摘要：电力部门始终是国民经济发展的重要部门，输电线路事业也是现代化基础设施的重要组成部分。高压输电线路的应用满足了我国经济持续发展形势下不断扩张的用电需求，成为维护电力部门稳定运转的重要保障。新时期，输电线路的应用将更加广泛，因此必须认识到针对输电线路锈蚀检测进行了研究分析。
关键词：输电线路；锈蚀检测
1前言
输电线路属于电力系统重要组成部分，其安全运行保障国家的供电可靠性。由于输电线路局域性广、穿越区域地形复杂且易受不良自然环境侵害，通常采用人工巡检方式监测输电线路运行情况。人工巡检劳动强度大、耗时长，效率低下，且现代输电线路通常传输高压，危险性较高。输电线路监测需要明确故障，保障安全。
2架空线路腐蚀机理
制定防腐措施时，首先必须了解腐蚀产生的原因，了解腐蚀机理，才能采取有效的防治办法。
2.1溶液腐蚀
金属在干燥的空气中形成的氧化膜一般能起到保护内部的作用，但是，果金属表面有水分存在，就会形成电解质溶液，加之金属表面的物理特性和化学成份的不均匀性，使电解溶液成为局部微电池，导致金属腐蚀。
2.2空气腐蚀
（１）金属在各种气体中的耐腐蚀各不相同，对亚硫酸气体，铝的耐腐蚀性比铜好，而对沿海含盐的潮湿空气来说，则以铜为最好。对导线的空气曝露试验表明单股线在条件较好的农业区，除钢线外，腐蚀都比较轻，而且各材质之间差异不大，在腐蚀情况较严重地区，以铜耐腐蚀性为最好。绞线的腐蚀情况要比单股线轻，线股数较多时，内层线由于受到外层的保护而腐蚀减轻。线股越细，腐蚀就越严重；铝股线的纯度越高其耐腐蚀性就越强。（２）目前使用量最大的钢芯铝绞线产生腐蚀的原因是：空气腐蚀、钢线和铝线间的接触腐蚀，绞线中的问隙腐蚀等。
3锈蚀检测系统设计
电磁脉冲逆散射成像检测系统主要设备有：电磁脉冲发射装置、多组发射天线、电磁接收装置、接收天线以及数据解析与成像系统电磁脉冲发射系统的输出端连接发射天线，在发射天线信号覆盖范围内安置多组信号接收装置。电磁接收系统的输入端连接各组信号接收装置，电磁信号接收系统的输出端连接数据解析及成像系统电磁脉冲发射系统定时发出的脉冲信号通过发射天线定向发射到地面下敷设的输电线路，信号在土壤介质和输电线路金属导体之间传递。各组信号接收装置收集到包涵输电线路状态信息的信号后，再经电磁信号接收系统传递给数据解析及成像系统，进行信号解读和图像构建。
3.1电磁信号检测装置设计
为了实际工程需求，本文所采用收发一体化天线阵列设计，天线定时发送脉冲信号并接收散射体散射的电磁信号并进行相应的处理。本文采用逆散射成像技术进行输电线路的锈蚀检测，是向输电线路区域发射电磁波波信号。信号穿过土壤层直达输电线路导体，导体反射电磁波为接收装置收集。然后利用信号解析技术分析包涵输电线路状态信息的回波信号，得到反映输电线路物理外观的锈蚀状态图。运用逆散射成像检测输电线路锈蚀情况需要解决以下两点问题：1）要对电力系统规模庞大的输电线路进行成像检测，需要计算能力强大的设备处理数据并运算；2）电磁回波将包涵输电线路锈蚀状态的信息传递给成像系统，因此成像算法尤为重要。
3.2逆散射成像检测系统设计
由电磁散射波求出散射体的物理特性，是建立在电磁散射理论基础上的。逆散射成像是向待测物体发射给定的电磁波，经物体反射后的散射电磁波包涵物体的某些区里特性，再根据这些信息便可获取其几何形状等物理参数。逆散射理论广泛应用于遥感、探伤、医学成像等形态识别领域。通过采用对比源反演方法，实现电磁场散射体介电常数的重构。数据分析及成像系统根据接收的散射电磁波信号数据进行分析，再经过格林函数处理并初始化。通过构造目标函数和数据函数的迭代修正，实现目标函数的最优化处理。运用电磁波的逆散射特性来检测输电线路的锈蚀损坏状况，可以更有效地判断锈蚀状态和断裂位置。根据电磁脉冲逆散射原理开发的成像技术能够实现物理形态成像和电性参数成像，且电磁波散射成像技术比传统的反射波形成的图像具有更高的分辨率，在输电线路的锈蚀状态检测中尤为重要。目前逆散射成像技术已经取得了一些进展，但一些研究学者们在借助该技术进行输电线路的锈蚀检测时，却没有重视介电常数的影响，只对电导率进行了逆散射成像，忽略了土壤介质的介电常数亦能清晰反映输电线路的锈蚀状态。故而，研究输电线路和土壤层的电导率与介电常数对逆散射电磁波成像的影响，是提高探测精确度的关键。
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4基于颜色和纹理特征的输电线路锈蚀区域检测
由于采集的高压输电线路图像来源于野外自然环境中，长期受到恶劣气候影响，金具表面受雨水腐蚀易形成三氧化二铁和四氧化三铁的混合物，即锈蚀。锈蚀的产生从表面氧化开始并会不断蔓延加深，其主要有暗红色或红色的颜色特征。本实验所使用的实验数据均是无人机航拍所得，所有图像均为ＪＰＧ格式，其航拍角度和航拍距离是多变的，具有全方位、多角度的实验样本。实验数据采集的硬件设备均来自于同种型号无人机，在颜色特征和分辨率上差异性不会太大，但是需要将图像尺寸归一化为可接受范围。当然，分割图像的预处理同样有利于锈蚀区域的识别与检测。
4.1锈蚀图像颜色空间区分
实验采用的是彩色图像，即ＲＧＢ图像，这是与人类视觉感知最接近的颜色模型。以数学方式对颜色进行形象化表示即为颜色空间，其可用于指定和产生颜色比如，对于人来说，人们对颜色的定义可通过亮度、色调、饱和度等来实现；对于显示设备，人们描述颜色时可利用光体的发光量来表示，如红、绿和蓝磷等光体；而对于打印设备，可通过颜色的反射和吸收，如青色、品红色、黄色等颜色，从而产生指定颜色。颜色空间与设备选择息息相关，目前人们已构建了各式的颜色空间，不同的颜色空间适应不同的应用场合。以下简要介绍ＲＧＢ和ＹＣｒＣｂ颜色空间的定义。（１）ＲＧＢ颜色空间ＲＧＢ颜色模型在电视机和多媒体计算机的硬件系统中有广泛应用。该模型是通过Ｒ、Ｇ、Ｂ三种基色不同程度的叠加来产生不同的颜色。图像中每个像素点的４８Ｒ、Ｇ、Ｂ分量都为一个０至２５５之间的灰度值，三种基色的不同组合就可以形成１６００多万种颜色。基于不同的Ｒ、Ｇ、Ｂ灰度值就可以形成不同的彩色图像。用一个单位三维立方体来描述ＲＧＢ彩色空间，这样每个ＲＧＢ取值都会在０－１之间，由这个模型可知，每个图像包括三个基本平面，或者说每个图像像素点都可以分解到三个基本平面上。当三个基色分量都为０时混合为黑色光，相反，当三个基色分量都为１时混合为白色光。ＲＧＢ图像的三个组成部分密切相关。这些组件的直接使用往往不能达到预期的效果，为了减少各个特征组件之间的相关性，常常需要将ＲＧＢ图像颜色空间变换到其他颜色空间中使用。（２）ＹＣｒＣｂ颜色空间ＹＣｒＣｂ简称ＹＣＣ，是由ＹＵＶ颜色空间派生出来的。其主要基于八位二进制格式用于数字电视系统中。ＹＵＶ颜色空间具有向后兼容的特点，主要用于彩色视频信号的传输。其中，Ｙ是亮度，Ｕ和Ｖ是色度，均反映了色彩饱和度的变化。颜色的两个特征可通过色度来定义：色调Ｃｒ和饱和度Ｃｂ，分别表示ＲＧＢ输入信号红色部分和ＲＧＢ输入信号蓝色部分与ＲＧＢ信号壳度值之间的差异。
4.2锈蚀严重程度等级
髙压输电线路的锈蚀严重影响供电系统的正常运行，发现锈蚀缺陷并及时修复成为亟待解决的问题。输电线路金具锈蚀缺陷严重到何种程度需要进行维修，目前并没有相关的规定和标准，通常依靠相关工作人员的经验判断，难免会错过最佳维修时机。因此，我们需要判断锈蚀的严重程度，一方面可以缓解腐蚀的发展，延长使用寿命，另一方面可以减少经济费用和人力资源浪费。
4.3锈蚀缺陷检测方法
目前，锈蚀缺陷的检测方法研宄比较少，本文主要是针对锈蚀的颜色特征来进行锈蚀区域提取，实验证明有比较好的检测效果。针对航拍图像来说，锈蚀缺陷主要存在于金属器具，连接装置，接地装置，杆塔等位置，然而对于一张彩色的背景复杂的图像，基于单纯的颜色特征的锈蚀提取会受到很多相似颜色的干扰，容易造成误检或者漏检。因此要想得到理想的检测效果必须从图像的分割开始，提取前景目标。本节锈蚀检测也是建立在分割图像的基础上，直接对前景目标区域进行锈蚀检测和识别。分析总结可以得到如下的锈蚀检测步骤：（１）对分割后图像作形态学优化；（２）转换分割后图像的ＲＧＢ颜色空间模型为ＹＣｒＣｂ颜色空间模型；（３）提取分离ＹＣｒＣｂ颜色空间三通道的彩色图像，得到Ｑ？通道的灰度图像；（４）根据锈蚀缺陷颜色特征对Ｃｒ通道灰度图像进行阈值分割，根据大量实验结果确定锈蚀缺陷的Ｃｒ分量阈值；（５）获得锈蚀二值图像后计算其像素点个数，求面积比例，判断缺陷等级。通过以上算法步骤就可以对分割图像得到良好的锈蚀检测结果。简单易懂，易于实现，有很好的实用性。
5结论
输电线路在我国的电力系统中扮演着重要的角色，对于维护电力供应的稳定、满足居民生活与工业生产的用电需求具有重要意义。为了有效提高电力部门的检修效率，针对多样化的故障问题，需要采用科学合理的试验方法与检测技术，在第一时间消除故障对电力系统的影响。
参考文献：
[1]唐瑶，朱允龙，雷静静.船舶电力电路短路检测系统设计[J].舰船科学技术，2019，41（04）：88-90.
[2]吕文辉.GPRS电力检测系统的开发和实现[J].农村电气化，2016（04）：43-44.
[3]王泓.电力检测车整体改装工业设计[D].南昌大学，2013.
[4]林明河.基于GPRS电力检测系统开发与实现[D].电子科技大学，2012.
论文作者:徐广明,王振华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/17
标签：锈蚀论文; 颜色论文; 线路论文; 图像论文; 信号论文; 电磁论文; 空间论文; 《电力设备》2019年第21期论文;