CN111027402B - 一种自然灾害风险智能检测与评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自然灾害风险智能检测与评估方法及应用,方法包括:建立配电网杆塔通道环境遥感图像训练和验证数据集;通过建立基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型,确定目标风险区域;训练基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型,产生模型输出结果;通过建立基于Yolov3目标检测模型智能配电网杆塔通道环境多风险检测和评估方法对风险目标进行检测和评估,输出评估结果。本发明能够提高安全隐患排查的全面性与准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力物联网领域及人工智能领域,特别是一种自然灾害风险智能检测与评估方法及应用。
背景技术
传统的配电线路风险监测,主要依靠运维人员对线路进行巡视检查,掌握线路运行状况及周围环境的变化,发现设备缺陷和危及线路安全的隐患,在相应表格上手工记录故障或缺陷数据,然后,提出具体检修意见,以便及时消除缺陷、预防事故发生或将故障限制在最小范围。这种巡检方法主要存在以下缺陷:
(1)管理漏洞:因为输配电线路地理分布较广,巡检员的到位率,同时巡检员在巡检过程中员一般都是独立作业,无法保证巡检缺乏信息提示,难以保证巡检质量,极易出现漏检、错检,甚至出现不到现场而编造巡检结果的现象。
(2)工作繁杂:巡检工作量大便。回到办公室后,工作时间长,巡检人员拿着巡线记录表在现场抄写很不方,数据需要重新录入电脑,不仅速度慢,工作量大,而且容易出错、数据不便保存、查询。
(3)数据无法被有效利用:系统所表现的信息,要么通过大量文字的形式描述,要么用表格的形式表现,且数据分析统计较差,无法直观反映线路设备的地理特征,如故障是否集中发生于某一区域,影响范围有多大等等。在利用已有信息进行评估、管理决策时,重要的信息往往会被大量、繁杂的数据所淹没。
随着人工智能技术的迅速发展,遥感图像识别技术已广泛应用于卫星发射、地址调查、城市规划与建设、抗震救灾等领域;配电网风灾、洪涝等安全隐患均与地理信息密切相关,因此,若能将遥感图像识别技术应用于配电网风灾、洪涝等自然灾害检测与评估,能有效较少人工工作量,且能提高安全隐患排查的全面性与准确性。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种能提高检测速率与准确性的自然灾害风险智能检测与评估方法及应用。
一种自然灾害风险智能检测与评估方法,包括以下步骤:
S1:建立配电网杆塔通道环境遥感图像训练和验证数据集,包括从GIS遥感卫星系统上截取多幅含有目标的多尺度遥感图像,并对多尺度遥感图像中的目标进行类别和位置标注,得到图像样本集,N=[I1,I2,...,IN];
S2:通过建立基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型对步骤S1获得的遥感图像样本集提取特征数据,确定目标风险区域;
S3:通过对基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型进行训练,得到学习模型,将步骤S2中所述的特征数据输入学习模型,产生模型输出结果;
S4:通过建立基于Yolov3目标检测模型智能配电网杆塔通道环境多风险检测和评估方法对风险目标进行检测和评估,输出评估结果。
进一步地,步骤S1中所述图像样本集采用分割方式将其划分为训练样本集train和验证样本集valid;
进一步地,所述图像样本集中含有待检测的配电网杆塔通道环境多风险隐患,所述配电网杆塔通道环境多风险隐患包括风灾和/或汛灾。
进一步地,所述步骤S2中,通过建立基于Yolov3目标检测模型的配电网遥感图像特征提取结构模型对图像样本集提取特征数据;然后依次建立第一尺度大型目标检测模型、第二尺度中型目标检测模型以及第三尺度小型目标检测模型,最后采用第一尺度大型目标检测模型、第二尺度中型目标检测模型以及第三尺度小型目标检测模型依次对特征数据进行效果模拟。
进一步地,所述遥感图像特征提取结构模型采用DarkNet53特征提取网络。
进一步地,所述DarkNet53具有53个卷积层,步骤S1中共进行五次下采样,能够防止在深层次梯度消失或者爆炸。
进一步地,DarkNet53采用Leak Relu为激活函数,将特征数据进行归一化处理。
进一步地,所述S3步骤方法如下:
S31:选取darknet53.conv.74权重初始化Yolov3目标检测模型;
剥离基于Voc2007数据集上训练的darknet前53层特征权重,对Yolov3目标检测模型训练初始化,利用图像样本集继续训练模型;
S32:对基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔多风险检测模型进行参数设置。
进一步地,所述S4的步骤方法如下:
S41:基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测:将目标风险区域划分为若干子区域,所述子区域包括湖泊、荒地、平原或河流;
如果检测环境存在湖泊、河流,则判断配电网需要预防汛潮;如果检测环境存在荒地、平原,则判断配电网需要防风;
S42:基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险评估,如果检测环境存在一个子区域,则判断风险是低微隐患;如果检测环境存在两个子区域,且两个子区域均位于两杆塔所在直线区域附近,则划分为中度隐患;如果检测环境中存在三个及以上子区域,则判断配电网杆塔通道环境存在高危隐患。
本发明还公开一种上述自然灾害风险智能检测与评估方法在配电网杆塔通道环境的应用。
本发明的有益效果:针对配电网杆塔通道环境的多风险检测和评估需求,没有采取传统意义上的方法。本发明基于Yolov3目标检测模型的配电网通道环境多风险目标检测方法,实现了对配电网杆塔通道环境多风险目标快速检测。相对传统的目标检测算法而言,基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型,提高了目标检测的速率和准确性,实现了对配电网杆塔通道环境的多风险检测,为预防智能配电网杆塔系统多风险提供了有效的理论保障。
附图说明
图1是本发明中配电网杆塔通道环境多风险检测技术路线框图;
图2是本发明中基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔多尺度目标预测模型图;
图3是本发明中配电网防风防汛多风险评估系统;
图4是本发明中DarkNet53结构图;
图5是本发明中残差模块集结构图;
图6是本发明中残差模块结构图;
图7是本发明中卷积模块结构图;
图8是本发明中第一尺度预测模型图;
图9是本发明中第二尺度预测模型图;
图10是本发明中第三尺度预测模型图;
图11是本发明中Yolov3目标检测模型图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
如图1-3所示,一种自然灾害风险智能检测与评估方法,具体应用在配电网杆塔通道方粉防汛评估系统,该系统包括配电通道遥感图像分块集合模块和配电网杆塔通道环境多风险检测模块,方法包括以下步骤:
S1:建立配电网杆塔通道环境遥感图像训练和验证数据集;
从GIS遥感卫星系统上截取多幅含有目标的多尺度遥感图像,并对多尺度遥感图像中的目标进行类别和位置标注,得到图像样本集;
S2:通过建立基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型对步骤S1获得的遥感图像样本集提取特征数据,确定目标风险区域;
S3:通过对基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型进行训练,得到学习模型,将步骤S2中所述的特征数据输入学习模型,产生模型输出结果;
S4:通过建立基于Yolov3目标检测模型智能配电网杆塔通道环境多风险检测和评估方法对风险目标进行检测和评估,输出评估结果。
步骤S1中图像样本集采用分割方式将其划分为训练样本集train和验证样本集valid;
图像样本集中含有待检测的配电网杆塔通道环境多风险隐患,配电网杆塔通道环境多风险隐患至少包括风灾、汛灾。
步骤S2的方法步骤如下:通过建立基于Yolov3目标检测模型的配电网遥感图像特征提取结构模型对图像样本集提取特征数据;然后依次建立第一尺度大型目标检测模型、第二尺度中型目标检测模型以及第三尺度小型目标检测模型,最后采用第一尺度大型目标检测模型、第二尺度中型目标检测模型以及第三尺度小型目标检测模型依次对特征数据进行效果模拟;
具体地,选取DarkNet53作为遥感图像特征提取网络结构,对特征数据进行量化,该设置进一步实现了配电网多风险目标检测模型,以最大安全性、稳定性和经济性为前提,利用自主构建的配电网通道环境遥感图像对目标检测模型进行训练。而且采取多尺度、批量正则化方法提升Yolov3目标检测模型泛化能力。
如图4所示,Darknet DarkNet53具有53个卷积层,一共进行了五次下采样,能够防止在深层次梯度消失或者爆炸。
具体地,如图5、6所示,DarkNet53中的残差模块集效果;
如图7示,DarkNet53中的卷积模块效果;
DarkNet53采用Leak Relu为激活函数,将特征数据进行归一化处理。
S3步骤方法如下:基于DarkNet53特征提取网络依次建立第一尺度大型目标检测模型、第二尺度中型目标检测模型以及第三尺度小型目标检测模型。效果如图8-11所示,从而构成目标检测模型。
S3步骤方法如下:
S31:选取darknet53.conv.74权重初始化Yolov3目标检测模型,其效果:
剥离基于Voc2007数据集上训练的darknet前53层特征权重对Yolov3目标检测模型训练初始化,利用图像样本集继续训练模型;
S32:对基于Yolov3的配电网杆塔多风险检测模型进行参数设置;
具体地,在config文件中对Yolov3目标检测模型中训练网络结构参数进行设置:max_batches=20000;learning_rate=0.001;batch=64;burn_in=1000;width=416;height=416;random=1;filter=(n+5)×3;
S4的步骤方法如下:
S41:基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测:
将目标风险区域划分为若干子区域,子区域包括湖泊、荒地、平原或河流;
如果检测环境存在湖泊、河流,则判断配电网需要预防汛潮;如果检测环境存在荒地、平原,则判断配电网需要防风;
S42:基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险评估,如果检测环境存在一个子区域,则判断风险是低微隐患;如果检测环境存在两个子区域,且两个子区域均位于两杆塔所在直线区域附近,则判断为中度隐患;如果检测环境中存在三个及以上子区域,则判断配电网杆塔通道环境存在高危隐患。
本发明还公开了一种自然灾害风险智能检测与评估方法,在配电网杆塔通道环境的应用。
上述实施例仅描述现有设备最优使用方式,而运用类似的常用手段代替本实施例中的元素,均落入保护范围。
Claims (6)
1.一种自然灾害风险智能检测与评估方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:建立配电网杆塔通道环境遥感图像训练和验证数据集,包括从GIS遥感卫星系统上截取多幅含有目标的多尺度遥感图像,并对多尺度遥感图像中的目标进行类别和位置标注,得到图像样本集;
S2:通过建立基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型,确定目标风险区域;
S3:将步骤S1的图像样本集在基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测模型中进行训练,产生模型输出结果;
S4:通过建立基于Yolov3目标检测模型智能配电网杆塔通道环境多风险检测和评估方法对输出结果进行检测和评估,输出评估结果;
所述图像样本集中含有待检测的配电网杆塔通道环境多风险隐患,所述配电网杆塔通道环境多风险隐患包括风灾和/或汛灾;
所述步骤S2中,通过建立基于Yolov3目标检测模型的配电网遥感图像特征提取结构模型对图像样本集提取特征数据;然后依次建立第一尺度大型目标检测模型、第二尺度中型目标检测模型以及第三尺度小型目标检测模型,最后采用第一尺度大型目标检测模型、第二尺度中型目标检测模型以及第三尺度小型目标检测模型依次对特征数据进行效果模拟;
所述S4的步骤方法如下:
S41:基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险检测,将目标风险区域划分为若干子区域,所述子区域包括湖泊、荒地、平原或河流;
如果检测环境存在湖泊、河流,则判断配电网需要预防汛潮;如果检测环境存在荒地、平原,则判断配电网需要防风;
S42:基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔通道环境多风险评估,如果检测环境存在一个子区域,则判断风险是低微隐患;如果检测环境存在两个子区域,且两个子区域均位于两杆塔所在直线区域附近,则划分为中度隐患;如果检测环境中存在三个及以上子区域,则判断配电网杆塔通道环境存在高危隐患。
2.根据权利要求1所述的一种自然灾害风险智能检测与评估方法,其特征在于:步骤S1中所述图像样本集采用分割方式将其划分为训练样本集和验证样本集。
3.根据权利要求1所述的一种自然灾害风险智能检测与评估方法,其特征在于:所述遥感图像特征提取结构模型采用DarkNet53特征提取网络。
4.根据权利要求3所述的一种自然灾害风险智能检测与评估方法,其特征在于:所述DarkNet53具有53个卷积层,步骤S1中共进行五次下采样。
5.根据权利要求4所述的一种自然灾害风险智能检测与评估方法,其特征在于:DarkNet53采用Leak Relu为激活函数,将特征数据进行归一化处理。
6.根据权利要求5所述的一种自然灾害风险智能检测与评估方法,其特征在于:所述S3步骤方法如下:
S31:选取darknet53.conv.74权重初始化Yolov3目标检测模型,剥离基于Voc2007数据集上训练的darknet前53层特征权重,对Yolov3目标检测模型训练初始化,利用图像样本集继续训练模型;
S32:对基于Yolov3目标检测模型的配电网杆塔多风险检测模型进行参数设置。
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