基于遙感圖像智能解譯的電力線自動選線系統(tǒng)設(shè)計

宋 軍，詹 偉，苗 田，張 中，孔 龍，羅 偉

（甘肅電通電力工程設(shè)計咨詢有限公司，甘肅蘭州 730050）

電力線路通信主要由電力線纜連接構(gòu)成，電力線纜具體指發(fā)電廠、變電站、用戶三方之間的電能傳輸線路[1]。受傳送數(shù)據(jù)、信號方式、傳送地理位置等因素的影響，電力線可分為多種類型，常見的有架空線、線纜線、車間線[2]。

常規(guī)電力線路自動選線系統(tǒng)將多種功能相似的電力線纜混雜在一起使用，降低了電力線路的傳輸效率[3-4]。由于電力線自動選線系統(tǒng)的設(shè)計思想不能脫離線路設(shè)置的原則，一旦違反了該原則，就會擾亂電力系統(tǒng)的傳輸秩序，因此，電力線自動選線系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)十分謹慎。

基于快速、準確的遙感技術(shù)，該文分別對電力線自動選線系統(tǒng)的硬件設(shè)備和軟件區(qū)域進行了設(shè)計，達到了預期的目的。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 傳感器分析

電力線自動選線系統(tǒng)硬件區(qū)域傳感器通過遙感圖像識別電力系統(tǒng)對電力線的需求類型，并將檢測結(jié)果傳送到選線器中，維持系統(tǒng)正常運行。為提高HSUUWV 型傳感器的工作效率，設(shè)計容量負荷為容量量程的三分之二，并為傳感器預留了足夠的冗余空間，傳感器的使用量可達120%～150%[5-6]。傳感器示意圖如圖1 所示。

圖1 傳感器示意圖

通過靈敏度對傳感器性能進行評估，該文設(shè)計的傳感器靈敏度為89 V/g，器件輸出靈敏度系數(shù)為10[7-8]。使用阻抗78 Ω，工作電流20 A，工作電壓220 V，密封等級IP67，可防止油、水和腐蝕物對傳感器造成腐蝕，傳感器正常使用溫度范圍為-20～+70 ℃[9]。

1.2 影像糾正器分析

在遙感圖像拍攝過程中，受外界因素的影響，圖像會出現(xiàn)一定的偏差失真，因此影像校正裝置需要對遙感圖像進行校核，以確保電力線自動選線系統(tǒng)的工作精度。為實現(xiàn)上述功能，該文選用HISJ-928型圖像糾正器，該圖像糾正器的工作模式為自適應(yīng)細分模式，其影響最小比為-1，最大比為2，對整體圖像的顏色閾值為0.1，對正常圖像閾值為0.05。

該圖像糾正器采用多路信號輸出，輸入方式保證了糾正器的工作速度，具有120×1 200 的兼容分辨率，為了提高糾正器的工作效率，設(shè)計了強制輸出函數(shù)。該裝置采用TCP-IP 控制方式，簡化了圖像糾正器的工作流程[10-11]。

1.3 處理程序分析

作為電力線自動選線系統(tǒng)硬件領(lǐng)域的重要設(shè)備之一，處理器的工作就是保持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為了達到系統(tǒng)的設(shè)計目標，采用了HIDH-87處理器。

處理器結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 處理器結(jié)構(gòu)

該處理器的主頻為3.0 GHz，外頻為133 MHz，處理器的核心運行速度為1 097.85 MHz，倍率為11.0，倍率越大，處理器的處理性能跨越度越大。處理器的緩沖數(shù)據(jù)為15 MB，能夠減少系統(tǒng)內(nèi)排隊的冗余度。處理器采用16 核8 線程的模型完成工作，核心電壓為0.713 V。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計理念和預期功能，處理器的性能要求十分地嚴格，另外處理器的指令集包括MMX、SSE、SSE4.1、VT-X、AVX 等，HIDH-87處理器的睿頻最高可以達到4.3 GHz[12-13]。處理器是系統(tǒng)功耗消耗最大的一個器件，該文突破傳統(tǒng)處理器的設(shè)計，將處理器的熱功耗調(diào)整為45 W，延長系統(tǒng)的待機時間，降低系統(tǒng)電池的損害程度。

1.4 選線器分析

選線器的任務(wù)是接收傳感器傳輸?shù)碾娏€需求信息，然后根據(jù)遙感圖像內(nèi)容進行電力線的選取，該文選擇LTC-804 型號的選線器，此型號的選線器支持遙感影像的編碼格式為字母格式，選線器可以支持8 條或者8 條以下的中繼線的用戶。此選線器設(shè)置多個候補線路，用于選線通道的應(yīng)急。選線器的工作溫度范圍為0～55 ℃，工作的相對濕度為20%～90%，大氣壓力為70～106 kPa，選線器絕緣電阻為500 Ω，絕緣耐壓2.0 VAC，在一定程度上延長了選線器的工作周期。該選線器具有5 級的工頻磁場抗擾度，避免電力線選取過程中出現(xiàn)失誤。選線器電路如圖3 所示。

圖3 選線器電路圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該方法的基本原理是利用遙感圖像智能判讀技術(shù)，通過一種推理方法，將遙感圖像中的信息與所設(shè)計的電力線自動判讀系統(tǒng)相匹配，對需要判讀的電力線信息進行判讀，然后根據(jù)信息的特點，選擇最佳電力線類型。圖像智能解譯主要由圖像事實、實時參數(shù)定義和推理信息組成，其中圖像事實是圖像的不可變信息，也是圖像解譯的關(guān)鍵，一旦圖像事實被錯誤提取，則解譯的結(jié)果必然是錯誤的[14]。圖像實時參數(shù)定義為規(guī)范理解圖像實時翻譯，防止誤譯，推理信息是依據(jù)積累的經(jīng)驗知識完成推理，是遙感圖像解譯的核心內(nèi)容。

智能解譯是遙感圖像的第一步，是通過計算機語言將圖像中的信息轉(zhuǎn)換成計算機語言，為智能解譯奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。由于遙感影像知識獲取過程具有復雜性和重要性，該文采用半自動獲取方法來完成影像知識的獲取。然后對計算機內(nèi)部初始解譯知識庫進行調(diào)用，對所獲得的圖像知識數(shù)據(jù)進行精化處理；最后，通過圖像的解譯，根據(jù)圖像的解譯規(guī)則進行對照解譯，在完成解譯操作之后，為保證解譯的準確性，需要進行反譯驗證。

具體的解譯規(guī)則如下：

規(guī)則一：解譯過程中所涉及到的函數(shù)都要在函數(shù)運算的范圍內(nèi)完成解譯，否則無效。

規(guī)則二：如果圖像特征是一個單一的線性影紋，即可得出解譯電力線為A 型線纜。

任何遙感圖像智能解譯的過程都必須遵循規(guī)則一，規(guī)則一是圖像可繼續(xù)推理解譯的前提條件。

解譯驗證利用信息泵和消息隊列進行動態(tài)雙重校驗處理，處理后得出的圖像參數(shù)與解譯前的參數(shù)相同，則表示解譯成功。

遙感圖像智能解譯技術(shù)本身就存在一定的不確定性，為了將技術(shù)的不確定性降至最低，該文通過概率推理模型平衡遙感圖像智能解譯操作過程的不確定性。概率推理模型的核心是可信度理論，平衡模型如下：

其中，CF1表示解譯規(guī)則前的置信度；CF2表示解譯規(guī)則的置信度；CF表示解譯規(guī)則后的置信度[15-16]。

通過對遙感圖像智能解譯技術(shù)原理和解譯過程的分析，總結(jié)出基于遙感圖像智能解譯的電力線自動選線系統(tǒng)的工作流程，如圖4 所示。

圖4 電力線自動選線系統(tǒng)流程

該方法首先對遙感獲取的圖像進行圖像預處理，主要分為數(shù)據(jù)過濾和圖像校正兩個步驟；對所獲得的電力線纜和電力系統(tǒng)圖像進行有效提取，剔除不具特定意義的圖像，簡化了校正過程的復雜性。根據(jù)處理后的電源圖像計算出像素點及其正確位置，然后對兩組數(shù)據(jù)進行平均估計，得到初步校正圖像。最終檢查校正圖像像素的灰度值是否與反算帶校正圖像像素的灰度值相同，如相同則校正正確，否則將插入到初始校正圖像像素，得到最終的校正圖像。

然后，對校正后的遙感圖像進行解譯分析；對遙感圖像進行智能解譯，根據(jù)圖像的基本參數(shù)，分別解譯出用于電力線路的地理位置、接觸方類型、電力線路的轉(zhuǎn)角位置和電力分配量等與電力線路相關(guān)的信息。

最后根據(jù)影像的解譯分析，得出電力系統(tǒng)內(nèi)部最佳的電力線選線方案。

3 實驗分析

完成了基于遙感圖像智能解譯的電力線載波自動選線系統(tǒng)的設(shè)計，并達到規(guī)范要求和功能要求后，該系統(tǒng)才能投入運行，因此該文設(shè)計了對比實驗，驗證該系統(tǒng)的可行性。為確保試驗的科學性和真實性，采用文獻[1]中一種基于深度學習的電力線路自動選線系統(tǒng)(傳統(tǒng)的電力線路自動選線系統(tǒng)1)與文獻[2]中基于無人機影像的電力線路自動選線系統(tǒng)(傳統(tǒng)的電力線路自動選線系統(tǒng)2)與該文系統(tǒng)聯(lián)合進行實驗。該文以長春市綠園區(qū)某電力線路為實驗背景，該電力線路為普通建設(shè)用電線路，在進行實驗前，對現(xiàn)場進行必要的處理，防止外界因素的影響，同時觸發(fā)3 種電力線路自動選線系統(tǒng)啟動選線操作，在實驗過程中，由專業(yè)認證的電力自動選線系統(tǒng)同時完成選線操作，此選線結(jié)果作為重要的實驗結(jié)果對照數(shù)據(jù)。最后對選線結(jié)果進行對照分析，得出實驗結(jié)論。

得到的選線時間實驗結(jié)果如圖5 所示，選線結(jié)果準確率實驗結(jié)果如圖6 所示。由圖5、6 可知，基于遙感圖像智能解譯的電力線自動選線系統(tǒng)的選線結(jié)果和專業(yè)系統(tǒng)得出的選線結(jié)果相同，匹配度最高，3個系統(tǒng)得出的電力線自動選線結(jié)果的匹配度由高到低依次為基于遙感圖像智能解譯的電力線自動選線系統(tǒng)、傳統(tǒng)的電力線自動選線系統(tǒng)1、傳統(tǒng)電力線自動選線系統(tǒng)2。實驗完成時間由短到長依次是傳統(tǒng)的電力線自動選線系統(tǒng)1、基于遙感圖像智能解譯的電力線自動選線系統(tǒng)、傳統(tǒng)電力線自動選線系統(tǒng)2。通過以上結(jié)論可知，基于人工智能匹配的電力線自動選線系統(tǒng)不是最佳的選線系統(tǒng)。該文設(shè)計系統(tǒng)的選線結(jié)果還包括了其他建議的電力線類型，作為電力線連接的替補，然而傳統(tǒng)系統(tǒng)1 的選擇結(jié)果并不包括此項目。綜上所述，基于遙感圖像智能解譯的電力線自動選線系統(tǒng)是最佳的選線系統(tǒng)。

圖5 選線時間實驗結(jié)果

圖6 選線結(jié)果準確率實驗結(jié)果

得到這一結(jié)果的關(guān)鍵在于該文設(shè)計的系統(tǒng)采用遙感圖像智能解譯技術(shù)，將電力線路的應(yīng)用環(huán)境高度還原，然后根據(jù)電力線路的特殊特征，與所有的電力線類型進行匹配分析，得出最適合的電力線類型。另外，該文在系統(tǒng)硬件區(qū)域設(shè)計的各個重要器件的性能都是最高的，極大地提高了系統(tǒng)的運行，保證了系統(tǒng)的工作效率。

4 結(jié)束語

該文在電力線自動選線系統(tǒng)的硬件部分分別設(shè)計了選線器、傳感器、圖像糾正器和處理器，各部分性能良好，保證了系統(tǒng)的運行效率。分析了遙感圖像智能解譯技術(shù)的原理和過程，并對系統(tǒng)的硬件區(qū)域和軟件區(qū)域進行了協(xié)調(diào)，完成了基于遙感圖像智能解譯的電力線自動選線系統(tǒng)的設(shè)計，通過實驗驗證了該系統(tǒng)的可行性。