基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)設(shè)備銘牌識(shí)別方法

楊東寧， 張志生， 趙智勇， 曾婷， 鄒璞玉

(1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司 信息中心， 云南 昆明 650214；2. 云南云電同方科技有限公司， 云南 昆明 650214)

0 引言

現(xiàn)有技術(shù)手段以提取字符特征作為銘牌字符識(shí)別的模板主體。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)常以局部極值點(diǎn)作為檢測(cè)應(yīng)用的切入位置，能夠在獲取足量電網(wǎng)標(biāo)記樣本的同時(shí)，分布所有未占用的識(shí)別節(jié)點(diǎn)[1]。

為解決電網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重的全局路徑規(guī)劃混亂問(wèn)題，OpenCV識(shí)別手段通過(guò)二值化電網(wǎng)設(shè)備連接參數(shù)的方式，確定相鄰銘牌設(shè)備間的校正誤差，但在單位時(shí)間內(nèi)累積所得的電子數(shù)據(jù)總量始終不能達(dá)到預(yù)期數(shù)值，且對(duì)于節(jié)點(diǎn)的定位精準(zhǔn)性也達(dá)不到理想水平。故需建立一種新型的電網(wǎng)設(shè)備銘牌識(shí)別方法，并通過(guò)設(shè)置比照實(shí)驗(yàn)的方式，評(píng)估該識(shí)別方法的應(yīng)用可行性。

1 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)架構(gòu)匹配

電網(wǎng)架構(gòu)匹配處理需同時(shí)連接主要網(wǎng)絡(luò)體系、調(diào)節(jié)電網(wǎng)編碼器、電力卷積層結(jié)構(gòu)3類執(zhí)行模塊，具體搭建方法可按如下步驟施行。

1.1 主要網(wǎng)絡(luò)體系

深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由電子輸入層、中間電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體、電子輸出層3部分結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。

圖1 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主體結(jié)構(gòu)

圖1輸入層結(jié)構(gòu)最少包含2個(gè)電子節(jié)點(diǎn)組織。中間電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體具備較強(qiáng)的神經(jīng)性變阻能力，以確保同一檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，電力網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)載水平始終不超過(guò)預(yù)期數(shù)值[2-3]。電子輸出層是整個(gè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最下級(jí)架構(gòu)組織。

1.2 調(diào)節(jié)電網(wǎng)編碼器

調(diào)節(jié)電網(wǎng)編碼器是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的下屬硬件結(jié)構(gòu)，由電子傳輸線、銘牌信息導(dǎo)入體、識(shí)別接線裝置、電網(wǎng)屏障設(shè)備、旋調(diào)螺絲5部分組成[4-5]，如圖2所示。

圖2 調(diào)節(jié)電網(wǎng)編碼器結(jié)構(gòu)圖

1.3 電力卷積層結(jié)構(gòu)

電力卷積層由AT42QT4120芯片、JMF組件、卷積層組織、電網(wǎng)銘牌電阻、調(diào)控元件、上下部神經(jīng)端口6部分結(jié)構(gòu)組成[6]，如圖3所示。

圖3 電力卷積層結(jié)構(gòu)圖

2 電網(wǎng)設(shè)備銘牌識(shí)別方法的實(shí)現(xiàn)

在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的支持下，按照電網(wǎng)架構(gòu)匹配原則，通過(guò)銘牌字符預(yù)處理、候選字符識(shí)別排列等步驟，完成電網(wǎng)設(shè)備銘牌識(shí)別方法的建立。

2.1 銘牌字符預(yù)處理

(1)

2.2 候選字符的識(shí)別與排列

(2)

2.3 集中識(shí)別規(guī)則建立

(3)

式中，b1、b2分別代表兩個(gè)不同的電子信息執(zhí)行向量；C代表銘牌數(shù)據(jù)的常性識(shí)別系數(shù)；ω0代表電網(wǎng)識(shí)別區(qū)域的下限阻礙條件；ω1代表電網(wǎng)識(shí)別區(qū)域的上限阻礙條件。

3 實(shí)際檢測(cè)與應(yīng)用

本研究實(shí)驗(yàn)是在具有 16 GB 內(nèi)存的 NVIDIA GeForce GTX 1080Ti的GPU工作站上進(jìn)行。利用虛擬化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，記錄電網(wǎng)設(shè)備體的具體執(zhí)行數(shù)據(jù)，以一臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定的干式變壓器作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其型號(hào)為SCB10-1000KVA/10KV/0.4KV。分別以搭載電網(wǎng)設(shè)備銘牌識(shí)別方法、OpenCV識(shí)別手段的物理計(jì)算機(jī)作為記錄設(shè)備，分析相關(guān)識(shí)別參數(shù)的具體變化情況，其中前者作為實(shí)驗(yàn)組，后者作為對(duì)照組。

3.1 檢測(cè)物理環(huán)境搭建

因電網(wǎng)設(shè)備表面很難附加電子傳輸線路，故電網(wǎng)設(shè)備銘牌的準(zhǔn)確信息只能依靠人工抄錄獲得，以對(duì)比不同識(shí)別方法的識(shí)別準(zhǔn)確度，如圖4、圖5所示。

圖4 電網(wǎng)設(shè)備識(shí)別檢測(cè)環(huán)境

圖5 電網(wǎng)設(shè)備銘牌信息

3.2 單位時(shí)間內(nèi)的電子數(shù)據(jù)累積量

以10 min作為一個(gè)單位時(shí)間長(zhǎng)度，分別記錄6個(gè)單位時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組識(shí)別方法后，電子數(shù)據(jù)累積量的具體變化情況。實(shí)驗(yàn)對(duì)比詳情如表1、表2所示。

表1 實(shí)驗(yàn)組單位時(shí)間內(nèi)的電子數(shù)據(jù)累積量

分析表1可知，在前4組單位時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組電子數(shù)據(jù)累積量始終保持不斷上升的變化趨勢(shì)，從第5組單位時(shí)間開始，開始逐漸趨于穩(wěn)定，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最大值水平僅達(dá)到2.8×109T。

分析表2可知，在前3組單位時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，對(duì)照組電子數(shù)據(jù)累積量始終保持不斷上升的變化趨勢(shì)，第4組單位時(shí)間內(nèi)，維持穩(wěn)定趨勢(shì)，從第5組單位時(shí)間開始，又呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的變化狀態(tài)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最大值水平達(dá)到5.6×109T，與實(shí)驗(yàn)組最大值2.8×109T相比，上升了2.8×109T。綜上可知，隨著基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)設(shè)備銘牌識(shí)別方法的應(yīng)用，單位時(shí)間內(nèi)電子數(shù)據(jù)累積量的增加趨勢(shì)得到了有效控制。

3.3 銘牌信息定位精準(zhǔn)性

截取50 min作為檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)，分別記錄應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組識(shí)別方法后，銘牌信息定位精準(zhǔn)性的變化情況。實(shí)驗(yàn)對(duì)比詳情如圖6所示。

圖6 銘牌信息定位精準(zhǔn)性對(duì)比圖

分析圖6可知，隨著檢測(cè)時(shí)間的增加，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組銘牌信息定位精準(zhǔn)性均呈現(xiàn)波動(dòng)性變化趨勢(shì)，但在前10 min檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，對(duì)照組銘牌信息定位精準(zhǔn)性因數(shù)值水平過(guò)低，說(shuō)明在前10 min內(nèi)，無(wú)法在圖像中得到清晰顯示。第10-50 min的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，對(duì)照組銘牌信息定位精準(zhǔn)性最大值僅達(dá)到66%，實(shí)驗(yàn)組的銘牌信息定位精準(zhǔn)性最大值可達(dá)90%，由所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知對(duì)照組的銘牌信息定位精度遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)組數(shù)值水平。綜上可知，隨著基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)設(shè)備銘牌識(shí)別方法的應(yīng)用，銘牌信息的定位精準(zhǔn)性確實(shí)得到一定程度的提升。

4 總結(jié)

電網(wǎng)設(shè)備銘牌識(shí)別方法在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的支持下，重新連接了調(diào)節(jié)電網(wǎng)編碼器與電力卷積層結(jié)構(gòu)，又通過(guò)排列候選字符信息的方式，嚴(yán)格控制電子數(shù)據(jù)累積量的增長(zhǎng)趨勢(shì)。從實(shí)用性角度來(lái)看，銘牌信息定位精準(zhǔn)性出現(xiàn)了較大程度的提升，從根本上解決了電網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的全局路徑規(guī)劃問(wèn)題。

但是，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，在銘牌信息識(shí)別精度指標(biāo)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，所提方法在前10 min無(wú)法得出高準(zhǔn)確度的識(shí)別結(jié)果，即所提方法具有較長(zhǎng)的應(yīng)用延遲，為進(jìn)一步提高電網(wǎng)設(shè)備銘牌信息的識(shí)別效率，在日后的研究中，需對(duì)該方法的實(shí)時(shí)性進(jìn)行深入研究。