一种复合绝缘子粉化识别方法、终端设备及可读存储介质与流程

1.本技术属于输电线路检修技术领域，特别是涉及一种复合绝缘子粉化识别方法、终端设备及可读存储介质。


背景技术：

2.绝缘子是输电线路中的重要元件，兼顾绝缘与机械支撑作用，硅橡胶复合绝缘子由于其质量轻、强度大、抗污闪能力强，自20世纪90年代以来被广泛应用。硅橡胶复合绝缘子在长期服役运行过程中，由于高温高湿等原因，可能发生粉化老化。粉化绝缘子表面出现白色粉末，同时伞裙硬度增大，危害复合绝缘子绝缘与机械性能，严重情况下可进一步引发伞裙破损、芯棒断裂，对输电线路输电安全造成威胁。
3.目前国内复合绝缘子粉化的检测方法主要采取人工操控无人机拍摄可见光图片，然后由巡检人员肉眼判断的方法。此方法工作量大，不同人员对于粉化及其等级的判断结果有偏差。且由于粉化层外界可能有污秽覆盖，人工判断情况下由污秽层造成误判的概率较大。


技术实现要素：

4.1.要解决的技术问题
5.基于目前国内复合绝缘子粉化的检测方法主要采取人工操控无人机拍摄可见光图片，然后由巡检人员肉眼判断的方法。此方法工作量大，不同人员对于粉化及其等级的判断结果有偏差。且由于粉化层外界可能有污秽覆盖，人工判断情况下由污秽层造成误判的概率较大的问题，本技术提供了一种复合绝缘子粉化识别方法、终端设备及可读存储介质。
6.2.技术方案
7.为了达到上述的目的，本技术提供了一种复合绝缘子粉化识别方法，所述方法包括：获取复合绝缘子图像，识别所述图像中的复合绝缘子，获取所述复合绝缘子轮廓图像，采用椭圆检测法对所述轮廓图像进行伞裙分割得到单片伞裙，对所述单片伞裙基于颜色特征进行图像处理，区分粉化区域与未粉化区域，对粉化区域进行识别。
8.本技术提供的另一种实施方式为：所述复合绝缘子图像为可见光图像，所述可见光图像为基于无人机搭载的可见光相机获取的输电线路巡检的可见光图像。
9.本技术提供的另一种实施方式为：识别所述图像中的复合绝缘子包括将所述可见光图像输入深度学习识别模型中对所述复合绝缘子进行识别，所述深度学习识别模型基于改进的maskrcnn算法。
10.本技术提供的另一种实施方式为：所述椭圆检测法包括采用随机霍夫变换中的椭圆拟合，通过边缘检测分割出每一片伞裙。
11.本技术提供的另一种实施方式为：获取所述复合绝缘子轮廓图像包括构建带有所述复合绝缘子的图像数据库，对每张所述复合绝缘子图像建立所述复合绝缘子掩膜层；在训练过程中，将检测锚框比例设为4:1；采用掩膜法实现所述复合绝缘子轮廓像素级分割。
12.本技术提供的另一种实施方式为：还包括获取伞裙上粉化面积与伞裙全面积之比s，获取伞裙粉化区域距离伞裙边缘的最大距离与伞裙半径之比l，根据所述s和所述l对粉化进行分级。
13.本技术提供的另一种实施方式为：所述l大于五分之四，则所述伞裙判定为严重粉化，所述l小于五分之四，但s大于二分之一，则所述伞裙判定为中度粉化；所述l小于五分之四且所述s大于二分之一，则所述伞裙判定为轻度粉化；若l＝0则绝缘子未粉化。
14.本技术提供的另一种实施方式为：所述伞裙中粉化最严重的伞裙的粉化等级为所述复合绝缘子的粉化等级。
15.本技术还提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法。
16.本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所属计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。
17.3.有益效果
18.与现有技术相比，本技术提供的一种复合绝缘子粉化识别方法、终端设备及可读存储介质的有益效果在于：
19.本技术提供的复合绝缘子粉化识别方法，解决了当前输电线路复合绝缘子粉化缺陷巡检工作量大、粉化严重程度判断困难的问题。
20.本技术提供的复合绝缘子粉化识别方法，基于maskrcnn算法的深度学习方法可以提高复合绝缘子识别准确率与定位精确程度问题，同时实现像素级图像分割，有利于后续图像处理。
21.本技术提供的复合绝缘子粉化识别方法，基于视觉图像的粉化等级分级依据与方法问题，应依据粉化对复合绝缘子绝缘、机械性能破坏的严重程度进行分级并利用图像算法实现。
22.本技术提供的复合绝缘子粉化识别方法，考虑了拍摄条件、粉化分级方法、粉化遮蔽性等因素，提出了一套完整的粉化绝缘子识别与分级犯法，提高现场粉化绝缘子检验的效率。
23.本技术提供的复合绝缘子粉化识别方法，能够实现对输电线路复合绝缘子粉化缺陷的识别与分级判定。
附图说明
24.图1是本技术的相机拍摄角度与视角示意图；
25.图2是本技术的4个角度拍摄示意图；
26.图3是本技术的4个角度拍摄结果示意图；
27.图4是本技术的无人机航拍的可见光图像示意图；
28.图5是本技术的基于mask rcnn掩膜分割图像示意图；
29.图6是本技术的复合绝缘子轻度粉化示意图；
30.图7是本技术的复合绝缘子中度粉化示意图；
31.图8是本技术的复合绝缘子重度粉化示意图；
32.图9是本技术的复合绝缘子粉化判定参数定义示意图；
33.图10是本技术的终端设备结构示意图。
具体实施方式
34.在下文中，将参考附图对本技术的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本技术，并能够实施本技术。在不违背本技术原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
35.首先应规定无人机搭载可见光相机的拍摄角度、高度以充分获取复合绝缘子串盘面信息。其次应解决基于无人机拍摄可见光图像的复合绝缘子识别与精确定位问题，此前在深度学习方法对于复合绝缘子的识别存在识别率不高、定位框不精确等问题，会直接影响粉化识别的准确率。然后应解决复合绝缘子粉化等级分级依据与方法问题，当前尚未有完全基于视觉图像特征进行分级的方法，应依据粉化对复合绝缘子绝缘、机械性能破坏的严重程度进行分级并利用图像算法实现。然后还应解决复合绝缘子粉化视觉识别过程中由于污秽遮蔽影响粉化判断的问题。
36.参见图1～10，本技术提供一种复合绝缘子粉化识别方法，所述方法包括：获取复合绝缘子图像，识别所述图像中的复合绝缘子，获取所述复合绝缘子轮廓图像，采用椭圆检测法对所述轮廓图像进行伞裙分割得到单片伞裙，对所述单片伞裙基于颜色特征通过颜色梯度边缘计算、灰度处理等数字图像处理技术，实现粉化区域与未粉化区域的区分，进而，对粉化进行识别。
37.进一步地，所述复合绝缘子图像为可见光图像，所述可见光图像为基于无人机搭载的可见光相机获取的输电线路巡检的可见光图像。
38.如图1～3所示，规定无人机搭载可见光相机的拍摄规范目的是尽可能多获取复合绝缘子伞裙盘面的信息。拍摄距离为不同输电线路等级对应的安全距离，拍摄高度应采取与第一片伞裙同等高度，拍摄角度为适当俯视，使得第一片伞裙位于画幅上边缘。以复合绝缘子串为轴心，安全距离为半径，每隔90度拍摄一次，一串复合绝缘子获取4张图片，以完整反应复合绝缘子的粉化信息。
39.进一步地，识别所述图像中的复合绝缘子包括将所述可见光图像输入深度学习识别模型中对所述复合绝缘子进行识别，所述深度学习识别模型基于改进的maskrcnn算法。采用改进的maskrcnn算法进行识别，改进之处包括但不限于锚框比例设置为4:1、优化位置回归算法中的函数等。相较于未改进的算法，进行上述环节改进后，此方法对于绝缘子识别的准确率会升高。
40.进一步地，所述椭圆检测法包括采用随机霍夫(hough)变换中的椭圆拟合，通过边缘检测分割出每一片伞裙。
41.进一步地，获取所述复合绝缘子轮廓图像包括构建带有所述复合绝缘子的图像数据库，对每张所述复合绝缘子图像建立所述复合绝缘子掩膜层；在训练过程中，将检测锚框比例设为4:1；实现所述复合绝缘子轮廓像素级分割。整个maskrcnn算法的目标，就是实现像素级绝缘子轮廓分割。
42.为实现检测效果良好的基于深度学习的复合绝缘子识别模型，应首先构建带有复
合绝缘子的图像数据库，并对每张含有复合绝缘子的图像建立其掩膜层。这个是使用maskrcnn方法的必备过程，具体而言，只有在建立数据库的时候建立掩膜层，才能让模型学习到绝缘子的掩膜特征，才能在最后使用模型时，达到掩膜分割的效果。在训练过程中，将检测锚框比例设置为4:1，以适应复合绝缘子的细长形状，提高其准确率。采用掩膜方法实现复合绝缘子轮廓像素级分割。
43.进一步地，还包括获取伞裙上粉化面积与伞裙全面积之比s，获取伞裙粉化区域距离伞裙边缘的最大距离与伞裙半径之比l，根据所述s和所述l对粉化进行分级。
44.由于粉化老化的发生伴随伞裙硬度增加，故粉化进展到到芯棒造成的危害比粉化整体面积大单未进展到芯棒危害更大，故在粉化分级时，参数l的判断优先级高于参数s。
45.进一步地，所述l大于五分之四，则所述伞裙判定为严重粉化，所述l小于五分之四，但s大于二分之一，则所述伞裙判定为中度粉化；所述l小于五分之四且所述s大于二分之一，则所述伞裙判定为轻度粉化。若l＝0(同时必然有s＝0)，则绝缘子未粉化。用s作为分级标准：从粉化发生与发展的规律来看，粉化首先发生在伞裙边缘与伞裙表面，粉化进一步发展时，是由伞裙边缘向伞裙中心发展，同时由伞裙表层表面向伞裙厚度深处发展的。上述规律反应在视觉特征上，表现为，视觉上一个圆形伞裙范围内，粉化越严重，粉化面积越大。粉化发生的条件为高湿环境、雨水侵入等，雨水、风向等可能使得故伞裙一圈360度不同角度下粉化程度不均匀。极端情况下，某一方向上粉化特别严重，此方向粉化率先发展到伞裙中心，也就是芯棒护套位置。护套表面硅橡胶粉化劣化可能加快内部芯棒劣化，进而造成芯棒断裂、绝缘子掉串的严重后果。故粉化发展到芯棒但整体粉化面积不大的情况，其严重程度大于粉化面积大，但不同角度上进展均匀、粉化仅限伞裙的情况。故需增加l作为分级指标，且l的分级优先级高于s。
46.参数l定义如图9所示，伞裙粉化区域距离伞裙边缘的最大距离为l1，与伞裙半径为l0，伞裙粉化区域距离伞裙边缘的最大距离l1为与伞裙半径为l0之比为l；参数s定义为图片中发白部分面积与整个伞裙面积之比。
47.进一步地，所述伞裙中粉化最严重的伞裙的粉化等级为所述复合绝缘子的粉化等级。
48.对整串绝缘子粉化等级判定的策略为，由于粉化层上方可能覆盖污秽层，所以粉化具有隐蔽性；但对于有污秽层的整串绝缘子，其不同伞裙污秽遮蔽程度不均匀，故以整串绝缘子全部伞裙中粉化程度最严重的一片，作为整串绝缘子的粉化等级。
49.本技术还提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。
50.该实施例的终端设备包括：至少一个处理器(图10中仅示出一个)处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述任意各个代谢路径预测方法实施例中的步骤。
51.所述终端设备可以是台式计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。该终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，仅仅是终端设备的举例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
52.所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field
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programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
53.所述存储器在一些实施例中可以是所述终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。所述存储器在另一些实施例中也可以是所述终端设备的外部存储设备，例如所述终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，mc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。
54.进一步地，所述存储器还可以既包括所述终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(bootloader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
55.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
56.本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(rom，read
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only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如u盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
57.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
58.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
59.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
60.本领域普通技术人员可以意识到，结合本技术中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。