研究与开发
|
基于深度学习的架空输电线路绝缘子识别方法研究
宋欣杰, 金一鸣
国网浙江省电力有限公司德清县供电公司,浙江 湖州 313200
Research on deep learning based insulator recognition method for overhead transmission lines
SONG Xinjie, JIN Yiming
Deqing Power Supply Bureau, State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd, Huzhou, Zhejiang 313200
摘要 绝缘子存在破损、裂纹和污秽等问题会影响电力系统运行稳定性和供电可靠性,为此本文提出一种基于深度学习的架空输电线路绝缘子识别方法,以提升架空输电线路绝缘子识别精度,辅助绝缘子巡检工作。在YOLOv7-tiny模型中引入坐标注意力(CA)机制,并将卷积核为3×3、步幅为1的卷积替换为可变形卷积(DCN)v2;将损失函数交并比(IoU)值替换为归一化Wasserstein距离(NWD),提升复杂环境和遮挡环境下的识别能力。实验结果表明,与更快区域卷积神经网络(Faster R-CNN)、YOLOv5s、YOLOv7和原始YOLOv7-tiny模型相比,改进YOLOv7-tiny模型的平均检测精度分别提升了8.6、4.7、0.8和3.4个百分点,可有效实现对绝缘子的准确识别。
关键词 :
深度学习 ,
架空输电线路 ,
绝缘子识别
Abstract :Insulators with defects such as breakage, cracks and drops affect the stability of power system operation and reliability of power supply. Thus this paper proposes a deep learning based insulator recognition method for overhead transmission lines to improve the recognition accuracy. The coordinate attention (CA) mechanism is introduced into you only look once (YOLO) v7-tiny model and the convolution kernel of 3×3 with a step size of 1 is replaced by the deformable convolutional network (DCN) v2. The intersection over union (IoU) value of loss function is replaced by the normalized Wasserstein distance (NWD) to improve the insulator recognition capability in complex and occluded environments. The experimental results show that the improved YOLOv7-tiny model can effectively enhance the insulator recognition accuracy by improving the mean average precision (mAP) by 8.6%, 4.7%, 0.8%, and 3.4% compared with faster region convolutional neural network (Faster R-CNN), YOLOv5s, YOLOv7, and the original YOLOv7-tiny, respectively.
Key words :
deep learning
overhead transmission lines
insulator recognition
收稿日期: 2025-02-26
作者简介 : 宋欣杰(1998—),男,山东省烟台市莱阳市人,硕士,助理工程师,主要从事深度学习、变电运检与继电保护方面的研究工作。
引用本文:
宋欣杰, 金一鸣. 基于深度学习的架空输电线路绝缘子识别方法研究[J]. 电气技术, 2025, 26(9): 62-68.
SONG Xinjie, JIN Yiming. Research on deep learning based insulator recognition method for overhead transmission lines. Electrical Engineering, 2025, 26(9): 62-68.
链接本文:
https://dqjs.cesmedia.cn/CN/Y2025/V26/I9/62
[1] 王朝阳. 基于深度学习的输电线路绝缘子缺陷视觉检测技术研究[D]. 天津: 天津理工大学, 2021. [2] 孟令, 吴维国, 胡成城, 等. 一种万能绝缘子更换卡具的研制与分析[J]. 电气技术, 2023, 24(4): 52-56. [3] 曾维鋆. 基于深度学习的绝缘子检测与故障识别方法研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2020. [4] 张血琴, 周志鹏, 郭裕钧, 等. 不同材质绝缘子污秽等级高光谱检测方法研究[J]. 电工技术学报, 2023, 38(7): 1946-1955. [5] MIAO Xiren, LIU Xinyu, CHEN Jing, et al.Insulator detection in aerial images for transmission line inspection using single shot multibox detector[J]. IEEE Access, 2019, 7: 9945-9956. [6] 陈天航, 曾业战, 邓倩, 等. 基于Transformer与信息融合的绝缘子缺陷检测方法[J]. 电气技术, 2024, 25(8): 11-17. [7] LI Xuefeng, SU Hansong, LIU Gaohua.Insulator defect recognition based on global detection and local segmentation[J]. IEEE Access, 2020, 8: 59934-59946. [8] 吴含欣, 董树锋, 张祥龙, 等. 考虑碳交易机制的含风电电力系统日前优化调度[J]. 电网技术, 2024, 48(1): 70-80. [9] 刘运政, 邹德仕, 吕强, 等. 塔型支柱瓷绝缘子抗震特性分析[J]. 电气技术, 2024, 25(12): 50-54. [10] 李鑫, 刘帅男, 杨桢, 等. 基于改进Cascade R-CNN的输电线路多目标检测[J]. 电子测量与仪器学报, 2021, 35(10): 24-32. [11] 李斌, 屈璐瑶, 朱新山, 等. 基于多尺度特征融合的绝缘子缺陷检测[J]. 电工技术学报, 2023, 38(1): 60-70. [12] 王昱晴, 袁田, 聂霖, 等. 玻璃绝缘子玻璃件缺陷的机器视觉检测方法[J]. 高电压技术, 2022, 48(12): 4933-4940. [13] 张烨, 李博涛, 尚景浩, 等. 基于多尺度卷积注意力机制的输电线路防振锤缺陷检测[J]. 电工技术学报, 2024, 39(11): 3522-3537. [14] 王佰川, 王聪. 基于改进YOLOv4的配电线路绝缘子与避雷器快速检测研究[J]. 电瓷避雷器, 2023(3): 166-174. [15] 裴少通, 张行远, 胡晨龙, 等. 基于ER-YOLO算法的跨环境输电线路缺陷识别方法[J]. 电工技术学报, 2024, 39(9): 2825-2840. [16] HOU Qibin, ZHOU Daquan, FENG Jiashi.Coordinate attention for efficient mobile network design[C]//2021 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), Nashville, TN, USA, 2021: 13713-13722. [17] REN Hanpeng, DONG Lei, JIN Yangang, et al.Study on the lightweighting of YOLOv5s model for precise detection of irregular-shaped components[J]. Frontiers in Computing and Intelligent Systems, 2024, 6(3): 75-80. [18] GUO Shibo, REN Tianyu, WU Qing, et al.Fruit classification based on improved YOLOv7 algo- rithm[J]. Embedded Selforganising Systems, 2023, 10(7): 14-17. [19] ZHANG Jiarui, WEI Xia, ZHANG Linxuan, et al.YOLO v7-ECA-PConv-NWD detects defective insu- lators on transmission lines[J]. Electronics, 2023, 12(18): 3969. [20] TAO Xian, ZHANG Dapeng, WANG Zihao, et al.Detection of power line insulator defects using aerial images analyzed with convolutional neural networks[J]. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 2020, 50(4): 1486-1498.
[1]
靳江江, 冯俊生, 李季聪, 唐佳. 基于温度特征分析的海缆埋深状态识别 [J]. 电气技术, 2025, 26(8): 44-49.
[2]
张文广, 曾祥玖, 刘重阳. 基于改进YOLOv7的电力调度控制系统图元识别方法研究 [J]. 电气技术, 2025, 26(5): 1-9.
[3]
李宽宏, 林金树, 江捷, 朱少芬, 肖中波. 基于信号包络与希尔伯特边际谱的高阻接地故障检测方法 [J]. 电气技术, 2024, 25(6): 39-46.
[4]
方正刚. 基于通道融合的Res-CNN-LSTM电网虚假数据注入攻击检测 [J]. 电气技术, 2024, 25(3): 11-17.
[5]
廖方舟, 杨晓霞, 杨容浩, 施琪琦. 基于改进YOLOv8的街景图像变压器目标检测 [J]. 电气技术, 2024, 25(12): 12-20.
[6]
臧国强, 刘晓莉, 徐颖菲, 陈雨露, 李文波. 深度学习在电力设备缺陷识别中的应用进展 [J]. 电气技术, 2022, 23(6): 1-7.
[7]
江晶晶, 窦真兰, 杨海涛, 赵敏. 贫乏信息下基于深度迁移学习的智慧建筑负荷预测方法 [J]. 电气技术, 2022, 23(5): 55-61.
[8]
金亮, 冯裕霖, 曹佳豪, 王艳阳. 基于注意力与长短期记忆网络的变压器代理模型 [J]. 电气技术, 2021, 22(7): 65-71.
[9]
贾君宜, 吴命利, 宋可荐, 王琪. 基于短时傅里叶变换和深度学习的牵引网过电压辨识 [J]. 电气技术, 2021, 22(10): 1-10.
[10]
杨波, 曹雪虹, 焦良葆, 孔小红. 改进实时目标检测算法的电力巡检鸟巢检测 [J]. 电气技术, 2020, 21(5): 21-27.
[11]
张恒志, 扎西曲达, 杨浩, 吴晓睿, 刘泽辉. 西藏电网220kV线路雷害故障及防雷措施分析 [J]. 电气技术, 2020, 21(4): 122-124.
[12]
黄绪勇, 聂鼎, 何勇, 付向全. 基于WebGIS的架空输电线路防灾减统的研究及应用 [J]. 电气技术, 2019, 20(2): 79-84.
[13]
张言攀, 黄付顺. 基于模糊Petri网的架空输电线路状态评估 [J]. 电气技术, 2018, 19(6): 65-68.
[14]
黄旭超. 深度学习与电力智能化的思考 [J]. 电气技术, 2018, 19(11): 1-4.
[15]
董德杰. 直线杆塔两侧导线覆冰厚度的改进称重法 [J]. 电气技术, 2015, 16(04): 52-55.