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专利号: 2020105470297
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电网巡检绝缘子检测分类方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、获取输电线路绝缘子数据集;

S2、对数据集进行人工标注,得到训练数据集;

S3、构建电网巡检绝缘子检测分类模型;

S4、将训练数据集输入目标先验模型,得到正样本和负样本;

S5、将正样本和负样本输入电网巡检绝缘子检测分类模型进行训练,得到训练完成的电网巡检绝缘子检测分类模型;

S6、采集输电线路绝缘子数据,并将其输入到训练完成的电网巡检绝缘子检测分类模型,得到分辨率不同的特征图;

S7、对分辨率不同的特征图同时进行Softmax分类预测和边框回归处理,得到包含绝缘子的图像及其分类结果。

2.根据权利要求1所述的电网巡检绝缘子检测分类方法,其特征在于,所述步骤S3中电网巡检绝缘子检测分类模型包括:改进型VGG-16网络结构、多尺度特征卷积层Conv8_1、多尺度特征卷积层Conv8_2、多尺度特征卷积层Conv9_1、多尺度特征卷积层Conv9_2、加法器SUM1、加法器SUM2、加法器SUM3、第一反卷积层、第二反卷积层、第三反卷积层、第一检测回归模型、第二检测回归模型、第三检测回归模型和第四检测回归模型;

所述加法器SUM3的第一输入端与改进型VGG-16网络结构的第10层卷积层Conv4_3连接,其第二输入端与第二反卷积层的第一输出端连接;所述改进型VGG-16网络结构的卷积层Conv7的输出端分别与加法器SUM2的第一输入端和多尺度特征卷积层Conv8_1的输入端连接;所述多尺度特征卷积层Conv8_1的输出端与多尺度特征卷积层Conv8_2的输入端连接;所述多尺度特征卷积层Conv8_2的输出端分别与加法器SUM1的第一输入端和多尺度特征卷积层Conv9_1的输入端连接;所述多尺度特征卷积层Conv9_2的输出端分别与加法器SUM1的第二输入端和第四检测回归模型的输入端连接,其输入端与多尺度特征卷积层Conv9_1的输出端连接;所述加法器SUM1的输出端与第一反卷积层的输入端连接;所述第一反卷积层的第一输出端与加法器SUM2的第二输入端连接,其第二输出端与第三检测回归模型的输入端连接;所述加法器SUM2的输出端与第二反卷积层的输入端连接;所述第二反卷积层的第二输出端与第二检测回归模型的输入端连接;所述第三反卷积层的输出端与第一检测回归模型的输入端连接,其输入端与加法器SUM3的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的电网巡检绝缘子检测分类方法,其特征在于,所述改进型VGG-

16网络结构以VGG-16为框架,将VGG-16中的全连接层fc6替换成卷积层Conv6,将其全连接层fc7替换成卷积层Conv7。

4.根据权利要求2所述的电网巡检绝缘子检测分类方法,其特征在于,所述第一检测回归模型、第二检测回归模型、第三检测回归模型和第四检测回归模型的结构均相同,均包括:第一卷积层、第二卷积层、第三卷积层和第四卷积层;

所述第一卷积层的输入端与第三卷积层的输入端连接,并作为第一检测回归模型、第二检测回归模型、第三检测回归模型和第四检测回归模型的输入端,其输出端与第二卷积层的输入端连接;所述第三卷积层的输出端与第四卷积层的输入端连接。

5.根据权利要求2所述的电网巡检绝缘子检测分类方法,其特征在于,所述第一反卷积层、第二反卷积层和第三反卷积层的计算公式为:f=(G-1)*s+O-2p

其中,f为反卷积层输出的特征图的尺寸大小,s为卷积步长,G为反卷积层输入的特征图的尺寸大小,O为卷积核尺寸,p为填充。

6.根据权利要求1所述的电网巡检绝缘子检测分类方法,其特征在于,所述步骤S4包括以下分步骤:S41、根据输电线路绝缘子的类型,确定模糊聚类类别I;

S42、根据模糊聚类类别I,初始化聚类中心矩阵和迭代次数:

(q)

V ={v1,…,υi,…,υI},q=0

其中,V(0)为初始的聚类中心矩阵,vi为第i类特征图,q为迭代次数;

S43、采用欧氏距离,计算目标函数的最小值;

其中,Jm为目标函数,dij(xj,υi)为数据集的第j个样本与vi之间的失真度,J为数据集中样本数量,I为特征图总类别,uij为样本xj的隶属度系数,m为加权指数。

S44、根据目标函数的最小值,对第q次迭代的聚类中心矩阵进行更新,得到第q+1次迭代的聚类中心矩阵;

S45、判断第q+1次迭代的聚类中心矩阵与第q次迭代的聚类中心矩阵的差值是否小于阈值ε,若是,则停止迭代,将q+1次迭代的聚类中心矩阵作为最终的聚类中心矩阵,并跳转至步骤S46,若否,则q自加1,并跳转至步骤S43;

S46、根据聚类中心矩阵,计算训练数据集中候选框与真值的交并比;

S47、设置交并比的阈值,判断训练数据集中每个样本的交并比是否大于其阈值,若是,则将该样本归为正样本,进入步骤S5,若否,则将该样本归为负样本,进入步骤S5。

7.根据权利要求1所述的电网巡检绝缘子检测分类方法,其特征在于,所述步骤S5中的训练过程包括以下步骤:S51、初始化电网巡检绝缘子检测分类模型,输入正样本和负样本;

S52、根据模型目标损失函数,计算巡检绝缘子检测分类模型的损失值;

S53、根据巡检绝缘子检测分类模型的损失值,通过反向传播,得到梯度值;

S54、根据梯度值,采用随机梯度下降法和Adam优化器对电网巡检绝缘子检测分类模型进行迭代更新,得到训练完成的电网巡检绝缘子检测分类模型。

8.根据权利要求6所述的电网巡检绝缘子检测分类方法,其特征在于,所述步骤S52中的模型目标损失函数满足以下方程组:Lcls(pk,pk*)=-log[pk*pk+(1-pk*)(1-pk)]Lreg(uk,uk*)=smoothL1(uk-uk*)

其中,L({pk},{uk})为计算的损失值,Ncls为分类项的归一化参数,Nreg为回归项的归一化参数,Lcls(pk,pk*)为分类损失函数,α为平衡权重参数,k为候选框中的索引,pk为预测为目标的概率,pk*∈{0,1}为指示参数,Lreg(uk,uk*)为回归损失函数,smoothL1为smooth L1损*失函数,uk为预测的坐标向量,uk为真实坐标向量。