【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输电线路绝缘子性能检测的一种输电线路憎水性自动检测装置，尤其是自动识别输电线路憎水性的机载检测系统。
技术介绍
0、技术背景
1、随着电力事业的不断发展，输电网规模越来越大，设备越来越多，而且80％以上位于远离城镇、远离交通干线、人烟稀少的高山大岭地区，且线路规模大、运检难度大、质量要求高，需要维护的线路占全部线路比重高达20％以上，促使巡视的工作量也不断的增加。现有输电线路运检人员的年均增长率不足5％，缺员高达35％，且输电线路检测中错综复杂的线路以及水凝泵车等干扰都会对检测工作带来阻碍，使得运行人员工作负荷越来越重。因此传统人工巡检模式存在巡检效果差、工作效率低、人工成本高，已经不能适应输电线路精益化运检工作的要求。随着线路资产规模日益庞大，线路位于跨越湖泊湿地，高山大岭地区巡视工作极难到位，电路巡视中输电杆塔检测工作风险性比较高，传统人工检测时需要借助工具攀登电杆塔稍有不慎可能导致意外，仅仅依靠传统的人工巡视已不能满足输电线路运维的要求。现如今，随着我国电力建设的快速发展，输电线路资产规模增长迅速，不少地区所使用的巡检手段依然是人工检查，这根本无法满足现在电力事业快速发展的需求。为了保证可靠的电力供应，必须对输电线路巡视，及时发现缺陷和隐患并予以消除，确保输电线路安全稳定运行，而无人机逐渐从军事领域扩展到其他领域，开始广泛应用于输电线路的巡查和架设线路。
2、由于在输电线路运行中的复合绝缘子受电晕放电、紫外照射、潮湿环境、酸雨酸雾，污秽潮湿、放电、低温等因素的影响，构成复合绝缘子伞裙的
3、憎水性检测根据技术手段的不同又分为喷水分级法(即hc分级法)、静态接触角法、表面张力法、接触角法和动态滴水法等。其中，喷水分级法将绝缘子表面憎水性分为hc1-hc7七个等级，hc1级对应憎水性最好的状态，hc7则对应完全亲水性的表面。喷水分级法虽然操作简单、方便快捷，但这种方法的喷水分级法受人为的主观性影响较大，检测结果由于操作人员的不同而出现一定的差异性。传统喷水分级法通常采用手持式喷雾器，由检修人员通过搭载云梯或攀爬杆塔靠近待测绝缘子进行喷水作业，通过观察水滴在绝缘子伞裙表面的分布情况，对比分级判据和标准，得到绝缘子表面的憎水性状态。这种方式实施成本低、操作简单，但主观依赖性强、安全性差、效率低，操作中需要将绝缘子从输电线路上取下，耗费了大力、物力和时间。静态接触角法只能在实验室条件下进行检测，对实验环境的要求比较严格。表面张力法采用的液体对人体有害，限制了其在绝缘子憎水性等级评判中的应用。接触角法和动态滴水法测量精度高，但对测试环境的要求苛刻，不适用于工程现场测量。为了使检测结果更加客观准确，国内外一些学者已将数字图像处理技术和人工智能技术应用到复合绝缘子憎水性等级识别中。由于水滴分布图像可以理解为由不同的封闭区域组成，即一个一个离散分部的水滴，这些水滴涵盖的区域在统计学上满足某种一致性准则。区别这些封闭区域之间的分界线体现了重要的景物结构，也就是不同的水滴分布结构，这些分界线在图像中也表现为强度的非连续性，由于存在其他噪声源，使得被处理的图像信号相当复杂。
4、当前电网规模不断发展，对于输变电设备巡检要求也越来越高，对输变电设备巡检的效益、质量、安全等方面的要求也越来越高。现在的复合绝缘子憎水性智能检测判别方法主要有采用自适应滤波处理图像技术、图像分割技术，以及采用改进的形状因子法、采用支持向量机(svm)决策树、采用k-近邻法等。目前，对绝缘子憎水性检测的研究集中在两个部分：憎水性图像的滤波和憎水性图像的分割。根据相关研究结果表明，由于复合绝缘子的表面的背景图像较为复杂，以及水珠的透明性导致背景与目标的灰度值差比较小，加之水对光的反射会使得向光一侧的边缘非常模糊等原因，导致传统的数字滤波技术和图像分割技术应用效果欠佳。虽然上述形状因子法、用支持向量机svm决策树、k-近邻法等方法能够在一定程度上有效地克服人的主观性判定结果的影响，但自身也存在一定的不足。例如改进的形状因子法利用最大水珠的形状因子和最大水珠与整幅图像的面积比作为特征量，通过对量憎水性图像进行统计分析，得出了憎水性等级和这2个特征值之间的量化关系，但实际中，这两个特征值和憎水性等级之间呈现出非常杂的非线性关系。此方法给出的量化关系并不能涵盖所有的绝缘子；而且在绝缘子憎水性图像的捕获过程中会不可避免地染噪，当噪声较强时，直接进行图像的直方图均衡化，将导致噪声随之放大。同时又要抑制其他不相干的噪声。由于存在其他噪声源，使得被处理的图像信号相当复杂。单一的均衡方法无法增强较暗的水珠。svm决策树对大规模的训练样本难以实施；k-近邻法的精度和计算效率受k值影响较大，暂未形成自动检测的憎水性分级体系。
5、输电线路本身具有复杂性，巡视环境也具有一定复杂性，在特定情况下，尤其是条件比较恶劣的情况下，影响绝缘子憎水性判定的因素很多，迄今为止仍然没有找到可以完全表征绝缘子憎水性的特征参数，也未探索出诸如温湿度、水珠大小、水珠形状等因素与绝缘子的憎水性之间的定量关系。因此，有部分研究引入图像处理技术和bp神经网络，采用同态滤波和直方图均衡对绝缘子憎水性图像进行增强预处理。在图像预处理算法中需加入光照不背景消除方法，并利用彩色图像饱和度增强及直方图均衡化算法，减弱复合绝缘子背景图层、增强水珠图层，借以获取水珠实际尺寸，分离水珠，才能已达到图像对比度增强效果；然后采用改进的canny算子和数学形态学对图像进行较为准确的分割，并提取了4个可以反映绝缘子憎水性等级的特征量，这4个特征量作为bp神经网络的输入量以识别绝缘子憎水性等级。上述方法中所得出的憎水性等级均来自图像本身的像素参数，无法得出实际尺寸这一参量。
6、近年来，随着电子技术和计算机技术的发展，喷水装置逐渐完成了从机械按压式向电子驱动式的转换，加之合理的绝缘设计，在一定程度提高了检测的安全性和自动化水平，但仍离不开人工登高的作业模式。部分地区采用固定式自动喷水装置，结合相机监视和远程遥控实现工作人员和检测区域的隔离，但这种方式需对每个测试点单独安装检测设备，复合绝缘子检测时，只能离线监测，但成本较高或由作业人员携带设备登塔在线检测但风险较大的问题，显然无法满足实际需求。在进行杆塔巡检时主要是对绝缘子与导地线和杆塔的连接部位以及各类金属部件等进行检测，然而在实际操作过程中，操作人员一般是控制无本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，包括：产生雾状喷水效果的喷嘴，从水箱水槽中抽水的微型电泵，与地面控制设备进行数据交换，同时接收控制电路命令的无线传输模块，连接无线传输模块的MCU控制电路及基于微控制单元MCU控制的开关电源稳压电路，其特征在于：MCU控制电路由STM32系列单片机担任主控制器，无线传输模块采用短距点对点的无线通讯模块，与数据接收块模块、数据发送模块设计成相应的单片机控制收发系统；在采集电线路数据中，主控制器依托无人机自主巡检技术，通过导向损伤探测仪的激光测距传感器，基于KEIL编译软件根据智能识别算法进行憎水性检测分析软件模块的程序编写，并生成单片机识别控制整个测量工作的文件；憎水性检测分析软件模块基于卫星、无人机及在线监测多源数据，智能联动无人机巡检系统自动线路巡视与多源监测数据，打通卫星、机巡和在线监测的数据交互通道，在线监控与无人机系统综合故障判断和告警策略，实现隐患自动告警及异常目标自动定位；同时在憎水性等级判定中，根据复合绝缘子水滴分布规律，引入图像标定，并通过图像识别和特征提取算法提取不同水滴分布结构图像的模式识别与图像匹配，自动识别输电
2.如权利要求1所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：微控制单元MCU控制的开关电源稳压电路包括：整流滤波电路、推挽式功率变换电路和控制电路，并通过MCU调节PWM控制开关电源输出电压，MCU输出的数字信号通过数模转换器DAC转换为模拟信号，该模拟信号作为开关控制芯片的基准电压，根据基准电压的变化自动产生PWM控制脉冲，调节开关管的输出脉宽，调节输出电压。
3.如权利要求1所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：喷水阶段检测时，机搭载喷水装置靠近复合绝缘子，喷头置于待测伞裙外缘约20cm～30cm处，并结合激光测距数据调整姿态，调节喷头出水方向使其与待测伞裙表面垂直，喷嘴正对待测复合绝缘子，喷水的启动、停止以及机载设备传感器实测温湿度、距离、高度数据通过无线传输模块无线通讯方式与地面手持式遥控器连接，遥控器配备OLED显示屏实时显示测量数据，通过遥控器设定喷水频率并完成一键自动喷水操作。
4.如权利要求1所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：憎水性检测分析软件模块采用图像对比法，将现场获得的绝缘子憎水图像进行对比，分析待测图像与各标准图像的相似性各HC等级的特征描述来进行分级。
5.如权利要求1所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：憎水性检测分析软件模块计算绝缘子憎水图像中的最大水珠或最大水膜的面积比K和形状因子fc，并依据相关数据来进行分级；面积比K的计算公式为：K＝最大水珠总面积/图像总面积。
6.如权利要求1所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：憎水性检测分析软件模块根据GB/T2462-2009中对憎水性的等级描述确定绝缘子的憎水性级别，基于先进的数字图像处理技术，提取憎水性图片信息，计算水珠或水剂的形状因子和面积百分比，对被测绝缘子的憎水性等级自动判断。
7.如权利要求1所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：无线通讯模块初始化后，判断采集端是否有数据送到，是则进行高斯频移键控GFSK调制，在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。
8.如权利要求1或2所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：数字信号经过高斯低通滤波后进行载波调制，直接对射频载波进行模拟调频，否则返回判断采集端的数据。
9.如权利要求7所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：GFSK调制后的调制信号加在PLL锁相环频率合成器的压控振荡器VCO上，振荡器信号跟踪施加的频率或相位调制信号，将集成VCO和外部PLL电路的频率合成器杂散输出降至最低，然后，将基带信号上变频为适合通过电波传输的射频(RF)送入数据发送模块，调用数据发送子程序。
10.如权利要求9所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：数据接收块模块初始化后，判断数据接收模块是否处接收状态，是则将数据送至移动设备终端完成数据接收，否则返回判断接收状态；数据接收完毕后匹配滤波器进行GFSK调解，相位差分解调后判决反馈均衡(DFE)，将当前输入信号的...
【技术特征摘要】
1.一种自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，包括：产生雾状喷水效果的喷嘴，从水箱水槽中抽水的微型电泵，与地面控制设备进行数据交换，同时接收控制电路命令的无线传输模块，连接无线传输模块的mcu控制电路及基于微控制单元mcu控制的开关电源稳压电路，其特征在于：mcu控制电路由stm32系列单片机担任主控制器，无线传输模块采用短距点对点的无线通讯模块，与数据接收块模块、数据发送模块设计成相应的单片机控制收发系统；在采集电线路数据中，主控制器依托无人机自主巡检技术，通过导向损伤探测仪的激光测距传感器，基于keil编译软件根据智能识别算法进行憎水性检测分析软件模块的程序编写，并生成单片机识别控制整个测量工作的文件；憎水性检测分析软件模块基于卫星、无人机及在线监测多源数据，智能联动无人机巡检系统自动线路巡视与多源监测数据，打通卫星、机巡和在线监测的数据交互通道，在线监控与无人机系统综合故障判断和告警策略，实现隐患自动告警及异常目标自动定位；同时在憎水性等级判定中，根据复合绝缘子水滴分布规律，引入图像标定，并通过图像识别和特征提取算法提取不同水滴分布结构图像的模式识别与图像匹配，自动识别输电线路巡检复合绝缘子憎水性图像及水滴分布图像；应用检测算法检测绝缘子的憎水性等级，判断绝缘子的憎水等级，自动准确分析憎水性等级，分析判断耐污闪，耐湿闪性能，检测出复合绝缘子憎水性强度的非连续性，进而判断绝缘子电阻性。
2.如权利要求1所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：微控制单元mcu控制的开关电源稳压电路包括：整流滤波电路、推挽式功率变换电路和控制电路，并通过mcu调节pwm控制开关电源输出电压，mcu输出的数字信号通过数模转换器dac转换为模拟信号，该模拟信号作为开关控制芯片的基准电压，根据基准电压的变化自动产生pwm控制脉冲，调节开关管的输出脉宽，调节输出电压。
3.如权利要求1所述的自动识别输电线路憎水性的机载检测系统，其特征在于：喷水阶段检测时，机搭载喷水装置靠近复合绝缘子，喷头置于待测伞裙外缘约20cm～30cm处，并结合激光测距数据调整姿态，调节喷头出水方向使其与待测伞裙表面垂直，喷嘴正对待测复合绝缘子，喷水的启动、停止以及机载设备传感器实测温湿度、距离、高度数据通过无线传输模块无线通讯方式与地面手持式遥控器连接，遥控器配备oled显示屏实时显示测量数据，通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，夏云峰，叶盛，陶晰，赖叶茗，
申请(专利权)人：海南电网有限责任公司输电运检分公司，
类型：发明
国别省市：
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