面向航拍圖像的農(nóng)村配電網(wǎng)導線斷股檢測分析

郭晶

摘 要：農(nóng)村配電網(wǎng)輸電線路具有地理環(huán)境復(fù)雜、傳輸距離長、分布地域廣的特點，在運行過程中經(jīng)常會受到雷擊閃絡(luò)、覆冰跳躍、污穢腐蝕、風振等因素影響，造成導線斷股，甚至導線斷裂，嚴重影響配電網(wǎng)安全，必須加強輸電線路巡檢和維修。利用航拍圖像進行電力巡檢，能有效提升巡檢效率，降低運維成本，但是基于航拍圖像開展的電力巡檢，容易受光照、距離及拍攝角度等影響，難以保障導線斷股檢測精確度?；诖?，文章對農(nóng)村配電網(wǎng)導線斷股影響因素進行分析，借助LSD和ABM對導線斷股進行檢測，以期提升斷股檢測準確度，為電力巡檢和運維提供助力。

關(guān)鍵詞：航拍圖像;農(nóng)村配電網(wǎng);導線斷股檢測

在社會全面發(fā)展背景下，電力資源在人們生活和生產(chǎn)中扮演著越來越重要的作用，輸電線路是確保電力能源安全穩(wěn)定運輸?shù)幕A(chǔ)，保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定，做好運維工作是電力事業(yè)發(fā)展的重中之重。導線斷股檢測屬于典型輸電線路故障，是我國輸電線路巡檢重點關(guān)注的內(nèi)容。目前，導線斷股檢測以紅外、紫外等成像技術(shù)為主，對設(shè)備和技術(shù)要求不高，比較適用于較短距離檢測，針對電力鐵塔、架空輸電線路，則以無人機、航拍平臺為主[1]。文章以導電斷股影響因素為基礎(chǔ)，針對航拍平臺導線斷股檢測提出一種新的檢測方法，從而提高檢測準確率和通用性。

1 農(nóng)村配電網(wǎng)導線斷股影響因素

1.1 電流負荷影響

倘若導線斷口呈瘤狀，導線縫隙中存在已經(jīng)凝固的液滴狀鋁線燒熔物，說明導線是在電流超負荷運行作用下，持續(xù)發(fā)熱導致運行溫度過高，導線中鋁線受高溫影響逐漸融化、斷裂。鋁絞線中鋁的含量一般高于99%，除此之外含有微量Fe和Si，其熔點基本等同于鋁的熔點，故鋁絞線的運行溫度應(yīng)維持在70℃之下。

1.2 電化學腐蝕

倘若導線外層16股斷裂一半左右，內(nèi)層幾乎完全斷裂，且拆解過程中不斷掉落斷鋁絞線，說明其氧化嚴重，導線斷裂原因多為電化學腐蝕。其發(fā)生原理如下，在鋁導線和鋼芯之間存在一定數(shù)量的電偶腐蝕，當大量灰塵凝集集結(jié)在鋁導線縫隙中會形成一個強腐蝕性介質(zhì)，與鋼芯之間形成腐蝕原電池，逐漸腐蝕鋁導線。長期下來，鋁導線自身性能受損，電力傳輸性能降低，電阻增大，造成過熱熔斷，在這種情況下，電力傳輸主要由外部導線承擔，最終導致外部導線斷裂。在進行導線斷股檢測時，可根據(jù)其主要特征，快速判斷導線斷股原因。

1.3 安裝工藝因素

安裝工藝也是導致造成導線斷股的重要因素之一，如導線安裝過程中原有結(jié)構(gòu)被破壞，導致導線中鋁線與鋼芯連接不夠緊密;或者運行過程中，受外力作用影響，導線內(nèi)部金屬線、導線與夾線之間出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，使得各接線接觸面出現(xiàn)磨損，鋼芯內(nèi)部腐蝕。針對這種情況，需要加強安裝人員提升安裝質(zhì)量，延長導線使用壽命，降低導線斷股發(fā)生概率。

2 面向航拍圖像的農(nóng)村配電網(wǎng)導線斷股檢測分析

2.1 圖像預(yù)處理

一方面，航拍輸電線路圖像中往往存在樹木、河流、房屋等自然和人工背景，且環(huán)境和氣候不同，背景干擾因素越發(fā)復(fù)雜，這些都會給輸電線路提取和導線斷股檢測增加難度，而且光照、輻射、拍攝位置等變化也會導致圖像出現(xiàn)曝光過度、失真等問題，可以采用圖像灰度增強處理——圖像平滑去噪處理——邊緣檢測等方法對航拍圖像進行預(yù)處理，強化其圖像特征[2];另一方面，現(xiàn)代社會電力巡檢需求不斷擴大，導線斷股檢測效率和準確度要求也越來越高，輸電線路在航拍圖像中往往呈長直線形態(tài)，基本貫穿整個圖像，且電力線灰度值較低， 采用LSD方法進行檢測具有較高檢測效率，這是因為LSD是一種能夠在線性時間內(nèi)獲得亞像素級準確度的直線段檢測方法，而斷股導線在航拍圖像中，因長線段被遮擋或圖像模糊等原因，經(jīng)常呈現(xiàn)為多條短線段模式，符合LSD檢測要求。

2.2 輸電線段過濾與識別

輸電線路的過濾與識別的導線斷股檢測的基礎(chǔ)，能有效提升檢測準確率，文章為避免光照、距離、導線顏色及紋理等因素對檢測結(jié)果造成影響，選取適宜線段長度作為基準進行線段過濾[3-4]。具體操作內(nèi)容如下：在航拍巡檢圖像中，盡可能選擇背景干凈、圖像清晰概念股、無較多干擾因素的圖像，建立航拍圖像數(shù)據(jù)樣本庫，確定輸電線段閾值，圖像選定公式如下：

式中，N指代選定航拍圖像被切割計算的塊數(shù);指代每個切割塊內(nèi)的亮度偏差標準。最終經(jīng)相關(guān)實驗測試可知，當值<10時，航拍圖像背景能夠滿足圖像數(shù)據(jù)樣本庫標準，且導線形態(tài)清晰可見便于識別，極大的降低了后續(xù)斷股檢測難度。

2.3 基于ABM的導線斷股檢測

在經(jīng)過圖像預(yù)處理、輸電線段過濾與識別處理后，航拍圖像會失去原有顏色、光照、背景等影響因素干擾，成為只保留導線基本輪廓形態(tài)的二值化圖像，但此時，航拍圖像還存在拍攝角度和位置變化導致的斷股導線下垂狀態(tài)多變的情況[5-6]。因此，可利用ABM對導線斷股進行檢測。所謂ABM，即活動基模型，是一種通過少量樣本學習獲得一定位置和方向的Gabor小波元素組成的模板，在檢測過程中，這些Gabor小波元素可以進行限定范圍內(nèi)的擾動，由此可見，該技術(shù)對于可變性物體檢測具有較大優(yōu)勢。將其應(yīng)用在導線斷股檢測中，不需要識別出具體導線，只需要提取相關(guān)導線線段就能在線性時間內(nèi)完成工作任務(wù)，顯著提升檢測效率，而且，還可以將柔性物體變化因素、拍攝位置和角度不確定性等因素考慮其中，對提高檢測精確度有十分積極的現(xiàn)實意義，具體應(yīng)用步驟如下：

（1）導線斷股模板學習，建立樣本數(shù)據(jù)庫，可與上文航拍圖像數(shù)據(jù)樣本庫通用，利用樣本和共享描述算法進行模板學習;（2）導線斷股檢測，在獲取樣本模板后，構(gòu)建求和圖及最大值圖的交替計算框架，利用其中的池化、卷積等操作相互交替生成求和圖及最大值圖進行斷股檢測，其中求和圖用于提取導線邊緣輪廓，最大值圖用于跟蹤導線輪廓形變;該檢測方法是一個自下而上的過程，其具體工作原理如下（具體見圖1）。

首先，線段圖為檢測樣本，Gabor濾波器位于圖像上方，采用向上卷積操作形成第一層求和圖;其次，對Gabor小波的擾動實現(xiàn)局部最優(yōu)，也就是對求和圖進行局部最大值池化得到最大值圖1，;然后，在最大值圖1中使用學習模板進行濾波操作，可得到最大值圖2;最后，在最大值圖2中得到導線斷股檢測數(shù)值，也就是最大值圖2中的高亮度區(qū)域。

3 實踐與結(jié)果分析

在實踐操作中，對青海某農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)導線斷股圖片進行無人機拍攝，得到若干圖片，選出6張作為樣本圖片，采用以上這些步驟進行檢測實驗，并與傳統(tǒng)檢測方法進行對比分析，最終得出結(jié)論，在不同干擾背景下，能夠快速發(fā)現(xiàn)導線斷股位置，且準確率高于傳統(tǒng)檢測方法，但是，也存在一定缺陷，有一定可能將背景中的樹枝枝干誤判為導線斷股，還需進一步加強研究和實踐，提高其通用性，更好地服務(wù)于農(nóng)村配電網(wǎng)電力巡檢事業(yè)，保障電力傳輸安全穩(wěn)定，助力新農(nóng)村建設(shè)。

參考文獻

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[2]熊彪， 胡冉. 基于無人機圖像的配網(wǎng)線斷股缺陷實時檢測[J]. 技術(shù)與市場， 2018.

[3]李澤峰， 楊月明， 賀瑞敏. 220kV輸電線路架空地線斷股原因分析[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù)， 2018（4）：97-100.

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