绝缘子污秽成分高光谱识别方法技术

本发明专利技术公开了一种绝缘子污秽成分高光谱识别方法，方法包括以下步骤：绝缘子人工污秽模拟检测；获取不同样品的高光谱图像，选取第一类污秽区域作为感性区域ROI，以感性区域ROI反射率光谱为输入量主成分分析，计算前三主成分的载荷因子，代入样品集光谱，计算得到前三主成分得分并构造得到不同污秽成分的三维分布特征空间；获取待测样品高光谱图像以提取样品表面光谱，分别代入不同污秽成分的主成分得分计算公式，得到待测样品前三主成分得分；分别对待测样品前三主成分得分和三维分布特征空间聚类分析，根据聚类结果实现污秽成分识别。

Hyperspectral identification of polluted components in insulators

【技术实现步骤摘要】
绝缘子污秽成分高光谱识别方法
本专利技术属于电力设备在线监测
，特别是一种绝缘子污秽成分高光谱识别方法。
技术介绍
绝缘子在高压输配电线路的机械支撑和电气隔离中起着至关重要的作用，初始状态下绝缘子具有优秀的耐污性能，但由于长期受到自然环境、机械应力的老化作用其耐污性能将显著下降，进而造成污秽闪络，严重危害电网安全。研究表明，污闪电压不仅与污秽程度相关，更与污秽成分有着显著关系，因此实现绝缘子表面污秽成分的有效识别具有重要意义。现有的污秽成分分析手段均为离线检测，通过人工登上杆塔取下缘子表面污秽样品后在实验室里通过物质分析设备(如XRD，EDS等)进行离子检测，并通过离子配对的方式推测化合物成分，此类方法操作复杂并且丢失了污秽分布关键信息。为了保留污秽分布信息，部分研究人员将绝缘子从运行状态退出后整体带回实验室进行分析，通过提取绝缘子上不同区域的污秽样品进行分析进而保留污秽分布特性，但该类方法由于需要整体取回绝缘子，可操作性不强且运输成本较高，因此通常选取绝缘子样品数量较少，难以反映地域范围内绝缘子污秽状态。综上所述，现阶段绝缘子污秽成分分析手段开展条件复杂，缺乏应用于实际工况下带电检测的有效手段。基于此现状，本专利技术提出了一种基于主成分分析和空间聚类的绝缘子污秽成分高光谱识别方法，能够通过高光谱相机进行非接触式污秽状态信息采集，再配合本专利技术污秽成分识别方法实现污秽成分的带电检测。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种绝缘子污秽成分高光谱识别方法，能够通过高光谱相机进行非接触式污秽状态信息采集，实现污秽成分的高效识别，解决了现阶段绝缘子污秽成分分析手段开展条件复杂，缺乏应用于实际工况下能大范围检测的有效手段的缺陷。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种绝缘子污秽成分高光谱识别方法包括以下步骤：第一步骤中，绝缘子人工污秽模拟检测，其中，以高温硫化硅橡胶片为基底材料，选取污秽成分物质作为检测对象，在基底材料表面定量涂刷污秽成分物质，根据不同成分分为m类样品，每类样品数量为n个的样品集；第二步骤中，获取不同样品的高光谱图像，选取第一类污秽区域作为感性区域ROI，以感性区域ROI反射率光谱为输入量主成分分析，计算前三主成分的载荷因子，代入样品集光谱其中，tnj表示的第N个样品的第J个波段下的反射率值，计算得到前三主成分得分并构造得到不同污秽成分的三维分布特征空间j为波段数，n为样品数，PCn1至PCn3分别表示第n个样品的前三个主成分的得分，其余类别污秽样品按照相同步骤进行，构建m个三维分布特征空间，，其中，主成分得分公式：每个样品得到x＝[PC1PC2PC3]，n个样品构造得到特征空间相同方法得到m个特征空间，其中，K为载荷因子向量，t为不同波段下反射率强度；；第三步骤中，获取待测样品高光谱图像以提取样品表面光谱，分别代入不同污秽成分的主成分得分计算公式，得到待测样品前三主成分得分x＝[PC1PC2PC3]；第四步骤中，分别对待测样品前三主成分得分x＝[PC1PC2PC3]和三维分布特征空间聚类分析，根据聚类结果实现污秽成分识别。所述的方法中，第一步骤中，在基底材料表面定量涂刷污秽成分物质中，得到单位面积下污秽成分质量，根据基底材料面积，计算各污秽成分质量，基于蒸馏水与污秽成分搅拌后均匀涂刷在样品表面。所述的方法中，第二步骤中，经由黑白校正和滤波平滑获取不同样品的高光谱图像。所述的方法中，第二步骤中，采集反射率为99％的标准聚四氟乙烯白板作为白色标定图像，然后关闭反射率为0％的镜头盖采集暗校正图像，采集到的高光谱数据的反射率校正通过黑白校正实现，校正公式为其中，I为校正后高光谱图像反射率，I0为校正前高光谱图像反射率，B为全黑校正图像反射率，W为全白校正图像反射率。所述的方法中，滤波平滑包括傅里叶变换、卷积滤波、数学形态学滤波或Savitzky-Golay平滑。所述的方法中，第二步骤中，主成分分析采用协方差矩阵或相关系数矩阵作为变换矩阵对原始光谱数据进行数据降维，按照变换矩阵特征值大小选取PC1，PC2，PC3，其特征值为λ1，λ2，λ3，对应的特征向量为每类样品的载荷因子向量kij计算公式如下：j为波段数。所述的方法中，第三步骤中，待测样品主成分得分中，提取待测样品光谱T′待测＝[t′1，…，t′j]，分别用对应于m类物质的主成分得分公式计算主成分得分xm＝[PC′1PC′2PC′3]。所述的方法中，第四步骤中，根据聚类结果实现污秽成分识别中，计算xm＝[PC1PC2PC3]与之间的欧氏距离之和：与样品空间欧式距离之和最小的min(S1，…，Sm)的样品成分为污秽类别。所述的方法中，污秽成分包括NaCl、CaSO4、SiO2、CuSO4、CaCl2或Fe2O3。和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术能解决了现阶段绝缘子污秽成分分析手段开展条件复杂，缺乏应用于实际工况下能大范围检测的有效手段的缺陷，通过高光谱相机进行非接触式污秽状态信息采集，再配合本专利技术污秽成分识别方法实现污秽成分的高效识别，能够实现绝缘子表面污秽成分的非接触式检测，具备开展实际工况现场带电巡检的能力；能够有效保留污秽成分在绝缘子表面分布特性；能够有效实现污秽成分的识别，有效避免因为污秽成分不同造成的输电线路污秽闪络事故。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术一个实施例的绝缘子污秽成分高光谱识别方法的流程示意图；图2是本专利技术一个实施例的八类污秽成分特征空间分布图。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图1至图2更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘子污秽成分高光谱识别方法，所述方法包括以下步骤：/n第一步骤(S1)中，绝缘子人工污秽模拟检测，其中，以高温硫化硅橡胶片为基底材料，选取污秽成分物质作为检测对象，在基底材料表面定量涂刷污秽成分物质，根据不同成分分为m类样品，每类样品数量为n个的样品集；/n第二步骤(S2)中，获取不同样品的高光谱图像，选取第一类污秽区域作为感性区域ROI，以感性区域ROI反射率光谱为输入量主成分分析，计算前三主成分的载荷因子，代入样品集光谱

【技术特征摘要】
1.一种绝缘子污秽成分高光谱识别方法，所述方法包括以下步骤：
第一步骤(S1)中，绝缘子人工污秽模拟检测，其中，以高温硫化硅橡胶片为基底材料，选取污秽成分物质作为检测对象，在基底材料表面定量涂刷污秽成分物质，根据不同成分分为m类样品，每类样品数量为n个的样品集；
第二步骤(S2)中，获取不同样品的高光谱图像，选取第一类污秽区域作为感性区域ROI，以感性区域ROI反射率光谱为输入量主成分分析，计算前三主成分的载荷因子，代入样品集光谱其中，tnj表示的第N个样品的第J个波段下的反射率值，计算得到前三主成分得分并构造得到不同污秽成分的三维分布特征空间j为波段数，n为样品数，PCn1至PCn3分别表示第n个样品的前三个主成分的得分，其余类别污秽样品按照相同步骤进行，构建m个三维分布特征空间，，其中，主成分得分公式：每个样品得到x＝[PC1PC2PC3]，n个样品构造得到特征空间相同方法得到m个特征空间，其中，K为载荷因子向量，t为不同波段下反射率强度；
第三步骤(S3)中，获取待测样品高光谱图像以提取样品表面光谱，分别代入不同污秽成分的主成分得分计算公式，得到待测样品前三主成分得分x＝[PC1PC2PC3]；
第四步骤(S4)中，分别对待测样品前三主成分得分x＝[PC1PC2PC3]和三维分布特征空间聚类分析，根据聚类结果实现污秽成分识别。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，第一步骤(S1)中，在基底材料表面定量涂刷污秽成分物质中，得到单位面积下污秽成分质量，根据基底材料面积，计算各污秽成分质量，基于蒸馏水与污秽成分搅拌后均匀涂刷在样品表面。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤(S2)中，经由黑白校正和滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：任明，夏昌杰，王彬，董明，徐广昊，谢佳成，张崇兴，王思云，段然，郭晨希，马馨逸，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61