘子的高光谱图像;再由附沙密度检测模型得出绝缘子表面附沙密度。该方法可不停电的在线检测出输电线路中的绝缘子的表面积沙密度,不影响电力***的正常输配电,操作简单、方便,且能测出绝缘子表面局部最大值,能更准确的评估与分析出附沙状态对绝缘子的绝缘性能的影响,从而能对绝缘子的绝缘设计与维护提供更可靠的测试依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘子表面附沙密度的检测方法。
背景技术
沙尘暴是经常出现在干旱、半干旱地区的灾害性天气。在我国,西北沙源地区常出现大风扬沙(沙尘暴)天气,风停止后沙尘则自然沉降。其间,细小的沙尘颗粒还会经高空长距离传输至南方安徽、江苏和上海等多个省份。在湿润的条件下沙尘易黏附在输配电***中的绝缘子表面形成附沙。研究表明:表面附沙的绝缘子,在一定湿度条件下其绝缘性能(闪络电压)下降达15.1%。可见,沙尘暴的频繁出现对输电线路的绝缘设计与维护提出了更高的要求。因此,电力***需及时掌握绝缘子的附沙密度(单位面积附着沙尘的质量),以便于制定具有针对性的清扫方案,以保障供电的安全,同时节省人力物力。
现有对绝缘子表面附沙密度检测方法是将绝缘子取下,在实验室内将绝缘子伞裙表面的附沙清扫、称量出清扫下的附沙质量、再除以伞裙上表面的面积,得出绝缘子表面附沙密度。此方法存在的问题是:1、需要对绝缘子进行拆取、清扫、称量操作,其操作复杂、环节多,易在操作过程中产生偏差。2、必须现场停电操作,严重影响电力***的正常输配电,使其难以实施。3、无法反映沙尘在绝缘子表面局部最大值,导致难以准确评估与分析当前附沙状态对其绝缘性能的影响,不能对绝缘子的维护提供可靠的附沙状态测试依据。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种绝缘子表面附沙密度非接触检测方法,该方法可不停电的在线检测出输电线路中的绝缘子的表面积沙密度,不影响电力***的正常输配电,操作简单、方便,且能测出绝缘子表面局部最大值,能更准确的评估与分析出附沙状态对绝缘子的绝缘性能的影响,从而能对绝缘子的绝缘设计与维护提供更可靠的测试依据。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是,一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法,包括以下步骤:
A、已知附沙密度绝缘片的高光谱谱线的获取
用绝缘子同种材料制作出I个片状的绝缘片i,在绝缘片i上均匀粘附沙尘,使绝缘片i的附沙密度为Si;用高光谱成像仪拍摄绝缘片i,得到附沙密度Si的高光谱图像X”i,X”i=[x”i,1,x”i,2,…,x”i,n,…,x”i,N];其中,i为绝缘片的序号,i=1,2,3……I,I为绝缘片的个数、其取值为10-500,n=1,2,3……N,N为高光谱谱线的波段总个数,其取值为64-256;x”i,n为附沙密度Si的高光谱图像X”i中第n个波段下的反射率;
对附沙密度Si的高光谱图像X”i进行黑白校正、多元散射校正、平滑去噪,得到附沙密度Si的高光谱谱线Xi,Xi=[xi,1,xi,2,xi,3,…,xi,n,…,xi,N];xi,n为附沙密度Si的高光谱谱线中的第n个波段下的反射率;
B、参数模型的建立与求解
建立附沙密度的参数检测模型,
S=a1x1+a2x2+a3x3+…anxn…+aNxN
其中,S是参数检测模型输出的附沙密度,xn是参数检测模型的第n个波段下的模型反射率,an是参数检测模型的第n个波段下的模型比例参数;
将各个绝缘片i的附沙密度Si赋值给参数检测模型输出的附沙密度S,同时将附沙密度Si对应的高光谱谱线Xi的第n个波段下的反射率xi,n代入参数检测模型的第n个波段下的模型反射率xn;然后用偏最小二乘回归法求解,得出参数检测模型的第n个波段下的模型比例参数an的值An,从而得到已求解的附沙密度的参数检测模型:
S=A1x1+A2x2+A3x3+…Anxn…+ANxN
C、绝缘子附沙密度的在线非接触检测
用高光谱成像仪对输配电线路上运行中的待测绝缘子进行拍摄,得到待测绝缘子的高光谱图像,对待测绝缘子的高光谱图像整体或者选定区域进行黑白校正、多元散射校正、平滑去噪,得到待测绝缘子的整体或者区域的高光谱谱线X0,X0=[x0,1,x0,2,x0,3,…,x0,n,…,x0,N];
将待测绝缘子的高光谱谱线X0中第n个波段下的反射率x0,n作为第n个波段的模型反射率xn的输入值,输入已求解的附沙密度的参数检测模型S=A1x1+A2x2+A3x3+…Anxn…+ANxN,即S0=A1x0,1+A2x0,2+A3x0,3+…Anx0,n…+ANx0,N;参数检测模型输出的附沙密度S0,即为待测绝缘子整体或选定区域的附沙密度S0。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
一、用高光谱成像仪对输配电线路上运行中的待测绝缘子进行不接触的拍摄,即可完成待测绝缘子的附沙密度的检测;而不需要对绝缘子进行拆取、清扫、称量等;其操作简单、快捷、方便,且避免了复杂的人工操作过程中产生的偏差,其测试结果一致性好。同时,检测时不必停电操作,也不会对电力***的正常输配电造成影响,便于实施。
二、对检测(拍摄)区域可进行任意选取、圈定,既能测出绝缘子个伞裙表面的平均附沙密度,也能分区测出绝缘子表面的局部附沙密度,得到绝缘子表面的局部最大附沙密度,从而能更准确的评估与分析出附沙状态对绝缘子的绝缘性能的影响,对绝缘子的绝缘设计与维护提供更可靠的测试依据。
进一步,本发明对附沙密度Si的高光谱图像进行黑白校正的具体做法是:用高光谱成像仪对标准白板进行拍摄得到标准白板的反射图像W,W=[w1,w2,w3,…,wn,…,wN],其中wn为标准白板的反射图像中第n个波段下的反射率,同时用高光谱成像仪对标准黑板进行拍摄得到标准黑板的反射图像D,D=[d1,d2,d3,…,dn,…,dN],dn为标准黑板的反射图像中第n个波段下的反射率;再结合附沙密度Si的高光谱图像X”i,X”i=[x”i,1,x”i,2,…,x”i,n,…,x”i,N],由下式得到附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i,
其中,x’in为附沙密度Si的校正后高光谱图像中第n个波段下的反射率。
这样,黑白校正后高光谱谱线排除了光线强弱的影响,使得测试适用于各种强度光线条件,并进一步提高了检测的准确性和精度。
进一步,本发明的多元散射校正的具体作法是:
由附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i=[x’i,1,x’i,2,x’i,3,…,x’i,n,…,x’i,N],计算出平均高光谱图像其中,为平均高光谱图像中第n个波段下的平均反射率,表示从i=1项到i=I项的累计求和;
将附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i与平均高光谱图像进行一元线性回归,得到附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i与平均高光谱图像的线性回归关系式,式中mi和bi分别是线性回归的相对偏移系数和平移量;进而得到附沙密度Si的多元散射校正光谱 其中,为附沙密度Si的多元散射校正光谱中的第n个波段下的多元散射校正反射率。
这样的多元散射校正,排除了不同大小的表面物质颗粒产生的光线散射对高光谱谱线的影响,进一步提高了检测的准确度。
更进一步,本发明的平滑去噪的具体方法为小波去噪、Savitzky-Golay平滑滤波、微分变换或对数变换。
这样,高光谱谱线更加光滑,排除了仪器暗电流和其他随机干扰,更进一步提高了检测的准确度。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例
本发明的一种具体实施方式是,一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法,包括以下步骤:
A、已知附沙密度绝缘片的高光谱谱线的获取
用绝缘子同种材料制作出I个片状的绝缘片i,在绝缘片i上均匀粘附沙尘,使绝缘片i的附沙密度为Si;用高光谱成像仪拍摄绝缘片i,得到附沙密度Si的高光谱图像X”i,X”i=[x”i,1,x”i,2,…,x”i,n,…,x”i,N];其中,i为绝缘片的序号,i=1,2,3……I,I为绝缘片的个数、其取值为10-500,n=1,2,3……N,N为高光谱谱线的波段总个数,其取值为64-256;x”i,n为附沙密度Si的高光谱图像X”i中第n个波段下的反射率;
对附沙密度Si的高光谱图像X”i进行黑白校正、多元散射校正、平滑去噪,得到附沙密度Si的高光谱谱线Xi,Xi=[xi,1,xi,2,xi,3,…,xi,n,…,xi,N];xi,n为附沙密度Si的高光谱谱线中的第n个波段下的反射率;
B、参数模型的建立与求解
建立附沙密度的参数检测模型,
S=a1x1+a2x2+a3x3+…anxn…+aNxN
其中,S是参数检测模型输出的附沙密度,xn是参数检测模型的第n个波段下的模型反射率,an是参数检测模型的第n个波段下的模型比例参数;
将各个绝缘片i的附沙密度Si赋值给参数检测模型输出的附沙密度S,同时将附沙密度Si对应的高光谱谱线Xi的第n个波段下的反射率xi,n代入参数检测模型的第n个波段下的模型反射率xn;然后用偏最小二乘回归法求解,得出参数检测模型的第n个波段下的模型比例参数an的值An,从而得到已求解的附沙密度的参数检测模型:
S=A1x1+A2x2+A3x3+…Anxn…+ANxN
C、绝缘子附沙密度的在线非接触检测
用高光谱成像仪对输配电线路上运行中的待测绝缘子进行拍摄,得到待测绝缘子的高光谱图像,对待测绝缘子的高光谱图像整体或者选定区域进行黑白校正、多元散射校正、平滑去噪,得到待测绝缘子的整体或者区域的高光谱谱线X0,X0=[x0,1,x0,2,x0,3,…,x0,n,…,x0,N];
将待测绝缘子的高光谱谱线X0中第n个波段下的反射率x0,n作为第n个波段的模型反射率xn的输入值,输入已求解的附沙密度的参数检测模型S=A1x1+A2x2+A3x3+…Anxn…+ANxN,即S0=A1x0,1+A2x0,2+A3x0,3+…Anx0,n…+ANx0,N;参数检测模型输出的附沙密度S0,即为待测绝缘子整体或选定区域的附沙密度S0。
本例的对附沙密度Si的高光谱图像进行黑白校正的具体做法是:用高光谱成像仪对标准白板进行拍摄得到标准白板的反射图像W,W=[w1,w2,w3,…,wn,…,wN],其中wn为标准白板的反射图像中第n个波段下的反射率,同时用高光谱成像仪对标准黑板进行拍摄得到标准黑板的反射图像D,D=[d1,d2,d3,…,dn,…,dN],dn为标准黑板的反射图像中第n个波段下的反射率;再结合附沙密度Si的高光谱图像X”i,X”i=[x”i,1,x”i,2,…,x”i,n,…,x”i,N],由下式得到附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i,
其中,x’in为附沙密度Si的校正后高光谱图像中第n个波段下的反射率。
本例的多元散射校正的具体作法是:
由附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i=[x’i,1,x’i,2,x’i,3,…,x’i,n,…,x’i,N],计算出平均高光谱图像其中,为平均高光谱图像中第n个波段下的平均反射率,表示从i=1项到i=I项的累计求和;
将附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i与平均高光谱图像进行一元线性回归,得到附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i与平均高光谱图像的线性回归关系式,式中mi和bi分别是线性回归的相对偏移系数和平移量;进而得到附沙密度Si的多元散射校正光谱 其中,为附沙密度Si的多元散射校正光谱中的第n个波段下的多元散射校正反射率。
本发明的平滑去噪的具体方法可以为小波去噪、Savitzky-Golay平滑滤波、微分变换或对数变换等已有的平滑去噪方法。
下表为采用本例的检测方法和现有的清扫称量方法对六个绝缘子进行了检测实验,得到的检测结果(检测时,绝缘片的个数I=30,高光谱谱线的波段总个数N=256个)。
表中的对比检测结果表明,采用本发明方法与现有的清扫称量法相比,误差在10%以内;能够实现绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测,准确度较高;而本发明方法操作流程大大简化,避免了对电力***正常输配电的严重影响、便于实施,具有极好的推广使用价值。
Claims (4)
1.一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法,包括以下步骤:
A、已知附沙密度绝缘片的高光谱谱线的获取
用绝缘子同种材料制作出I个片状的绝缘片i,在绝缘片i上均匀粘附沙尘,使绝缘片i的附沙密度为Si;用高光谱成像仪拍摄绝缘片i,得到附沙密度Si的高光谱图像X”i,X”i=[x”i,1,x”i,2,…,x”i,n,…,x”i,N];其中,i为绝缘片的序号,i=1,2,3……I,I为绝缘片的个数、其取值为10-500,n=1,2,3……N,N为高光谱谱线的波段总个数,其取值为64-256;x”i,n为附沙密度Si的高光谱图像X”i中第n个波段下的反射率;
对附沙密度Si的高光谱图像X”i进行黑白校正、多元散射校正、平滑去噪,得到附沙密度Si的高光谱谱线Xi,Xi=[xi,1,xi,2,xi,3,…,xi,n,…,xi,N];xi,n为附沙密度Si的高光谱谱线中的第n个波段下的反射率;
B、参数模型的建立与求解
建立附沙密度的参数检测模型,
S=a1x1+a2x2+a3x3+…anxn…+aNxN
其中,S是参数检测模型输出的附沙密度,xn是参数检测模型的第n个波段下的模型反射率,an是参数检测模型的第n个波段下的模型比例参数;
将各个绝缘片i的附沙密度Si赋值给参数检测模型输出的附沙密度S,同时将附沙密度Si对应的高光谱谱线Xi的第n个波段下的反射率xi,n代入参数检测模型的第n个波段下的模型反射率xn;然后用偏最小二乘回归法求解,得出参数检测模型的第n个波段下的模型比例参数an的值An,从而得到已求解的附沙密度的参数检测模型:
S=A1x1+A2x2+A3x3+…Anxn…+ANxN
C、绝缘子附沙密度的在线非接触检测
用高光谱成像仪对输配电线路上运行中的待测绝缘子进行拍摄,得到待测绝缘子的高光谱图像,对待测绝缘子的高光谱图像整体或者选定区域进行黑白校正、多元散射校正、平滑去噪,得到待测绝缘子的整体或者区域的高光谱谱线X0,X0=[x0,1,x0,2,x0,3,…,x0,n,…,x0,N];
将待测绝缘子的高光谱谱线X0中第n个波段下的反射率x0,n作为第n个波段的模型反射率xn的输入值,输入已求解的附沙密度的参数检测模型S=A1x1+A2x2+A3x3+…Anxn…+ANxN,即S0=A1x0,1+A2x0,2+A3x0,3+…Anx0,n…+ANx0,N;参数检测模型输出的附沙密度S0,即为待测绝缘子整体或选定区域的附沙密度S0。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法,其特征在于,所述的对附沙密度Si的高光谱图像进行黑白校正的具体做法是:用高光谱成像仪对标准白板进行拍摄得到标准白板的反射图像W,W=[w1,w2,w3,…,wn,…,wN],其中wn为标准白板的反射图像中第n个波段下的反射率,同时用高光谱成像仪对标准黑板进行拍摄得到标准黑板的反射图像D,D=[d1,d2,d3,…,dn,…,dN],dn为标准黑板的反射图像中第n个波段下的反射率;再结合附沙密度Si的高光谱图像X”i,X”i=[x”i,1,x”i,2,…,x”i,n,…,x”i,N],由下式得到附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i,
其中,x’in为附沙密度Si的校正后高光谱图像中第n个波段下的反射率。
3.根据权利要求2所述的一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法,其特征在于,所述的多元散射校正的具体作法是:
由附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i=[x’i,1,x’i,2,x’i,3,…,x’i,n,…,x’i,N],计算出平均高光谱图像 其中,为平均高光谱图像中第n个波段下的平均反射率,表示从i=1项到i=I项的累计求和;
将附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i与平均高光谱图像进行一元线性回归,得到附沙密度Si的校正后高光谱图像X’i与平均高光谱图像的线性回归关系式,式中mi和bi分别是线性回归的相对偏移系数和平移量;进而得到附沙密度Si的多元散射校正光谱 其中,为附沙密度Si的多元散射校正光谱中的第n个波段下的多元散射校正反射率。
4.根据权利要求3所述的一种绝缘子表面附沙密度的在线非接触检测方法,其特征在于,所述的平滑去噪的具体方法为小波去噪、Savitzky-Golay平滑滤波、微分变换或对数变换。
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