基于信息融合技术的飞行器电网巡线故障诊断

高压输电线路的安全运行是远距离传送电能的保障，探索新的输电线路巡线方法是智能电网建设的一项重要内容。采用飞行器做为运载工具，装载多种检测设备对110kV-1000kV高压输电线走廊进行巡检是一项前沿交叉课题，而线路的各种运行状况评估及故障诊断又是研究内容的基础与核心，体现了多学科集成和应用，涉及信息处理、模式识别、估计理论、最优化技术、人工智能、电力系统、检测与诊断技术等。.本项目借助飞行器机载图像获取设备（可见光相机、红外热像仪、紫外成像仪），可获得不同光源图像，从多方面体现电网运行的实际工况（包括：铁塔变形、绝缘子破损、防震锤脱落或移位、导线断裂或断股、线路走廊植被过高、设备结点过热、电晕放电等），通过信息融合技术，综合处理机载设备拍摄的海量信息，提取图像特征，模式识别，根据标准样本进行输变电线路故障诊断，为智能电网状态维修决策提供理论依据。

输电线路担负着电能输送和调配的重要任务，是整个电力系统安全稳定运行的基础。检测输电线路的运行状态，及早发现和排除输电线路的故障及缺陷，对保证电力系统的正常、稳定、高效运行，有着十分重要的意义。基于飞行器航拍的智能巡检，逐渐代替落后的人工巡检方式，但也带来了大量图像信息处理难题。本项目围绕输电线路中常见的异物、间隔棒断裂、防震锤移位以及线路走廊发生变化等多种故障问题，针对航拍图像的预处理、分割、特征提取、目标识别和故障决策等方面展开了系统性的研究。.1. 研究了航拍图像预处理技术。分析了输电线路电力设备及航拍图像的特点；针对航拍输电线路的噪声和模糊，研究了基于中值滤波、维纳滤波和二维傅里叶变换的图像复原技术。2. 研究了复杂背景下输电线路及线上异物的自动识别技术。提出了基于改进开运算和OTSU算法的背景分割方法，从复杂背景中有效提取输电线路；给出了基于直线几何特征的滤波算法，对分割后的输电线进一步滤除背景；最后基于Hough变换进行边缘检测，实现了输电线路的识别，并给出了线上包含异物的有效识别方法。3. 研究了输电线路间隔棒的识别和断裂诊断方法。分析了间隔棒的主要故障类型，提出了间隔棒断裂故障属几何形体对称结构破坏的诊断思路，采用基于骨架提取和不变矩的故障判别方法。4. 研究了输电线路上防震锤的自动识别和故障诊断方法。为实现复杂背景下的防震锤识别，采用了级联AdaBoost算法，提取防震锤的类Haar特征作为训练样本，并使用分类与回归树(CART)作为AdaBoost算法的分类器，给出了自动识别算法的框架和训练流程。5. 研究了输电线路走廊变化的检测与诊断方法。采用SIFT算法对待检测图像和模板图像进行匹配，选用FMT算法对误差进行了校正，较好的解决了航拍图像中的旋转、缩放等问题，提出了运用聚类Hough变换和腐蚀算法对差值图像进行后处理，提高了检测的精度。6.提出了基于红外与紫外图像信息融合的绝缘子污秽状态识别方法。利用核主元分析（KPCA）提取红外与紫外特征，实现两类信息的特征级融合。