基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法技术

本发明专利技术公开基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法，该方法利用高频传感器实现对输电线路的高频信号采集，从振动信号中提取高频特征，通过分析信号波形特性，并通过傅里叶变换分析提取反映输电线路腐蚀的高频振动信号特征参数，建立腐蚀特征参数模型和输电线路腐蚀识别模型，准确地识别输电线路腐蚀的严重程度，实现对输电线路腐蚀隐患的检测、评估和预警。与传统的输电线路腐蚀检测方法相比，该方法具有检测速度快、检测准确度高、无需停电等优点，可以实现对输电线路的在线实时监测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法


[0001]本专利技术涉及输电线路检测
，特别涉及一种基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法。

技术介绍

[0002]输电线路腐蚀问题是电力系统中常见的难题之一。腐蚀程度的严重程度会对输电线路的安全运行和寿命产生重要影响，因此，开发一种快速准确的输电线路腐蚀检测方法对于电力系统的安全稳定运行至关重要。然而，传统的输电线路腐蚀检测方法，如目视检查、化学分析、金相分析等方法存在着许多局限性，例如检测效率低、准确性差、需要停电等问题，不能满足现代电力系统的要求。如现有的输电线路腐蚀检测方法，检测效率低、准确性差，难以判断输电线路是否受到腐蚀，且检测过程中往往需要停电，化学分析的方式通常耗时耗力，且为接触式的检测，给线路带来了一定的干扰和风险。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法，能够解决现有技术的输电线路腐蚀检测方法存在的检测效率低、准确性差的问题。
[0004]具体技术方案如下：
[0005]一种基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1、使用传感器从输电线路收集高频振动信号；
[0007]步骤S2、从振动信号中提取高频特征；
[0008]步骤S3、选择特征，其包括有：
[0009]计算每个特征与传输线路腐蚀水平之间的相关性，计算公式如下：
[0010][0011]其中，x表示输电线路的振动信号，y表示腐蚀程度相关的特征，r
xy
表示x与y之间的相关系数，n表示样本数目，x
i
与y
i
分别表示样本中第i个数据点的x和y的取值，与分别表示x和y的均值；
[0012]通过计算所有特征之间的相关矩阵并删除具有高相关性的特征来消除冗余特征，计算公式如下：
[0013][0014]其中，ρ
i,j
表示第i个特征和第j个特征之间的皮尔逊相关系数，cov(x
i
,x
j
)表示第i
个特征和第j个特征的协方差，表示第i个特征的标准差，μ
i
表示第i个特征的平均值；表示第j个特征的标准差，μ
j
表示第j个特征的平均值；x
i
与y
i
分别表示样本中第i个数据点的x和y的取值；x
j
与y
j
分别表示样本中第j个数据点的x和y的取值；计算出所有特征两两之间的相关系数后，即可组成相关矩阵；
[0015]应用特征选择算法来选择有助于腐蚀检测精度的最相关特征；
[0016]步骤S4、建立模型；
[0017]步骤S5、把腐蚀程度分级，经过模型训练和测试后得到一个能够判断输电线路腐蚀程度的模型，设定一个阈值，如果测试结果显示输电线路腐蚀程度超过阈值，则生成警报或通知，以实现输电线路腐蚀检测。
[0018]进一步地，所述使用传感器从输电线路收集高频振动信号包括有信号采集和高频信号预处理；所述信号采集为采集输电线路的高频振动信号，并将信号传输到数据采集系统；所述高频信号预处理为对采集到的高频信号进行滤波、去噪预处理。
[0019]进一步地，所述高频信号预处理包括：
[0020]1)采用数字高通滤波，将采集到的数字信号输入到数字高通滤波器中，进行滤波处理，具体包括：确定数字高通滤波器的截止频率和滤波器类型，将数字高通滤波器表示为一个差分方程，对于一阶高通滤波器，其差分方程表示为：
[0021]y[n]＝b0*x[n]+b1*x[n
‑
1]+b2*x[n
‑
2]+...
‑
a1*y[n
‑
1]‑
a2*y[n
‑
2]‑
...
[0022]其中，y[n]表示输出信号的当前样本，x[n]表示输入信号的当前样本，系数b0,b1,b2,...为输入信号的加权系数，a1,a2,...为输出信号的加权系数；使用该差分方程，以通过递推方式计算输出信号的每个样本，如下：
[0023]S11、初始化滤波器状态，将输入和输出信号的初始状态设置为零，即x[n]＝0，y[n]＝0；
[0024]S12、递推计算输出信号，对于每个输入信号的样本x[n]，根据差分方程进行计算得到对应的输出信号样本y[n]；然后更新输入和输出信号的状态，即将当前样本存储为下一次计算的前一个样本，以便下一次迭代时使用；
[0025]S13、重复S12直到处理完所有的输入信号样本，通过递推计算，依次处理输入信号的每个样本，即可实现数字高通滤波器的直接实现。
[0026]2)对信号进行降噪处理，采用小波去噪，包括：选取合适的小波基函数；对原始信号进行小波分解；对每个小波分量进行阈值处理；对处理后的小波分量进行重构。
[0027]进一步地，步骤S2中所述从振动信号中提取高频特征为采用傅里叶变换时频分析对信号进行高频特征提取，获取与输电线路腐蚀相关的特征参数，包括：
[0028]1)时域特征提取：在时域中，选用的特征包括均值、方差、标准差、峰值、峰值，以通过上述特征描述信号的幅度、波形、峰值和起伏特点；
[0029]2)频域特征提取：在频域中，通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，进而提取频域特征；选用的频域特征包括功率谱密度、频率、频带宽度、频率峰值、能量，以通过上述特征来描述信号在不同频率下的特征。
[0030]进一步地，所述建立模型，包括使用支持向量机(SVM)来建立分类模型，将前序选择的特征作为模型的输入特征，将输电线路腐蚀程度作为模型的输出结果，通过训练得到的模型来对输电线路进行腐蚀检测。
[0031]进一步地，SVM模型的建立包括训练和预测两阶段；
[0032]在训练阶段，根据已有的样本数据，使用SVM算法来寻找最优分割超平面，并确定超平面的参数；
[0033]在预测阶段，将测试样本映射到高维空间，使用训练得到的最优超平面对其进行分类。
[0034]进一步地，具体的模型建立步骤包括：
[0035]S41、数据准备和预处理：收集和整理带有标签的训练数据集，并确保每个样本都有对应的特征向量和类别标签；对特征进行选择，进行必要的数据预处理操作，以确保特征在相同的尺度上；
[0036]S42、划分数据集：将数据集划分为训练集和测试集，采用随机划分或交叉验证方法,训练集用于训练SVM模型的参数，测试集用于评估模型的性能和泛化能力；
[0037]S43、模型训练：调用SVM库或工具来建立SVM模型，在SVM模型中选择高斯径向基函数作为核函数；设置正则化参数C；设置高斯核函数的带宽参数，也称为gamma值；
[0038]S44、参数调优：使用交叉验证方法进行参数调优，以选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、使用传感器从输电线路收集高频振动信号；步骤S2、从振动信号中提取高频特征；步骤S3、选择特征，其包括有：计算每个特征与传输线路腐蚀水平之间的相关性，计算公式如下：其中，x表示输电线路的振动信号，y表示腐蚀程度相关的特征，r
xy
表示x与y之间的相关系数，n表示样本数目，x
i
与y
i
分别表示样本中第i个数据点的x和y的取值，与分别表示x和y的均值；通过计算所有特征之间的相关矩阵并删除具有高相关性的特征来消除冗余特征，计算公式如下：其中，ρ
i,j
表示第i个特征和第j个特征之间的皮尔逊相关系数，cov(x
i
,x
j
)表示第i个特征和第j个特征的协方差，表示第i个特征的标准差，μ
i
表示第i个特征的平均值；表示第j个特征的标准差，μ
j
表示第j个特征的平均值；x
i
与y
i
分别表示样本中第i个数据点的x和y的取值；x
j
与y
j
分别表示样本中第j个数据点的x和y的取值；计算出所有特征两两之间的相关系数后，即可组成相关矩阵；应用特征选择算法来选择有助于腐蚀检测精度的最相关特征；步骤S4、建立模型；步骤S5、把腐蚀程度分级，经过模型训练和测试后得到一个能够判断输电线路腐蚀程度的模型，设定一个阈值，如果测试结果显示输电线路腐蚀程度超过阈值，则生成警报或通知，以实现输电线路腐蚀检测。2.根据权利要求1所述的基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法，其特征在于，所述使用传感器从输电线路收集高频振动信号包括有信号采集和高频信号预处理；所述信号采集为采集输电线路的高频振动信号，并将信号传输到数据采集系统；所述高频信号预处理为对采集到的高频信号进行滤波、去噪预处理。3.根据权利要求2所述的基于振动信号高频特征分析的输电线路腐蚀检测方法，其特征在于，所述高频信号预处理包括：1)采用数字高通滤波，将采集到的数字信号输入到数字高通滤波器中，进行滤波处理，具体包括：确定数字高通滤波器的截止频率和滤波器类型，将数字高通滤波器表示为一个差分方程，对于一阶高通滤波器，其差分方程表示为：y[n]＝b0*x[n]+b1*x[n
‑
1]+b2*x[n
‑
2]+...
‑
a1*y[n
‑
1]
‑
a2*y[n
‑
2]
‑
...其中，y[n]表示输出信号的当前样本，x[n]表示输入信号的当前样本，系数b0,b1,
b2,...为输入信号的加权系数，a1,a2,...为输出信号的加权系数；使用该差分方程，以通过递推方式计算输出信号的每个样本，如下：S11、初始化滤波器状态，将输入和输出信号的初始状态设置为零，即x[n]＝0，y[n]＝0；S12、递推计算输出信号，对于每个输入信号的样本x[n]，根据差分方程进行计算得到对应的输出信号样本y[n]；然后更新输入和输出信号的状态，即将当前样本存储为下一次计算的前一个样本，以便下一次迭代时使用；S13、重复S12直到处理完所有的输入信号样本，通过递推计算，依次处理输入信号的每个样本，即可实现数字高通滤波器的直接实现。2)对信号进行降噪处理，采用小波去噪，包括：选取合适的小波基函数；对原始信号进行小波分解；对每个小波分量进行阈值处理；对处理后的小波...

【专利技术属性】
技术研发人员：俸波，夏小飞，徐文平，张炜，黎大健，卢胜标，陈绍南，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：