面向航拍图像的农村配电网导线断股检测分析

郭晶

摘 要：农村配电网输电线路具有地理环境复杂、传输距离长、分布地域广的特点，在运行过程中经常会受到雷击闪络、覆冰跳跃、污秽腐蚀、风振等因素影响，造成导线断股，甚至导线断裂，严重影响配电网安全，必须加强输电线路巡检和维修。利用航拍图像进行电力巡检，能有效提升巡检效率，降低运维成本，但是基于航拍图像开展的电力巡检，容易受光照、距离及拍摄角度等影响，难以保障导线断股检测精确度。基于此，文章对农村配电网导线断股影响因素进行分析，借助LSD和ABM对导线断股进行检测，以期提升断股检测准确度，为电力巡检和运维提供助力。

關键词：航拍图像;农村配电网;导线断股检测

在社会全面发展背景下，电力资源在人们生活和生产中扮演着越来越重要的作用，输电线路是确保电力能源安全稳定运输的基础，保障供电系统稳定，做好运维工作是电力事业发展的重中之重。导线断股检测属于典型输电线路故障，是我国输电线路巡检重点关注的内容。目前，导线断股检测以红外、紫外等成像技术为主，对设备和技术要求不高，比较适用于较短距离检测，针对电力铁塔、架空输电线路，则以无人机、航拍平台为主[1]。文章以导电断股影响因素为基础，针对航拍平台导线断股检测提出一种新的检测方法，从而提高检测准确率和通用性。

1 农村配电网导线断股影响因素

1.1 电流负荷影响

倘若导线断口呈瘤状，导线缝隙中存在已经凝固的液滴状铝线烧熔物，说明导线是在电流超负荷运行作用下，持续发热导致运行温度过高，导线中铝线受高温影响逐渐融化、断裂。铝绞线中铝的含量一般高于99%，除此之外含有微量Fe和Si，其熔点基本等同于铝的熔点，故铝绞线的运行温度应维持在70℃之下。

1.2 电化学腐蚀

倘若导线外层16股断裂一半左右，内层几乎完全断裂，且拆解过程中不断掉落断铝绞线，说明其氧化严重，导线断裂原因多为电化学腐蚀。其发生原理如下，在铝导线和钢芯之间存在一定数量的电偶腐蚀，当大量灰尘凝集集结在铝导线缝隙中会形成一个强腐蚀性介质，与钢芯之间形成腐蚀原电池，逐渐腐蚀铝导线。长期下来，铝导线自身性能受损，电力传输性能降低，电阻增大，造成过热熔断，在这种情况下，电力传输主要由外部导线承担，最终导致外部导线断裂。在进行导线断股检测时，可根据其主要特征，快速判断导线断股原因。

1.3 安装工艺因素

安装工艺也是导致造成导线断股的重要因素之一，如导线安装过程中原有结构被破坏，导致导线中铝线与钢芯连接不够紧密;或者运行过程中，受外力作用影响，导线内部金属线、导线与夹线之间出现滑移现象，使得各接线接触面出现磨损，钢芯内部腐蚀。针对这种情况，需要加强安装人员提升安装质量，延长导线使用寿命，降低导线断股发生概率。

2 面向航拍图像的农村配电网导线断股检测分析

2.1 图像预处理

一方面，航拍输电线路图像中往往存在树木、河流、房屋等自然和人工背景，且环境和气候不同，背景干扰因素越发复杂，这些都会给输电线路提取和导线断股检测增加难度，而且光照、辐射、拍摄位置等变化也会导致图像出现曝光过度、失真等问题，可以采用图像灰度增强处理——图像平滑去噪处理——边缘检测等方法对航拍图像进行预处理，强化其图像特征[2];另一方面，现代社会电力巡检需求不断扩大，导线断股检测效率和准确度要求也越来越高，输电线路在航拍图像中往往呈长直线形态，基本贯穿整个图像，且电力线灰度值较低， 采用LSD方法进行检测具有较高检测效率，这是因为LSD是一种能够在线性时间内获得亚像素级准确度的直线段检测方法，而断股导线在航拍图像中，因长线段被遮挡或图像模糊等原因，经常呈现为多条短线段模式，符合LSD检测要求。

2.2 输电线段过滤与识别

输电线路的过滤与识别的导线断股检测的基础，能有效提升检测准确率，文章为避免光照、距离、导线颜色及纹理等因素对检测结果造成影响，选取适宜线段长度作为基准进行线段过滤[3-4]。具体操作内容如下：在航拍巡检图像中，尽可能选择背景干净、图像清晰概念股、无较多干扰因素的图像，建立航拍图像数据样本库，确定输电线段阈值，图像选定公式如下：

式中，N指代选定航拍图像被切割计算的块数;指代每个切割块内的亮度偏差标准。最终经相关实验测试可知，当值<10时，航拍图像背景能够满足图像数据样本库标准，且导线形态清晰可见便于识别，极大的降低了后续断股检测难度。

2.3 基于ABM的导线断股检测

在经过图像预处理、输电线段过滤与识别处理后，航拍图像会失去原有颜色、光照、背景等影响因素干扰，成为只保留导线基本轮廓形态的二值化图像，但此时，航拍图像还存在拍摄角度和位置变化导致的断股导线下垂状态多变的情况[5-6]。因此，可利用ABM对导线断股进行检测。所谓ABM，即活动基模型，是一种通过少量样本学习获得一定位置和方向的Gabor小波元素组成的模板，在检测过程中，这些Gabor小波元素可以进行限定范围内的扰动，由此可见，该技术对于可变性物体检测具有较大优势。将其应用在导线断股检测中，不需要识别出具体导线，只需要提取相关导线线段就能在线性时间内完成工作任务，显著提升检测效率，而且，还可以将柔性物体变化因素、拍摄位置和角度不确定性等因素考虑其中，对提高检测精确度有十分积极的现实意义，具体应用步骤如下：

（1）导线断股模板学习，建立样本数据库，可与上文航拍图像数据样本库通用，利用样本和共享描述算法进行模板学习;（2）导线断股检测，在获取样本模板后，构建求和图及最大值图的交替计算框架，利用其中的池化、卷积等操作相互交替生成求和图及最大值图进行断股检测，其中求和图用于提取导线边缘轮廓，最大值图用于跟踪导线轮廓形变;该检测方法是一个自下而上的过程，其具体工作原理如下（具体见图1）。

首先，线段图为检测样本，Gabor滤波器位于图像上方，采用向上卷积操作形成第一层求和图;其次，对Gabor小波的扰动实现局部最优，也就是对求和图进行局部最大值池化得到最大值图1，;然后，在最大值图1中使用学习模板进行滤波操作，可得到最大值图2;最后，在最大值图2中得到导线断股检测数值，也就是最大值图2中的高亮度区域。

3 实践与结果分析

在实践操作中，对青海某农村地区配电网导线断股图片进行无人机拍摄，得到若干图片，选出6张作为样本图片，采用以上这些步骤进行检测实验，并与传统检测方法进行对比分析，最终得出结论，在不同干扰背景下，能够快速发现导线断股位置，且准确率高于传统检测方法，但是，也存在一定缺陷，有一定可能将背景中的树枝枝干误判为导线断股，还需进一步加强研究和实践，提高其通用性，更好地服务于农村配电网电力巡检事业，保障电力传输安全稳定，助力新农村建设。

参考文献

[1]刘淑恬. 输电线路导线断股的图像检测方法[J]. 名城绘， 2018， （012）：0463-0463.

[2]熊彪， 胡冉. 基于无人机图像的配网线断股缺陷实时检测[J]. 技术与市场， 2018.

[3]李泽峰， 杨月明， 贺瑞敏. 220kV输电线路架空地线断股原因分析[J]. 内蒙古电力技术， 2018（4）：97-100.

[4]马红军， 李永胜， 杨加伦，等. 架空输电线路导线腐蚀分布图绘制方法[C]// 2018智能电网新技术发展与应用研讨会. 2018.

[5]黄新波， 章小玲， 张烨，等. 一种基于边缘距离的导线断股检测方法：， CN109523543A[P]. 2019.