一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法及系统

技术领域

本发明涉及输配电领域外绝缘检测技术领域，特别是涉及一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法及系统。

背景技术

绝缘子表面的污秽是电力系统的主要灾害之一。随着外绝缘表面污秽度的增大，绝缘水平降低，尤其在雨、雾等天气时，电力系统发生污闪事故的风险将大大增加，严重影响电网稳定运行。而支柱绝缘子防污工作与变电站、换流站安全稳定运行息息相关，积污特性观测亦是电力系统污区分级和外绝缘配置的基础工作。输电线路绝缘子的闪络一直是电网安全稳定运行亟待解决的关键问题，其中绝缘子污秽闪络(简称污闪)对电力系统具有极强破坏性。污闪通常有两大特点：一是多点同时，即在雾、露、毛毛雨等潮湿天气条件下环境相似、爬距相同的多条线路绝缘子会同时发生故障；二是重合闸不易成功而造成线路长时间接地事故。因此，污闪易引发系统失去稳定而导致大面积停电事故。

现有的污染检测与表征方法主要有等值盐密法、表面污染层电导率法、泄漏电流脉冲计数法、大泄漏电流法和绝缘子污染雷电电位梯度法。然而，传统的检测方法不能实现非接触式检测，不仅需要大量人力，而且数据采集过程危险、复杂、易受外界环境影响。因此，有必要寻找一种高效、方便、准确、非接触的方法来评价绝缘子的污染状况。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法及系统，排除了人工检测的影响，同时也能够大幅度提升光谱图像数据检测的准确性，能够快速高效地评价绝缘子的污染情况。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，提供一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法，包括如下步骤：

预先制备多根覆盖有污秽的绝缘子样品，任一绝缘子样品表面仅覆盖一种污秽；

基于高光谱成像原理，采集多个绝缘子样品的光谱图像数据，整合为光谱样本集合；

预设等级评估模型，采集待测绝缘子的光谱图像数据以及可视图像数据，并代入所述等级评估模型中，获取评估结果作为污秽等级判别结果。

作为优选地，预先制备多根覆盖有污秽的绝缘子样品时，具体包括以下步骤：

选取尺寸相同、表面完整干燥且功能正常的绝缘子；

将污秽成分分别均匀地涂抹至绝缘子表面，在未涂抹有污秽成分的部位进行序号标记，所述污秽成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氯化钠、硫酸钙、氧化钙、氧化镁和硫酸铜。

作为优选地，采集多个绝缘子样品的光谱图像数据时，具体包括以下步骤：

通过反射式太赫兹时域光谱仪对污秽成分的绝缘子进行多次检测；

取多次实验取数据的平均值，得到污秽成分的绝缘子的太赫兹光谱。

作为优选地，采集待测绝缘子的三维数以及可视图像数据后，对所述可视图像数据进行预处理操作，获取可视图像特征向量，将所述可视图像特征向量代入所述等级评估模型中。

作为优选地，获取所述可视图像数据的特征向量时，具体还包括以下步骤：

对所述可视图像数据进行数字化处理，获取可视图像数据对应的像素点数据，同时建立可视图像数据的三维图像坐标系；

基于密度聚类算法，依据像素点数据对可视图像数据进行分隔，将所述可视图像数据分隔为若干分块图像；

根据三维图像坐标系确定若干分块图像的三维坐标数据，基于所述三维坐标数据和所述像素点数据构建若干分块图像对应的可视图像特征向量。

作为优选地，所述等级评估模型具体如由以下步骤获取：

以多尺度三维卷积模块为基本单位构建绝缘子污秽成分识别模型；

初始化网络模型参数指标，设置大小合适的学习率、BatchSize，将光谱样本集合和污秽等级输入至污秽成分识别模型中进行迭代训练，获得等级评估模型。

第二方面，提供一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别系统，包括以下内容：

光谱图像数据采集模块：所述光谱图像数据采集模块用于基于高光谱成像原理，采集多个绝缘子样品和待测绝缘子的光谱图像数据；

可视图像数据采集模块：所述可视图像数据采集模块用于采集所述待测绝缘子的可视图像数据；

评估模块：所述评估模块获取所述光谱图像数据采集模块的采集数据与所述可视图像数据采集模块的采集数据，并经由内置的等级评估模型进行计算处理，输出评估结果作为污秽等级判别结果。

作为优选地，

所述光谱图像数据采集模块包括反射式太赫兹时域光谱仪，所述反射式太赫兹时域光谱仪包括太赫兹发射天线、太赫兹探测天线、反光镜、样品、硅片和抛物面镜，所述太赫兹发射天线经样品连接所述太赫兹探测天线；所述样品依次通过所述抛物面镜和所述硅片连接所述太赫兹发射天线；所述太赫兹探测天线通过所述反光镜连接所述样品。

第三方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法。

第四方面，一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法。

本发明的有益效果为：

本发明首先根据多种污秽情况，制备有多个覆盖有污秽物质的绝缘子样本，并获取有绝缘子样本的光谱图像数据，以对后续对污秽物质的种类判断起到重要作用，同时污秽物质的种类也是污秽等级的重要判断标准，此处对于待测绝缘子样本，同样采集有光谱图像数据和可视图像数据，根据待测绝缘子的光谱图像数据和可视图像数据、以及预先采集的绝缘子样子，通过预先设立的等级评估模块，通过可视图像数据排除遮挡等拍摄影响，排除了人工检测的影响，同时也能够大幅度提升光谱图像数据检测的准确性，能够快速高效地评价绝缘子的污染情况。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法的流程图；

图2为本发明提供的一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法中获取所述可视图像数据的特征向量时的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法，包括如下步骤：

预先制备多根覆盖有污秽的绝缘子样品，任一绝缘子样品表面仅覆盖一种污秽；

基于高光谱成像原理，采集多个绝缘子样品的光谱图像数据，整合为光谱样本集合；

预设等级评估模型，采集待测绝缘子的光谱图像数据以及可视图像数据，并代入所述等级评估模型中，获取评估结果作为污秽等级判别结果。

本方案中，首先根据多种污秽情况，制备有多个覆盖有污秽物质的绝缘子样本，并获取有绝缘子样本的光谱图像数据，以对后续对污秽物质的种类判断起到重要作用，同时污秽物质的种类也是污秽等级的重要判断标准，此处对于待测绝缘子样本，同样采集有光谱图像数据和可视图像数据，根据待测绝缘子的光谱图像数据和可视图像数据、以及预先采集的绝缘子样子，通过预先设立的等级评估模块，通过可视图像数据排除遮挡等拍摄影响，排除了人工检测的影响，同时也能够大幅度提升光谱图像数据检测的准确性；高光谱图像的获取方式可以是利用具有高光谱成像功能的仪器(例如：光谱成像仪等)获得，然后将得到的高光谱图像传输至检测设备中；还可以是在检测设备上安装具有高光谱成像功能的器件，由检测设备获得高光谱图像，还可以是其他是能够实现相同或相似功能的其他获取方式。

更为具体的，预先制备多根覆盖有污秽的绝缘子样品时，具体包括以下步骤：

选取尺寸相同、表面完整干燥且功能正常的绝缘子；

将污秽成分分别均匀地涂抹至绝缘子表面，在未涂抹有污秽成分的部位进行序号标记，所述污秽成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氯化钠、硫酸钙、氧化钙、氧化镁和硫酸铜。

为防止水分影响实验结果的准确性,可选择的,所述制备支柱绝缘子表面污秽成分,得到含有不同种污秽成分的支柱绝缘子样品的支柱绝缘子为表面千燥的支柱绝缘子，因为水分对太赫兹时域波有很强的的吸收,会使实验结果有很大的偏差；且为了保障检测效果，将不同种类污秽成分分别均匀地涂抹到支柱绝缘子表面时,不同种类污秽成分的质量相同,涂抹后使污秽的厚度保持一致,表面尽可能光滑,不能出现凹凸不平的现象,不同种类污秽应该烘干之后使用。

更为具体的，采集多个绝缘子样品的光谱图像数据时，具体包括以下步骤：

通过反射式太赫兹时域光谱仪对污秽成分的绝缘子进行多次检测；

取多次实验取数据的平均值，得到污秽成分的绝缘子的太赫兹光谱。

更为具体的，采集待测绝缘子的三维数以及可视图像数据后，对所述可视图像数据进行预处理操作，获取可视图像特征向量，将所述可视图像特征向量代入所述等级评估模型中。

其中，特征向量是检测设备根据对绝缘子图像进行预处理后所得到的预处理结果构建的向量，其中包含了可以反映绝缘子图像的特征的信息，例如绝缘子是否存在缺损的特征信息，绝缘子表面是否存在污秽的特征信息，绝缘子表面污秽的严重程度的特征信息等。

如图2所示，更为具体的，获取所述可视图像数据的特征向量时，具体还包括以下步骤：

对所述可视图像数据进行数字化处理，获取可视图像数据对应的像素点数据，同时建立可视图像数据的三维图像坐标系；

基于密度聚类算法，依据像素点数据对可视图像数据进行分隔，将所述可视图像数据分隔为若干分块图像；

根据三维图像坐标系确定若干分块图像的三维坐标数据，基于所述三维坐标数据和所述像素点数据构建若干分块图像对应的可视图像特征向量。

更为具体的，所述等级评估模型具体如由以下步骤获取：

以多尺度三维卷积模块为基本单位构建绝缘子污秽成分识别模型；

初始化网络模型参数指标，设置大小合适的学习率、BatchSize，将光谱样本集合和污秽等级输入至污秽成分识别模型中进行迭代训练，获得等级评估模型。

一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别系统，包括以下内容：

光谱图像数据采集模块：所述光谱图像数据采集模块用于基于高光谱成像原理，采集多个绝缘子样品和待测绝缘子的光谱图像数据；

可视图像数据采集模块：所述可视图像数据采集模块用于采集所述待测绝缘子的可视图像数据；

评估模块：所述评估模块获取所述光谱图像数据采集模块的采集数据与所述可视图像数据采集模块的采集数据，并经由内置的等级评估模型进行计算处理，输出评估结果作为污秽等级判别结果。

可以理解的是，本发明提供的一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别系统与前述各实施例提供的一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法相对应，一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别系统的相关技术特征可参考一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法的相关技术特征，在此不再赘述。

更为具体的，

所述光谱图像数据采集模块包括反射式太赫兹时域光谱仪，所述反射式太赫兹时域光谱仪包括太赫兹发射天线、太赫兹探测天线、反光镜、样品、硅片和抛物面镜，所述太赫兹发射天线经样品连接所述太赫兹探测天线；所述样品依次通过所述抛物面镜和所述硅片连接所述太赫兹发射天线；所述太赫兹探测天线通过所述反光镜连接所述样品。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法。

其中，存储器可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器可包括硬盘驱动器、软盘驱动器、固态驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器是非易失性存储器。在特定实施例中，存储器包括只读存储器(Read-OnlyMemory，简称为ROM)和随机存取存储器。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(Programable Read-Only Memory，简称为PROM)、可擦除PROM、电可擦除PROM、电可改写ROM或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器)或动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器、扩展数据输出动态随机存取存储器、同步动态随机存取内存等。

存储器可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器所执行的可能的计算机程序指令。

处理器通过读取并执行存储器中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法。

一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于光谱反射信息的绝缘子污秽等级判别方法。

所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述可读存储介质在一些实施例中可以是电子设备的内部存储单元，例如该电子设备的移动硬盘。所述可读存储介质在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储设备，例如电子设备上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡、安全数字卡、闪存卡等。可读存储介质还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。可读存储介质不仅可以用于存储安装于电子设备的应用软件及各类数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

综上所述，

本领域内的技术人员应明白，尽管已经描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性的概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围内的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求机器等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。