一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法及系统，包括以下步骤：使用无人机搭载红外热像仪获取瓷绝缘子的红外图像，选取其中近距离获取的瓷绝缘子片段红外图像作为数据集，并对数据集进行划分处理；构建改进DeepLabV3+语义分割网络，将处理后的数据集输入至改进DeepLabV3+语义分割网络中进行训练，本发明专利技术通过采用GhostNet网络中的幻象模块代替DeepLabV3+语义分割网络中的原始主干网络，减少了计算时间和参数量，提高检测的实时性，通过引入SE通道注意力模块实现通道层面对特征的加权，加入边缘优化模块，减少瓷绝缘子边缘的分割误差，提高检测的精度。提高检测的精度。提高检测的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法及系统


[0001]本专利技术涉及输电线路
，具体为一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法及系统。

技术介绍

[0002]运行中的瓷绝缘子长期受到强电场力和机械应力的作用，同时也受外界复杂环境的影响，瓷绝缘子的劣化与其绝缘体的结构有关，瓷件结构不致密、多晶体共存，使得瓷绝缘子瓷件中难免有细微的空隙。在外界因素长期无规律的作用下，会使瓷件内微孔逐渐渗透而扩展成小裂纹，进而扩大直至开裂。在强电场的作用下，劣化瓷绝缘子极易产生电击穿，以致形成零值瓷绝缘子。劣化瓷绝缘子在雨雪天气容易发生闪络，在遭受雷击后甚至引发严重的断串、掉线事故，导致大面积的区域性停电，严重威胁到电力系统的安全可靠运行。通过有效的方法及时排除电网中的劣化瓷绝缘子、保证电网的安全运行意义重大。
[0003]高压瓷绝缘子零值检测方法主要包括火花间隙法、绝缘电阻法、电压分布法、红外热像法、紫外成像法等。用红外检测技术对瓷绝缘子进行缺陷检测是一种较为成熟的带电检测技术，为了对劣化瓷绝缘子进行检测，就需要将瓷绝缘子子从复杂的红外背景中分割出来。目前，应用红外热像法开展盘形悬式瓷绝缘子零值红外检测的依据是国家电力行业标准DL∕T 2390
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2021 《盘形悬式瓷绝缘子零值红外检测方法》，其中低零值瓷绝缘子的判断准则为：相对温差为零值瓷绝缘子，相对温差为低值瓷绝缘子。由于目前应用的无人机搭载的红外热像仪的像素值不高，若把整串瓷绝缘子纳入视野，则瓷绝缘子所占像素较少且边缘受环境影响，分割后的图像会包含大量瓷绝缘子边缘的背景信息，将极大地降低瓷绝缘子红外检测的精度，造成瓷绝缘子无人机红外检测的漏判和误判。为了减少背景信息对红外检测的干扰，本专利技术提出一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法及系统。
[0004]所以，如何设计一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法及系统，成为我们当前需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是通过红外热像法更高效地识别劣化瓷绝缘子，提供一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法及系统，以解决目前瓷绝缘子红外测零准确率不高的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法，包括以下步骤：S1：使用无人机搭载红外热像仪获取瓷绝缘子的红外图像，选取其中预设距离内获取的瓷绝缘子片段红外图像作为数据集，并对数据集进行划分处理；S2：构建改进的DeepLabV3+语义分割网络，采用GhostNet 网络中的幻象模块（Ghost module）代替DeepLabV3+语义分割网络中的原始主干网络（Xception），引入SE通道注意力模块，并加入边缘优化模块（PointRend），将处理后的数据集输入至改进后的
DeepLabV3+语义分割网络中对其进行训练，得到改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统；S3：利用改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统计算出整串瓷绝缘子的温度曲线，根据整串瓷绝缘子的温度曲线特征，判断整串瓷绝缘子中是否含有零值绝缘子；S4：将改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统嵌入无人机系统，使得无人机可以精确地实时检测判断整串瓷绝缘子中的零值绝缘子。
[0007]进一步的，所述步骤S1中对数据集进行划分处理的过程为：将数据集按照特定的比例划分为训练集、测试集和验证集，将数据集导入图像特征增强模块和高斯降噪模块进行预处理，将处理后的图像制作为标签。
[0008]进一步的，所述步骤S2中，在DeepLabV3+语义分割网络的输出端加入边缘优化模块（PointRend），对分割结果进行后处理，针对物体边缘的图像分割进行优化，采用带参数的线性修正单元函数PReLU作为激活函数：，其中，为可更新的系数，为第个通道的激活函数输入值；采用焦点损失函数代替交叉熵损失函数，焦点损失函数为：，其中，为模型对该分类的正确预测概率；为超参数，用于调制难易样本权重；为焦点损失函数。
[0009]还可以引入调制正负样本权重的加权系数，其公式如下：，其中，为加权系数，随着的增大而适当减小，的取值决定了各个分类之间的加权，用于控制样本数量的不平衡。
[0010]进一步的，引入SE通道注意力模块的具体实现方法为：首先，让特征图经过转换操作，随后将特征图进行全局平均池化生成一个向量，其中各个元素数值对应每个通道，接着通过两个全连接层对上一步得到的向量进行处理，得到通道权重值，最后把生成的特征向量与特征图对应通道相乘，将得到的通道权重值赋给原来的特征图。
[0011]进一步的，针对物体边缘的图像分割进行优化，其思想是把图像分割看成一个渲染问题，是一种基于能自适应选择点的迭代细分算法分割预测，其算法步骤如下：先用轻量级的预测头产生一个粗糙的预测掩膜，接着双线性插值对粗糙的预测掩膜进行上采样,获得两倍分辨率的预测掩膜，选择不确定的点，即分布在边缘上的点，通过结合细粒度特征和粗预测特征在选定的点上构造逐点特征，其中细粒度特征是从骨干网络产生的特征图上进行提取，粗预测特征来自于轻量级的粗分割预测；使用简单的多层感知机对这些点继续预测，最终输出的是每个点的分类标签。
[0012]进一步的，所述步骤S3利用改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统计算出整串瓷绝缘子的温度曲线的具体实现方法为：长串瓷绝缘子指的是超过25个及以上瓷绝缘子的瓷绝缘子串，常用工业热像仪的机载镜头难以清晰地拍摄长串瓷绝缘子整体红外图谱，为了减少边缘环境信息的干扰，需要预设距离内拍摄瓷绝缘子串的其中一部分，把瓷绝缘子串一端的连接金具作为检测的起始点，随后连续拍摄瓷绝缘子串片段，依次检测出拍摄片
段中瓷绝缘子的温度，在检测到瓷绝缘子串另一端连接金具时关闭改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统，接着使用加权数据融合的温度曲线拼接方法，最终得出整串瓷绝缘子的温度曲线。
[0013]进一步的，所述加权数据融合的温度曲线拼接方法的具体步骤为：首先对同一串瓷绝缘子的连续分段拍摄一组图像，随后根据其图像分别生成部分串的温度曲线，再利用曲线拼接技术合成瓷绝缘子串温度曲线，其运算公式为：，，
[0014]其中，为第c片瓷绝缘子融合后的温度值，为第c片瓷绝缘子第i条温度曲线融合前的温度值，为第c片瓷绝缘子第i条曲线融合前的温度值的加权系数，可根据像素清晰度调整，为温度曲线总条数。
[0015]一种长串瓷绝缘子无人机实时测零系统，包括：获取模块，使用无人机搭载红外热像仪获取瓷绝缘子的红外图像，选取其中预设距离内获取的瓷绝缘子片段红外图像作为数据集，并对数据集进行划分处理；构建模块，构建改进DeepLabV3+语义分割网络，采用GhostNet 网络中的幻象模块代替DeepLabV3+语义分割网络中的原始主干网络，引入SE通道注意力模块，并加入边缘优化模块，将处理后的数据集输入至改进DeepLabV3+语义分割网络中进行训练，得到改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统；检测模块，利用改进DeepLabV3+网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：使用无人机搭载红外热像仪获取瓷绝缘子的红外图像，选取其中预设距离内获取的瓷绝缘子片段红外图像作为数据集，并对数据集进行划分处理；S2：构建改进DeepLabV3+语义分割网络，采用GhostNet 网络中的幻象模块代替DeepLabV3+语义分割网络中的原始主干网络，引入SE通道注意力模块，并加入边缘优化模块，将处理后的数据集输入至改进DeepLabV3+语义分割网络中对其进行训练，得到改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统；S3：利用改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统计算出整串瓷绝缘子的温度曲线，根据整串瓷绝缘子的温度曲线特征，判断整串瓷绝缘子中是否含有零值绝缘子；S4：将改进DeepLabV3+网络零值绝缘子检测系统嵌入无人机系统，使得无人机实时检测判断整串瓷绝缘子中的零值绝缘子。2.根据权利要求1所述的一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法，其特征在于：所述步骤S1中对数据集进行划分处理的过程为：将数据集按照特定的比例划分为训练集、测试集和验证集，将数据集导入图像特征增强模块和高斯降噪模块进行预处理，将处理后的图像制作为标签。3.根据权利要求1所述的一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法，其特征在于：所述步骤S2中，在DeepLabV3+语义分割网络的输出端加入边缘优化模块，对分割结果进行后处理，针对物体边缘的图像分割进行优化，采用带参数的线性修正单元函数PReLU作为激活函数，采用焦点损失函数代替交叉熵损失函数。4.根据权利要求3所述的一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法，其特征在于：引入SE通道注意力模块的具体实现方法为：首先，让特征图经过转换操作，随后将特征图进行全局平均池化生成一个向量，其中各个元素数值对应每个通道，接着通过两个全连接层对上一步得到的向量进行处理，得到通道权重值，最后把生成的特征向量与特征图对应通道相乘，将得到的通道权重值赋给原来的特征图。5.根据权利要求3所述的一种长串瓷绝缘子无人机实时测零方法，其特征在于：针对物体边缘的图像分割进行优化的步骤为：先用轻量级的预测头产生一个粗糙的预测掩膜，接着双线性插值对粗糙的预测掩膜进行上采样,获得两倍分辨率的预测掩膜，选择不确定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李唐兵，况燕军，黄坤坤，曾磊磊，
申请(专利权)人：国家电网有限公司南昌大学南昌科晨电力试验研究有限公司，
类型：发明
国别省市：