CN113252984A - 基于蓝牙绝缘子测量仪的测量数据处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于蓝牙绝缘子测量仪的测量数据处理方法及系统，该方法包括：基于绝缘子的空间位置对测量的绝缘子的电阻值进行整合，得到三维电阻值矩阵；所述三维电阻值矩阵中包括若干基杆塔上每片绝缘子的测量电阻值；对三维电阻值矩阵进行分块后利用训练好的自编码网络进行压缩，其中，自编码网络包括编码器、第一解码器和第二解码器，利用编码器对分块后得到的三维电阻值子矩阵进行压缩，得到特征向量，利用第一解码器对特征向量进行处理，得到恢复的三维电阻值子矩阵，利用第二解码器对特征向量进行处理，得到三维的绝缘子状态矩阵。本发明实现了绝缘子数据的压缩，使得需要传输的数据量减少，减轻了数据传输和存储的负担。

Description

基于蓝牙绝缘子测量仪的测量数据处理方法及系统

技术领域

本发明涉及电网领域，具体为一种基于蓝牙绝缘子测量仪的测量数据处理方法及系统。

背景技术

绝缘子是电网中大量使用的一种绝缘部件，在搬运和施工过程中，可能会因碰撞导致绝缘子留下伤痕；在运行过程中，可能由于雷击事故，使绝缘子破碎或损伤；或者由于机械负荷和高电压的长期联合作用，导致绝缘子的劣化；上述情况都将使绝缘子的击穿电压不断下降，当击穿电压下降至小于沿面干闪电压时，绝缘子为低值绝缘子，进一步地，内部击穿电压为零时，绝缘子为零值绝缘子；在污秽环境中，当绝缘子串中存在低值或零值绝缘子时，绝缘子在过电压甚至在工作电压作用下易发生闪络事故。

电力绝缘子电阻的好坏是表征绝缘子运行状态的重要数据，高压输电线路绝缘子电阻值的大小，是直接关系到线路的安全稳定运行，能够科学地表征绝缘子绝缘水平。但绝缘子是输电线路使用非常广泛的一种器件，因此，采集的大量的绝缘子的电阻值数据给数据通信和其存储造成了严重的负担。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于蓝牙绝缘子测量仪的测量数据处理方法及系统，该方法包括：

通过蓝牙绝缘子测量仪采集绝缘子的电阻数据；基于绝缘子的空间位置对测量的绝缘子的电阻值进行整合，得到三维电阻值矩阵，所述三维电阻值矩阵的维度包括绝缘子片维度，所述三维电阻值矩阵中包括若干基杆塔上每片绝缘子的测量电阻值；

对三维电阻值矩阵进行分块，利用自编码网络中的编码器对分块后得到的初始三维电阻值子矩阵进行压缩得到特征向量；其中，自编码网络的损失包括各元素的加权损失，获取输入编码器的三维电阻值子矩阵中元素值与判断绝缘子状态的电阻阈值的接近程度，元素的权重与接近程度正相关。

进一步地，利用自编码网络中的第一解码器对特征向量进行解码，恢复三维电阻值子矩阵。

进一步地，对所述特征向量进行存储。

进一步地，若恢复得到的三维电阻值子矩阵中存在错误电阻值，则还需在初始三维电阻值子矩阵中获取错误电阻值对应的初始电阻值进行存储。

进一步地，所述自编码网络还包括第二解码器，第二解码器对所述特征向量进行解码，得到三维的绝缘子状态矩阵；其中，绝缘子状态包括正常和异常。

进一步地，训练所述第一解码器时采用的损失函数为加权均方误差函数，具体地：

表示三维电阻值子矩阵中共有

个元素，

表示输入编码器的三维电阻值子矩阵中第

个元素的权重，

表示第一解码器输出的三维电阻值子矩阵中第

个元素的值，

表示输入编码器的三维电阻值子矩阵中第

个元素的值。

进一步地，根据元素位置对应的绝缘子串的绝缘子片数获得第一权重，根据元素位置对应的绝缘子串中各绝缘子片电阻值接近电阻阈值的程度获得第二权重，根据元素值接近电阻阈值的程度获得第三权重，第一权重、第二权重、第三权重相加得到元素的权重。

进一步地，如所述测量数据处理方法的系统，包括采集模块，用于采集绝缘子的电阻数据；

整合模块，用于基于绝缘子的空间位置对测量的绝缘子的电阻值进行整合，得到三维电阻值矩阵，所述三维电阻值矩阵的维度包括绝缘子片维度，所述三维电阻值矩阵中包括若干基杆塔上每片绝缘子的测量电阻值；

压缩模块，用于对三维电阻值矩阵进行分块，利用自编码网络中的编码器对分块后得到的初始三维电阻值子矩阵进行压缩得到特征向量；其中，自编码网络的损失包括各元素的加权损失，获取输入编码器的三维电阻值子矩阵中元素值与判断绝缘子状态的电阻阈值的接近程度，元素的权重与接近程度正相关。

本发明的有益效果在于：

1.本发明构建包含绝缘子片维度的三维电阻值矩阵来实现绝缘子各绝缘片电阻数据的数字化，提高了绝缘子电阻数据处理的效率。

2.本发明利用自编码网络对三维电阻值矩阵进行压缩，减少了绝缘子电阻数据传输和存储时的数据量，同时，结合获取的错误电阻值对应的初始电阻值，可以恢复出准确的绝缘子电阻数据。

3.本发明中的自编码网络包括两个分支，一个分支在对编码器输出的特征向量进行三维电阻值矩阵恢复的同时，另一个分支还可以对特征向量进行处理得到三维的绝缘子状态矩阵，不仅使相关人员可以更加直观的了解绝缘子的工作状态，而且两支网络配合提高了网络的训练效率以及第一解码器输出数据的精度；本发明结合绝缘子电阻值分布特性设置加权损失，提高了绝缘子电阻数据压缩数据的有效性。

具体实施方式

为了让本领域技术人员更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细描述。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

现有技术中获取绝缘子电阻数据的传输方法为：测量绝缘子的电阻，并将测量结果发送至终端，具体地：

利用绝缘子电阻测量仪测量绝缘子的电阻，绝缘子电阻测量仪的工作原理是测量仪内部利用干电池或者充电池，通过电压放大电路产生高压（5000V左右），电压作用到瓷绝缘子两端，产生电流，测量仪内部电压除以电流，得到绝缘子的电阻。

需要说明的是，测量前，应提前给测量仪中存储绝缘子信息，比如国网湖北检修公司要对50条线路中的绝缘子进行电阻测量，其中，不同线路上的电压不同，比如有的线路上电压是1000kV，有的线路上电压是500kV，每条线路上有300基杆塔，每个基杆塔上又有3串绝缘子，每串绝缘子有28片，如果对某一片绝缘子测量了，需要通过这些存储的绝缘子信息来明确测量的是哪片绝缘子；其中，存储的绝缘子信息的形式可以为xxkVxx线路xx号基杆塔xx（左中右或上中下）串第xx片。

其中，对于500kV及以上电压等级的绝缘子，绝缘子电阻大于等于500M欧姆为正常，否则为劣质绝缘子；对于330kV及以下电压等级的绝缘子，绝缘子电阻大于等于300M欧姆为正常，否则为劣质绝缘子。

利用无线传输将测量仪的测量结果传输至终端，优选地，实施例利用蓝牙进行数据传输，传输的数据格式为：xxkVxx线路xx号基杆塔xx（左中右或上中下）串第xx片，正常(1)或异常(0)，最终形成检修报告。

然而，由于绝缘子数量过多，利用上述方法进行数据传输不仅传输时间长，且给数据通信和存储造成了严重的负担，因此，本发明提出对采集的绝缘子电阻数据进行数据压缩来减小数据量，降低传输带宽要求，具体地，以下实施例提供了一种基于蓝牙绝缘子测量仪的测量数据处理方法及系统，该方法包括：

a)通过绝缘子测量仪采集绝缘子的电阻数据，在绝缘子电阻测量仪中基于绝缘子的空间位置对测量的绝缘子的电阻值进行整合，得到三维电阻值矩阵；所述三维电阻值矩阵中包括若干基杆塔上每片绝缘子的测量电阻值；所述三维电阻值矩阵包括绝缘子片维度、地理位置维度。

优选地，利用上述绝缘子电阻测量仪测量绝缘子的电阻。

优选地，三维电阻值矩阵中元素值为0的地方表示该位置为非绝缘子区域，元素值非0的地方表示该位置为绝缘子位置，其值为绝缘子片的测量电阻值。

三维电阻值矩阵的大小因包括待测绝缘子的空间区域的大小而定，高度因绝缘子的片数而定，实施例中假设形成的矩阵大小为512x512x28，即表示每个绝缘子串最多有28片绝缘子。

b)对三维电阻值矩阵进行压缩，具体地，本发明中利用自编码网络对三维电阻值矩阵进行压缩，优选地，对三维电阻值矩阵进行分块压缩。

对自编码网络进行离线训练：

1)获取训练数据，训练数据为大量三维电阻值矩阵，实施例中将训练数据进行分块处理，例如分成大小为128x128x28的三维电阻值子矩阵，并用多个子矩阵来训练自编码网络；这样处理的原因为，进行分块处理可以获取更多的训练数据，且自编码网络在分块后得到的子矩阵上的工作效率更高，能够捕捉到细粒度的数据特征，另一方面，像素值的组合会因矩阵大小呈指数级增长，因此进行矩阵切块可以减少像素值的组合，进而更好的让网络进行拟合。

2)将分块后得到的三维电阻值子矩阵输入自编码网络中，自编码网络包括编码器、第一解码器和第二解码器，其中，编码器对三维电阻值子矩阵进行编码处理，输出特征向量，实施例中该特征向量的维数为16；将特征向量分别输入第一解码器和第二解码器中，其中，第一解码器对特征向量进行解码处理，输出恢复的三维电阻值子矩阵；第二解码器对特征向量进行解码分类，输出三维的绝缘子状态矩阵，其中，绝缘子状态包括正常和异常；实施例中绝缘子状态矩阵中的元素值包括0,1,2，0表示此处无绝缘子，1表示绝缘子正常，2表示绝缘子异常，即该处绝缘子为劣质绝缘子。

3)自编码网络的损失函数采用加权均方误差函数结合交叉熵函数，加权均方误差函数用于监督训练第一解码器，交叉熵函数用于监督训练第二解码器，需要说明，训练第一解码器时，标签为训练数据对应的三维的绝缘子状态矩阵；其中，加权均方误差函数为：

表示三维电阻值子矩阵中共有

个元素，

表示输入编码器的三维电阻值子矩阵中第

个元素的权重，

表示第一解码器输出的三维电阻值子矩阵中第

个元素的值，

表示输入编码器的三维电阻值子矩阵中第

个元素的值。

元素的权重包括两种实施方式。

第一种实施方式：设置判断绝缘子状态的电阻阈值，元素的权重与输入编码器的三维电阻值子矩阵中元素值接近电阻阈值的程度呈正相关，元素的权重越大，对该元素的关注度越大，对该元素进行数据恢复时恢复的准确率越高；具体地，权重的计算方法为：

为电阻阈值，对于500kV及以上电压等级绝缘子，电阻阈值为500欧姆；

为映射系数，用于增大接近电阻阈值的元素值的权重，实施例中

的值为25；分母加1的作用是避免权重无穷大。

第二种实施方式：根据元素位置对应的绝缘子串的绝缘子片数获得第一权重，根据元素位置对应的绝缘子串中各绝缘子片电阻值接近电阻阈值的程度获得第二权重，根据元素值接近电阻阈值的程度获取第三权重，第一权重、第二权重、第三权重相加得到元素的权重。

具体地，首先获取绝缘子串的权重，绝缘子串的权重基于三维电阻值矩阵上下平面中每个平面位置中所具有的绝缘子数量及其电阻决定。绝缘子串中绝缘子片的数量会影响到线路绝缘水平，且通常由于天气等因素会对绝缘子串造成多片绝缘子的损坏，形成危急缺陷，进而相应人员进行全串更换。绝缘子串的权重包括第一权重、第二权重。获取第一权重：

，m、n分别为三维电阻值矩阵上下平面（顶面、底面）的长、宽。

表示平面第j个位置的绝缘子片数量。获取第二权重：

,

表示平面第j个位置中第l个绝缘子片的电阻值。最终求取每个绝缘子串的平均电阻，减去电阻分界线值，得到绝缘子串平均分界差值电阻，该值离分界线越近，代表该串绝缘子串的权重越大，越易发生绝缘子危急缺陷，因此数据更应完整的恢复。最终得到绝缘子串的权重：

。然后获取三维立体矩阵中每个位置处的权重即第三权重，可以保证拥有少量绝缘子片的绝缘子串其电阻数据的完整恢复：

，i表示三维电阻值矩阵中第i个元素。最终得到元素的权重：

，其中，

分别为第i个元素的平面投影位置，这里以j表示。

至此，完成自编码网络的训练。

实际运用时，将编码器集成于绝缘子电阻测量仪中，即在绝缘子电阻测量仪中利用编码器对采集的电阻数据进行整合得到的三维电阻值矩阵进行分块压缩，具体地，利用自编码网络中的编码器对分块后得到的初始三维电阻值子矩阵进行压缩，得到特征向量；利用蓝牙将压缩得到的特征向量发送至终端，在终端利用自编码网络中的第一解码器对特征向量进行解码，恢复三维电阻值子矩阵；利用自编码网络中的第二解码器对特征向量进行解码分类，得到三维的绝缘子状态矩阵。

终端接收到特征向量后对所述特征向量进行存储，具体地：

与初始三维电阻值子矩阵相比，若恢复得到的三维电阻值子矩阵中不存在错误值，则对特征向量进行存储；若恢复得到的三维电阻值子矩阵中存在错误电阻值，除了对特征向量进行存储，还需在初始三维电阻值子矩阵中获取错误电阻值对应的初始电阻值进行存储；其中，对在初始三维电阻值子矩阵中获取的错误电阻值对应的初始电阻值进行存储时，存储信息包括错误电阻值在三维电阻值子矩阵中的三维位置信息以及其对应的初始电阻值，存储信息可存储为三元组顺序表或行逻辑链接的顺序表或十字链表等存储格式。

需要说明的是，对所述特征向量进行存储时元数据报头中要包括初始三维电阻值子矩阵的空间地理位置、矩阵大小等信息。

进一步地，为每个特征向量分配一个索引，发送特征向量时打乱特征向量的发送顺序，实现数据加密；相应的，将发送特征向量的索引顺序发送给终端，终端根据获取的索引顺序对特征向量进行正确的拼接，实现数据的解密，得到正确的三维电阻值矩阵。

如所述测量数据处理方法的系统，包括采集模块，用于采集绝缘子的电阻数据；

整合模块，用于基于绝缘子的空间位置对测量的绝缘子的电阻值进行整合，得到三维电阻值矩阵，所述三维电阻值矩阵的维度包括绝缘子片维度，所述三维电阻值矩阵中包括若干基杆塔上每片绝缘子的测量电阻值；

压缩模块，用于对三维电阻值矩阵进行分块，利用自编码网络中的编码器对分块后得到的初始三维电阻值子矩阵进行压缩得到特征向量；其中，自编码网络的损失包括各元素的加权损失，获取输入编码器的三维电阻值子矩阵中元素值与判断绝缘子状态的电阻阈值的接近程度，元素的权重与接近程度正相关。

以上所述旨在让本领域技术人员更好的理解本发明，并不用于限制本发明，凡是在本发明精神和原则之内做出的修改与变动皆在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于蓝牙绝缘子测量仪的测量数据处理方法，其特征在于，该方法包括：通过蓝牙绝缘子测量仪采集绝缘子的电阻数据；

基于绝缘子的空间位置对测量的绝缘子的电阻值进行整合，得到三维电阻值矩阵，所述三维电阻值矩阵的维度包括绝缘子片维度，所述三维电阻值矩阵中包括若干基杆塔上每片绝缘子的测量电阻值；

对三维电阻值矩阵进行分块，利用自编码网络中的编码器对分块后得到的初始三维电阻值子矩阵进行压缩得到特征向量；其中，自编码网络的损失包括各元素的加权损失，获取输入编码器的三维电阻值子矩阵中元素值与判断绝缘子状态的电阻阈值的接近程度，元素的权重与接近程度正相关。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用自编码网络中的第一解码器对特征向量进行解码，恢复三维电阻值子矩阵。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述特征向量进行存储。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，若恢复得到的三维电阻值子矩阵中存在错误电阻值，则还需在初始三维电阻值子矩阵中获取错误电阻值对应的初始电阻值进行存储。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述自编码网络还包括第二解码器，第二解码器对所述特征向量进行解码，得到三维的绝缘子状态矩阵；其中，绝缘子状态包括正常和异常。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，训练所述第一解码器时采用的损失函数为加权均方误差函数，具体地：

表示三维电阻值子矩阵中共有

个元素，

表示输入编码器的三维电阻值子矩阵中第

个元素的权重，

表示第一解码器输出的三维电阻值子矩阵中第

个元素的值，

表示输入编码器的三维电阻值子矩阵中第

个元素的值。

7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，根据元素位置对应的绝缘子串的绝缘子片数获得第一权重，根据元素位置对应的绝缘子串中各绝缘子片电阻值接近电阻阈值的程度获得第二权重，根据元素值接近电阻阈值的程度获得第三权重，第一权重、第二权重、第三权重相加得到元素的权重。

8.一种如权利要求1所述测量数据处理方法的系统，其特征在于，包括采集模块，用于采集绝缘子的电阻数据；

整合模块，用于基于绝缘子的空间位置对测量的绝缘子的电阻值进行整合，得到三维电阻值矩阵，所述三维电阻值矩阵的维度包括绝缘子片维度，所述三维电阻值矩阵中包括若干基杆塔上每片绝缘子的测量电阻值；

压缩模块，用于对三维电阻值矩阵进行分块，利用自编码网络中的编码器对分块后得到的初始三维电阻值子矩阵进行压缩得到特征向量；其中，自编码网络的损失包括各元素的加权损失，获取输入编码器的三维电阻值子矩阵中元素值与判断绝缘子状态的电阻阈值的接近程度，元素的权重与接近程度正相关。