一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法，以理论计算或仿真的输电线路空间磁场强度归一化后作为全局矩阵数组M，以实际测量的输电线路垂直剖面空间磁场强度归一化后作为局部矩阵数组N，在空间电磁场域中采用金字塔模板匹配方法，实现了无人机相对于输电线路的空间方位快速识别，解决了气候环境多变及复杂背景下的输电线路识别难题，为实现无人机沿线自主巡检奠定基础。无人机沿线自主巡检奠定基础。无人机沿线自主巡检奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法


[0001]本专利技术属于无人机输电线路自主巡检
，具体涉及一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法。

技术介绍

[0002]随着输电线路逐年增加，线路巡检任务重、劳动强度大，无人机电力巡检取代传统人工巡检已成为必然趋势。无人机电力巡检的目标主要包括输电线、输电杆塔及其附件等。其中，针对输电杆塔及其附件，通过固定航迹已经实现无人机的自主巡检。而对于输电线，由于其弧垂度受到气候、环境温度等因素的影响较大，无法通过固定无人机航迹实现巡检，需要实时调整其巡检轨迹，实现无人机的自主巡航。目前实时、高效、准确的输电线路识别方法已成为制约无人机实现电力巡检的主要因素。
[0003]现有的输电线路识别方法主要包括图像识别方法和基于电场分布特征的识别方法。基于图像识别的输电线路识别方法，由于背景环境复杂多变，输电线细小，易受到树木、道路、河流及杆塔架构等类似直线的背景干扰，在实际应用中识别错误率高，特别是过塔时易导致巡检丢线。而基于电场分布特征的识别方法，会因为无人机及机载的导电设备改变电场分布，导致输电线路识别准确性较低。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法，实现了无人机相对于输电线路的空间方位快速识别，解决了气候环境多变及复杂背景下的输电线路识别难题，为实现无人机沿线自主巡检奠定基础。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法，以理论计算或仿真的输电线路空间磁场强度归一化后作为全局矩阵数组M，以实际测量的输电线路垂直剖面空间磁场强度归一化后作为局部矩阵数组N，采用模板匹配方法将测量的局部矩阵数组N匹配到全局矩阵数组M，通过已知的全局矩阵数组M反推出局部矩阵数组N的空间位置，实现输电线路的有效识别。
[0007]进一步地，适用于高压直流输电及高压交流输电；在交流输电时，输电线周围的空间磁场分布采用以20ms为周期的磁场强度有效值进行等效。
[0008]进一步地，所述的全局矩阵数组M是以输电线路为中心，20m内的空间磁场强度归一化后的矩阵。
[0009]进一步地，所述的局部矩阵数组N，是由无人机搭载电磁传感矩阵在安全区域内测量的空间磁场强度归一化后的矩阵，单个传感器的测量精度不低于0.05μT。
[0010]进一步地，所述归一化的公式为：
[0011][0012]其中，X
max
为最大样本值，X
min
为最小样本值，X为原始样本值，X
*
为归一化后的样本值。
[0013]进一步地，所述的模板匹配方法采用金字塔模板匹配方法，根据实际测量的空间磁场范围设置金字塔层数n，采用均值滤波算法，选择归一化相关系数作为相似性度量准则。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术基于磁场分布特征识别输电线，避免了复杂的图像识别算法带来的功耗大、实时性差及过塔丢线等缺陷，且磁场是载流导体的固有属性，无人机搭载的金属设备不会改变输电线的空间磁场分布。
[0015]本专利技术引入了图像识别中的模板匹配思想，以理论计算或仿真的输电线路空间磁场强度归一化后作为全局矩阵数组M，以实际测量的输电线路垂直剖面空间磁场强度归一化后作为局部矩阵数组N，在空间电磁场域中采用金字塔模板匹配方法，实现了无人机相对于输电线路的空间方位快速识别，解决了气候环境多变及复杂背景下的输电线路识别难题，为实现无人机沿线自主巡检奠定基础。
附图说明
[0016]图1为
±
500kV直流双回路空间电磁场分布M1及电磁传感矩阵测量区域N1对应的空间区域示意图。
[0017]图2为500kV交流双回路空间电磁场分布M2及电磁传感矩阵测量区域N2对应的空间区域示意图。
[0018]图3为电磁传感矩阵的布局示意图。
[0019]图4为金字塔模板匹配方法的各个层示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]本专利技术的一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法，以理论计算或仿真的输电线路空间磁场强度归一化后作为全局矩阵数组M，以实际测量的输电线路垂直剖面空间磁场强度归一化后作为局部矩阵数组N，采用模板匹配方法将测量的局部矩阵数组N匹配到全局矩阵数组M，通过已知的全局矩阵数组M反推出局部矩阵数组N的空间位置，实现输电线路的有效识别。所述的模板匹配方法，采用金字塔模板匹配方法，根据实际测量的空间磁场范围设置金字塔层数n，采用均值滤波算法，选择归一化相关系数作为相似性度量准则。本专利技术适用于高压直流输电及高压交流输电。在交流输电时，输电线周围的空间磁场分布采用以20ms为周期的磁场强度有效值进行等效。
[0022]所述的全局矩阵数组M是以输电线路为中心，20m内的空间磁场强度归一化后的矩阵。
[0023]所述的局部矩阵数组N，是由无人机搭载电磁传感矩阵在安全区域内测量的空间磁场强度归一化后的矩阵，单个传感器的测量精度不低于0.05μT。
[0024]以直流回路以
±
500kV直流双回路为例，以待巡检输电线为中心，根据仿真分析20m范围的空间电磁场分布，其空间磁场强度分布全局矩阵归一化处理后为M1，对应的空间区域如图1所示。
[0025]以交流回路以500kV交流双回路为例，以待巡视输电线为中心，根据仿真分析20m范围的空间电磁场分布。由于交流电流其磁场强度是变化的，因此根据交流50Hz的频率，取其20ms的有效值，交流回路以500kV交流双回路空间磁场强度分布全局矩阵归一化处理后为M2，对应的空间区域如图2所示。
[0026]电磁传感矩阵的布局如图3所示，用电磁传感矩阵测量距离输电线超过安全距离，且垂直于输电线的10cm*20cm的空间磁场分布强度，单个传感器的测量精度不低于0.05μT。电磁传感矩阵的大小可根据实际工程情况进行调整，测量所得的
±
500kV直流双回路的局部矩阵归一化为N1，对应的空间区域如图1所示。测量所得的500kV交流双回路有效值的局部矩阵归一化为N2，对应的空间区域如图2所示。
[0027]由于实际工程应用中磁场强度会随着输电线中电流的变化而变化，为了避免电流变化影响输电线路识别的有效性，使本专利技术的方法更适用于实际工程应用，需要对磁场的全局矩阵和局部矩阵进行归一化。根据磁场强度和电流的关系，选择离差标准化，保留原数据之间存在的关系，对原始数据进行线性变换，使结果映射在[0～1]之间。归一化公式为：
[0028][0029]其中，X
max
为最大样本值，X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法，其特征在于：以理论计算或仿真的输电线路空间磁场强度归一化后作为全局矩阵数组M，以实际测量的输电线路垂直剖面空间磁场强度归一化后作为局部矩阵数组N，采用模板匹配方法将测量的局部矩阵数组N匹配到全局矩阵数组M，通过已知的全局矩阵数组M反推出局部矩阵数组N的空间位置，实现输电线路的有效识别。2.根据权利要求1所述的一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法，其特征在于：适用于高压直流输电及高压交流输电；在交流输电时，输电线周围的空间磁场分布采用以20ms为周期的磁场强度有效值进行等效。3.根据权利要求1所述的一种基于磁场分布特征的输电线路识别方法，其特征在于：所述的全局矩阵数组M是以输电线路为中心，20m内的空间磁场强度归一化后的矩阵。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀青，陈晓娇，何诗英，黄连生，林世忠，汪胜和，陈庆涛，许家文，王泽京，李令鹏，窦盛，王振尚，
申请(专利权)人：安徽送变电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：