面向航拍圖像的農村配電網導線斷股檢測分析

郭晶

摘 要：農村配電網輸電線路具有地理環境復雜、傳輸距離長、分布地域廣的特點，在運行過程中經常會受到雷擊閃絡、覆冰跳躍、污穢腐蝕、風振等因素影響，造成導線斷股，甚至導線斷裂，嚴重影響配電網安全，必須加強輸電線路巡檢和維修。利用航拍圖像進行電力巡檢，能有效提升巡檢效率，降低運維成本，但是基于航拍圖像開展的電力巡檢，容易受光照、距離及拍攝角度等影響，難以保障導線斷股檢測精確度。基于此，文章對農村配電網導線斷股影響因素進行分析，借助LSD和ABM對導線斷股進行檢測，以期提升斷股檢測準確度，為電力巡檢和運維提供助力。

關鍵詞：航拍圖像;農村配電網;導線斷股檢測

在社會全面發展背景下，電力資源在人們生活和生產中扮演著越來越重要的作用，輸電線路是確保電力能源安全穩定運輸的基礎，保障供電系統穩定，做好運維工作是電力事業發展的重中之重。導線斷股檢測屬于典型輸電線路故障，是我國輸電線路巡檢重點關注的內容。目前，導線斷股檢測以紅外、紫外等成像技術為主，對設備和技術要求不高，比較適用于較短距離檢測，針對電力鐵塔、架空輸電線路，則以無人機、航拍平臺為主[1]。文章以導電斷股影響因素為基礎，針對航拍平臺導線斷股檢測提出一種新的檢測方法，從而提高檢測準確率和通用性。

1 農村配電網導線斷股影響因素

1.1 電流負荷影響

倘若導線斷口呈瘤狀，導線縫隙中存在已經凝固的液滴狀鋁線燒熔物，說明導線是在電流超負荷運行作用下，持續發熱導致運行溫度過高，導線中鋁線受高溫影響逐漸融化、斷裂。鋁絞線中鋁的含量一般高于99%，除此之外含有微量Fe和Si，其熔點基本等同于鋁的熔點，故鋁絞線的運行溫度應維持在70℃之下。

1.2 電化學腐蝕

倘若導線外層16股斷裂一半左右，內層幾乎完全斷裂，且拆解過程中不斷掉落斷鋁絞線，說明其氧化嚴重，導線斷裂原因多為電化學腐蝕。其發生原理如下，在鋁導線和鋼芯之間存在一定數量的電偶腐蝕，當大量灰塵凝集集結在鋁導線縫隙中會形成一個強腐蝕性介質，與鋼芯之間形成腐蝕原電池，逐漸腐蝕鋁導線。長期下來，鋁導線自身性能受損，電力傳輸性能降低，電阻增大，造成過熱熔斷，在這種情況下，電力傳輸主要由外部導線承擔，最終導致外部導線斷裂。在進行導線斷股檢測時，可根據其主要特征，快速判斷導線斷股原因。

1.3 安裝工藝因素

安裝工藝也是導致造成導線斷股的重要因素之一，如導線安裝過程中原有結構被破壞，導致導線中鋁線與鋼芯連接不夠緊密;或者運行過程中，受外力作用影響，導線內部金屬線、導線與夾線之間出現滑移現象，使得各接線接觸面出現磨損，鋼芯內部腐蝕。針對這種情況，需要加強安裝人員提升安裝質量，延長導線使用壽命，降低導線斷股發生概率。

2 面向航拍圖像的農村配電網導線斷股檢測分析

2.1 圖像預處理

一方面，航拍輸電線路圖像中往往存在樹木、河流、房屋等自然和人工背景，且環境和氣候不同，背景干擾因素越發復雜，這些都會給輸電線路提取和導線斷股檢測增加難度，而且光照、輻射、拍攝位置等變化也會導致圖像出現曝光過度、失真等問題，可以采用圖像灰度增強處理——圖像平滑去噪處理——邊緣檢測等方法對航拍圖像進行預處理，強化其圖像特征[2];另一方面，現代社會電力巡檢需求不斷擴大，導線斷股檢測效率和準確度要求也越來越高，輸電線路在航拍圖像中往往呈長直線形態，基本貫穿整個圖像，且電力線灰度值較低， 采用LSD方法進行檢測具有較高檢測效率，這是因為LSD是一種能夠在線性時間內獲得亞像素級準確度的直線段檢測方法，而斷股導線在航拍圖像中，因長線段被遮擋或圖像模糊等原因，經常呈現為多條短線段模式，符合LSD檢測要求。

2.2 輸電線段過濾與識別

輸電線路的過濾與識別的導線斷股檢測的基礎，能有效提升檢測準確率，文章為避免光照、距離、導線顏色及紋理等因素對檢測結果造成影響，選取適宜線段長度作為基準進行線段過濾[3-4]。具體操作內容如下：在航拍巡檢圖像中，盡可能選擇背景干凈、圖像清晰概念股、無較多干擾因素的圖像，建立航拍圖像數據樣本庫，確定輸電線段閾值，圖像選定公式如下：

式中，N指代選定航拍圖像被切割計算的塊數;指代每個切割塊內的亮度偏差標準。最終經相關實驗測試可知，當值<10時，航拍圖像背景能夠滿足圖像數據樣本庫標準，且導線形態清晰可見便于識別，極大的降低了后續斷股檢測難度。

2.3 基于ABM的導線斷股檢測

在經過圖像預處理、輸電線段過濾與識別處理后，航拍圖像會失去原有顏色、光照、背景等影響因素干擾，成為只保留導線基本輪廓形態的二值化圖像，但此時，航拍圖像還存在拍攝角度和位置變化導致的斷股導線下垂狀態多變的情況[5-6]。因此，可利用ABM對導線斷股進行檢測。所謂ABM，即活動基模型，是一種通過少量樣本學習獲得一定位置和方向的Gabor小波元素組成的模板，在檢測過程中，這些Gabor小波元素可以進行限定范圍內的擾動，由此可見，該技術對于可變性物體檢測具有較大優勢。將其應用在導線斷股檢測中，不需要識別出具體導線，只需要提取相關導線線段就能在線性時間內完成工作任務，顯著提升檢測效率，而且，還可以將柔性物體變化因素、拍攝位置和角度不確定性等因素考慮其中，對提高檢測精確度有十分積極的現實意義，具體應用步驟如下：

（1）導線斷股模板學習，建立樣本數據庫，可與上文航拍圖像數據樣本庫通用，利用樣本和共享描述算法進行模板學習;（2）導線斷股檢測，在獲取樣本模板后，構建求和圖及最大值圖的交替計算框架，利用其中的池化、卷積等操作相互交替生成求和圖及最大值圖進行斷股檢測，其中求和圖用于提取導線邊緣輪廓，最大值圖用于跟蹤導線輪廓形變;該檢測方法是一個自下而上的過程，其具體工作原理如下（具體見圖1）。

首先，線段圖為檢測樣本，Gabor濾波器位于圖像上方，采用向上卷積操作形成第一層求和圖;其次，對Gabor小波的擾動實現局部最優，也就是對求和圖進行局部最大值池化得到最大值圖1，;然后，在最大值圖1中使用學習模板進行濾波操作，可得到最大值圖2;最后，在最大值圖2中得到導線斷股檢測數值，也就是最大值圖2中的高亮度區域。

3 實踐與結果分析

在實踐操作中，對青海某農村地區配電網導線斷股圖片進行無人機拍攝，得到若干圖片，選出6張作為樣本圖片，采用以上這些步驟進行檢測實驗，并與傳統檢測方法進行對比分析，最終得出結論，在不同干擾背景下，能夠快速發現導線斷股位置，且準確率高于傳統檢測方法，但是，也存在一定缺陷，有一定可能將背景中的樹枝枝干誤判為導線斷股，還需進一步加強研究和實踐，提高其通用性，更好地服務于農村配電網電力巡檢事業，保障電力傳輸安全穩定，助力新農村建設。

參考文獻

[1]劉淑恬. 輸電線路導線斷股的圖像檢測方法[J]. 名城繪， 2018， （012）：0463-0463.

[2]熊彪， 胡冉. 基于無人機圖像的配網線斷股缺陷實時檢測[J]. 技術與市場， 2018.

[3]李澤峰， 楊月明， 賀瑞敏. 220kV輸電線路架空地線斷股原因分析[J]. 內蒙古電力技術， 2018（4）：97-100.

[4]馬紅軍， 李永勝， 楊加倫，等. 架空輸電線路導線腐蝕分布圖繪制方法[C]// 2018智能電網新技術發展與應用研討會. 2018.

[5]黃新波， 章小玲， 張燁，等. 一種基于邊緣距離的導線斷股檢測方法：， CN109523543A[P]. 2019.