一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置和方法与流程

本发明属于光电传输及外绝缘，具体涉及一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置和方法。

背景技术：

1、目前国内外的绝缘子及外绝缘设备表面的污秽成分识别方式方法均为接触式或破坏性，需要人为采集污秽成分然后经过物质离子分离检测识别物质成分，或者利用灼烧形式获取物质成分。这类方法耗费人力并且收效甚微，无法准确获取污秽成分的种类。而现有的高光谱污秽识别技术缺乏可移动性、便利性，仅能在实验室内进行污秽成分检测，对于户外线路绝缘子上的污秽成分难以高效识别，通常需要携带激光发生器以及光纤获取污秽表面的烧蚀等离子体谱线区分污秽，或使用小刀将绝缘子表面污秽全剐蹭然后通过离子检测形式获取污秽成分，此类方式均缺乏便利性和可推广性。同时现有技术缺乏远程采集的能力，仅能在距离5m以内进行检测，极大的提高了运维的成本。

技术实现思路

1、本发明提供了一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置和方法，解决高光谱相机无法远距离识别绝缘子表面污秽成分以及便利性、可移动性较差的问题。

2、为达到上述目的，为解决上述技术问题，本发明提供的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别方法，包括以下步骤：

3、步骤1、采集各种污秽成分和等级下的高光谱曲线；

4、步骤2、提取高光谱曲线的特征点；

5、步骤3、以获取得到的特征点的信息为输入，以该特征点所在的高光谱曲线对应的绝缘子污秽成分和污秽等级为目标，进行模型训练，得到预测模型；

6、步骤4、基于预测模型对待测绝缘子表面污秽成分和污秽等级进行识别。

7、进一步的，步骤1包括以下步骤：

8、步骤1.1、使绝缘子表面污秽成分反射光谱穿过全反射采集光路系统的物镜片，传递至宽谱透射准直光路；

9、步骤1.2、利用宽谱透射准直光路将绝缘子表面污秽的反射光谱进行准直，所述宽谱透射准直光路系统包括共轴移动滑轨204，和依次设置在共轴移动滑轨204上的介质反射镜201、凹透镜202、凸透镜203和，凸透镜203、凹透镜202；

10、步骤1.3、调整自扫描线性高光谱相机的聚焦透镜组的位置，使全反射采集光路系统的成像落在自扫描线性高光谱的聚焦透镜组上；

11、步骤1.4、调节自扫描线性高光谱的聚焦透镜组的光圈，使入射光线达到最强，采集高光谱曲线。

12、进一步的，步骤2中，提取高光谱曲线的特征点之前，对高光谱曲线进行去噪平滑处理。

13、进一步的，步骤2中，采用尺度不变特征变换与长短期记忆对高光谱曲线进行特征点提取。

14、进一步的，步骤2包括以下步骤：

15、步骤2.1、计算不同尺度下的高斯差：

16、步骤2.2、利用二维尺度平面下的高斯函数对高光谱曲线上的点进行遍历计算，求解整条高光谱曲线所有点的高斯函数值，选出整条高光谱曲线的高斯函数值最大值的m个和m个最小值，作为特征点。

17、进一步的，步骤3包括以下步骤：

18、基于特征点的信息，以及该特征点所在的高光谱曲线对应的绝缘子污秽成分和污秽等级，建立数据库；所述特征点的信息包括位置以及反射强度，将绝缘子表面污秽成分进行实验室检测，通过阴离子和阳离子检测法获取高光谱曲线对应的绝缘子污秽成分和污秽等级；

19、以数据库中的高光谱曲线的特征点为输入，以特征点对应的污秽成分和等级为目标，进行训练，得到预测模型。

20、进一步的，步骤3采用深度学习bp神经网络进行训练。

21、一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置，包括：

22、光路系统，包括宽谱透射准直光路和全反射望远镜透镜组，所述全反射望远镜透镜组通过固定在宽谱透射准直光路前方；

23、所述宽谱透射准直光路包括共轴移动滑轨，所述共轴移动滑轨上依次设置有一组介质反射镜，一组凹透镜，第二凸透镜和一组第一凸透镜；

24、自扫描线性高光谱相机，包括拆除掉镜头的高光谱相机和固定在高光谱相机前的聚焦透镜组。

25、进一步的，聚焦透镜组包括，依次固定连接的聚焦镜头物镜、狭缝、准直镜、光圈、聚焦装置和光敏感识别单元。

26、进一步的，全反射望远镜透镜组包括lcm114大口径望远镜。

27、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

28、通过描述，可以清楚地明确本发明的优势在于，解决了高光谱相机无法远距离识别绝缘子表面污秽成分以及便利性、可移动性较差的问题。自然光照射在高空中绝缘子的表面上，经过表面反射将全波段光谱反射至空气中，采用宽谱透射准直光路系统将反射来的光线进行准直和校准，传递至自扫描线性高光谱相机中，经过狭缝进行分光，将光线分解成高光谱，从而获取某种污秽成分或污秽等级下的高光谱曲线，基于高光谱曲线和其对应的污秽成分或等级进行模型训练，可以在地面对高空中绝缘子表面污秽成分进行识别，避免设备搬运至线路上以及不同线路之间的检测设备大范围移动的问题。能够实现10-20米范围内的绝缘子表面污秽成分远程高光谱采集和识别功能，提高了线路运行和维护过程中的便利性和效率。

29、此外，本发明的高光谱数据处理方法能够达到高效、快速、准确的高光谱曲线去噪与平滑，使谱线特征点更加突出，噪声被抑制，通过本发明所述的特征点提取算法，能够提取谱线特征部分内容，作为能够识别污秽成分的特征数据库，达到精准、去冗杂的污秽分类识别能力。

30、本发明提供的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置，包括宽谱透射准直及全反射采集光路系统、自扫描线性高光谱相机，宽谱透射准直及全反射采集光路系统能够将远处、高空线路中悬挂的绝缘子表面的污秽成分或污秽等级的自然反射光接收并经过内部的宽谱透射准直光路放大、准直、聚焦，使远处、高空中线路绝缘子表面污秽成分或污秽等级的自然反射光线强度更高，提高自扫描线性高光谱相机对光线的分光处理效果。

31、自扫描线性高光谱相机能够实现内部自推扫拍摄，其前方的聚焦透镜组能够实现对经过宽谱透射准直及全反射采集光路系统传递过来的绝缘子表面污秽成分或污秽等级自然反射光线的分光功能，将光线分解成高光谱，从而获取某种污秽成分或污秽等级下的高光谱曲线。

32、本发明提供的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置，能够实现对远处、高空中的线路绝缘子表面污秽成分或污秽等级进行高光谱远程采集，通过宽谱透射准直及全反射采集光路系统能够保证获取的远处的自然反射光线的强度和准确性，通过自扫描线性高光谱相机可以获取污秽成分和污秽等级的高光谱曲线，从而为建立污秽成分和等级分类识别的数据库作基础。

技术特征：

1.一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别方法，所述步骤2中，提取高光谱曲线的特征点之前，对高光谱曲线进行去噪平滑处理。

4.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别方法，所述步骤2中，采用尺度不变特征变换与长短期记忆对高光谱曲线进行特征点提取。

5.根据权利要求1或4所述的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别方法，所述步骤2包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别方法，其特征在于，所述步骤3采用深度学习bp神经网络进行训练。

8.一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置，其特征在于，所述聚焦透镜组包括，依次固定连接的聚焦镜头物镜(301)、狭缝(302)、准直镜(303)、光圈(304)、聚焦装置(305)和光敏感识别单元(306)。

10.根据权利要求8所述的一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置，其特征在于，所述全反射望远镜透镜组包括lcm114大口径望远镜。

技术总结
本发明公开了一种绝缘子表面污秽成分远程采集识别装置和方法，通过物质成分反射的光谱存在差异，经由宽谱透射准直光路准直后由全反射采集光路系统接收，将获得的光谱通过SG‑5次3点曲线数据去噪平滑，最后再经由SIFT‑LSTM对处理后的高光谱曲线进行特征提取，建立能够作为污秽成分类别区分和识别的数据库，最终实现对绝缘子表面污秽成分远程采集识别的功能。

技术研发人员：申巍,王森,李松,梁谦,王勇,李志忠,张鹏,李伟,朱明曦,赵海英,任静,李新民,张璐
受保护的技术使用者：国网陕西省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22