基于偏最小二乘回归法的绝缘子污秽等值盐密检测方法与流程
本发明属于输变电设备运行状态检修技术领域，具体涉及一种基于偏最小二乘回归法的绝缘子污秽等值盐密检测方法。
背景技术：
输电线路绝缘子污秽闪络一直是威胁电网安全稳定运行的关键问题之一。绝缘子污秽等值盐密是表征绝缘子表面污秽度的重要参数，有效测量绝缘子污秽等值盐密对制定绝缘子清扫周期、防治污闪事故具有重要意义。因此，亟需提出一种测量绝缘子污秽等值盐密简便快捷的非接触检测方法，制定具有针对性、精确性的绝缘子清扫方案，实现污秽绝缘子不停电、大规模、无损检测。
目前，等值盐密法是最广泛使用的一种绝缘子表面污秽程度描述方法，但等值盐密法测量时需要将绝缘子表面污秽全部擦洗溶解，操作过程繁琐，耗费人力物力，在测量过程中易造成误差。其余相关等值盐密检测方法虽然一定程度上减少了传统等值盐密法造成的误差，但相关检测方法在应用时仍需要依靠人力协助或工人经验，测量结果具有一定随机性。
综上所述，现有的绝缘子污秽等值盐密检测方法有一定的条件限制，有鉴于此，有必要提供一种操作简便、有效可靠以及非接触的绝缘子污秽等值盐密带电检测方法。
技术实现要素：
针对现有技术中的上述不足，本发明提出一种操作简便、有效可靠以及非接触的基于偏最小二乘回归法的绝缘子污秽等值盐密检测方法，用于解决现有技术存在的操作过程繁琐、耗费人力物力以及在测量过程中易造成误差的问题，本发明用于在线检测输电线路中的绝缘子污秽局部等值盐密，以便于有目标的清扫积污严重的绝缘子。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于偏最小二乘回归法的绝缘子污秽等值盐密检测方法，包括如下步骤：
s1：获取污秽绝缘子的高光谱图像，进行高光谱图像的预处理，并将所有预处理后的高光谱图像分为第一高光谱图像集和第二高光谱图像集；
s2：获取第一高光谱图像集对应的污秽绝缘子各局部区域的等值盐密，并提取第一高光谱图像集中积污绝缘子的高光谱谱线，根据污秽绝缘子的等值盐密和对应的高光谱谱线，使用偏最小二乘回归法，获取优化等值盐密检测模型；
s3：提取第二高光谱图像集中积污绝缘子各局部区域的高光谱谱线，并将其输入优化等值盐密检测模型，获取第二高光谱图像集对应污秽绝缘子各局部区域的等值盐密。
进一步地，步骤s1中，进行高光谱图像的预处理，包括依次进行的黑白校正处理、平滑/变换处理以及多元散射校正处理。
进一步地，黑白校正处理的公式为：
式中，rci为黑白校正后图像数据；sampleci为原始光谱图像数据；darkci为全黑标定图像数据；whiteci为全白标定图像数据。
进一步地，平滑/变换处理的方法包括小波去噪方法、savitzky-golay平滑方法、微分变换方法以及对数变换方法。
进一步地，多元散射校正处理的具体方法，包括如下步骤：
a-1：根据各高光谱图像的光谱，计算平均光谱；
计算公式为：
式中，
a-2：将各高光谱图像的光谱和平均光谱进行一元线性回归，获取进行一元线性回归处理后的相对偏移系数和平移量；
计算公式为：
式中，ai为各高光谱图像的光谱矢量；mi、bi分别为进行一元线性回归处理后的相对偏移系数和平移量；
a-3：根据相对偏移系数和平移量，计算多元散射校正处理后的光谱，并输出多元散射校正处理后的高光谱图像；
计算公式为：
式中，ai(msc)为多元散射校正处理后的光谱。
进一步地，步骤s2中，获取优化等值盐密检测模型，包括如下步骤：
b-1：将污秽绝缘子的等值盐密和对应的高光谱谱线分为训练集和测试集；
b-2：根据训练集，使用偏最小二乘回归法建立等值盐密检测模型；
b-3：将测试集输入等值盐密检测模型，进行优化，获取优化等值盐密检测模型。
进一步地，步骤b-2中，偏最小二乘回归法建立等值盐密检测模型的公式为：
s＝aj1x1+...+ajn'xn'
式中，s为待测绝缘子污秽等值盐密的检测值；aj1、aj2、...、ajn'为根据已知污秽盐密值得到的绝缘子污秽等值盐密检测模型求解参数；x1、x2、...、xn'为第n'个波段处的标准化反射率；n'为波段总数，等同于绝缘子污秽等值盐密检测模型求解参数总数；j为当前训练样本变量。
本发明的有益效果：
(1)本发明获取积污绝缘子的高光谱图像、建立并优化等值盐密检测模型，并利用该模型检测未知等值盐密的绝缘子污秽盐密值，应用高光谱技术对积污绝缘子进行非接触检测，操作简便并且有效可靠，节约了人力物力，适用于现场带电检测，为有目标和针对性的清扫绝缘子提供科学依据，可实现大范围绝缘子污秽的检测，满足输电线路绝缘子检测的需求；
(2)应用高光谱技术对积污绝缘子进行非接触检测，消除了模型转换带来的误差，避免了传统盐密测量清洗、称重等过程中污秽量的损耗与测量不准确，和人工检测方式带来的误差，提高了检测结果的准确性；
(3)应用偏最小二乘回归法选取最优的一组求解参数，客观科学的计算盐密值，提高了计算的准确率高，消除了随机误差，进一步提高了检测结果的准确性；
(4)避免了由于输电线路绝缘子暴露在室外环境中，在雾、露、毛毛雨或酸性湿沉降下，绝缘子表面污秽吸水后其闪络电压大大下降致使的污闪事故的发生，提高了输电线路的可靠性和安全性。
附图说明
图1为基于偏最小二乘回归法的绝缘子污秽等值盐密检测方法流程图；
图2为多元散射校正处理的具体方法流程图；
图3为优化等值盐密检测模型的获取方法流程图；
图4为积污绝缘子的高光谱谱线图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
工作原理：不同等值盐密的绝缘子表面污秽理化学特性不同，造成物质内部对不同波长光子的选择性吸收和发射，从而绝缘子污秽在高光谱图像上反映的光谱信息不同，因此，根据积污绝缘子高光谱图像提取出的谱线信息来估测绝缘子污秽等值盐密。
一种基于偏最小二乘回归法的绝缘子污秽等值盐密检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
s1：选择天气情况良好时使用无人机搭载高光谱仪，飞行至线路杆塔上方附近悬停后对输电线路绝缘子进行拍摄，获取污秽绝缘子的高光谱图像，进行高光谱图像的预处理，并将所有预处理后的高光谱图像分为第一高光谱图像集和第二高光谱图像集；
高光谱建立的是等值盐密与高光谱图谱之间的直接关系，比起原有的光谱检测法通过离子、原子发射再确定图像信息建立与盐密的间接关系，消除了模型转换带来的误差；
进行高光谱图像的预处理，包括依次进行的黑白校正处理、平滑/变换处理以及多元散射校正处理，克服了光强分布弱的波段存在的图像噪声和暗电流的影响，以校正每个光谱的散射，有效地提高光谱的信噪比；
黑白校正处理的公式为：
式中，rci为黑白校正后图像数据；sampleci为原始光谱图像数据；darkci为全黑标定图像数据；whiteci为全白标定图像数据；
平滑/变换处理的方法为savitzky-golay平滑方法；
多元散射校正处理的具体方法，如图2所示，包括如下步骤：
a-1：根据各高光谱图像的光谱，计算平均光谱；
计算公式为：
式中，
a-2：将各高光谱图像的光谱和平均光谱进行一元线性回归，获取进行一元线性回归处理后的相对偏移系数和平移量；
计算公式为：
式中，ai为各高光谱图像的光谱矢量；mi、bi分别为进行一元线性回归处理后的相对偏移系数和平移量；
a-3：根据相对偏移系数和平移量，计算多元散射校正处理后的光谱，并输出多元散射校正处理后的高光谱图像；
计算公式为：
式中，ai(msc)为多元散射校正处理后的光谱；
s2：获取第一高光谱图像集对应的污秽绝缘子各局部区域的等值盐密，即清洗第一高光谱图像集中已拍摄的污秽绝缘子，检测出其各局部区域盐密值，并提取第一高光谱图像集中积污绝缘子的高光谱谱线，如图4所示，根据污秽绝缘子的等值盐密和对应的高光谱谱线，使用偏最小二乘回归法，获取优化等值盐密检测模型；应用偏最小二乘回归法选取最优的一组求解参数，可以客观科学的计算盐密值，提高了计算的准确率高，消除了随机误差；
获取优化等值盐密检测模型，如图3所示，包括如下步骤：
b-1：将污秽绝缘子的等值盐密和对应的高光谱谱线分为训练集和测试集；
b-2：根据训练集，使用偏最小二乘回归法建立等值盐密检测模型；
公式为：
s＝aj1x1+...+ajn'xn'
式中，s为待测绝缘子污秽等值盐密的检测值；aj1、aj2、...、ajn'为根据已知污秽盐密值得到的绝缘子污秽等值盐密检测模型求解参数；x1、x2、...、xn'为第n'个波段处的标准化反射率；n'为波段总数，等同于绝缘子污秽等值盐密检测模型求解参数总数；j为当前训练样本变量；
b-3：将测试集输入等值盐密检测模型，进行优化，获取优化等值盐密检测模型；
s3：提取第二高光谱图像集中积污绝缘子各局部区域的高光谱谱线，并将其输入优化等值盐密检测模型，获取第二高光谱图像集对应污秽绝缘子各局部区域的等值盐密。
本发明提出一种操作简便、有效可靠以及非接触的基于偏最小二乘回归法的绝缘子污秽等值盐密检测方法，解决了现有技术存在的操作过程繁琐、耗费人力物力以及在测量过程中易造成误差的问题，本发明用于在线检测输电线路中的绝缘子污秽局部等值盐密，以便于有目标的清扫积污严重的绝缘子。
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