本發(fā)明涉及光學(xué)傳感技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，特別是涉及了一種基于光學(xué)傳感器的電力線纜溫度監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代社會對電力需求的不斷增加，輸電線的安全運(yùn)行成為保障社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的輸電線巡檢主要依賴于人工方式，不僅工作強(qiáng)度大、效率低下，而且存在一定的安全隱患和管理難度。為了提升輸電線巡檢的效率和精確度，基于光學(xué)傳感技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測方法應(yīng)運(yùn)而生。

2、電力線的自動(dòng)化監(jiān)測中，溫度監(jiān)測技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電力線纜的溫度，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防潛在的故障和安全隱患。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，獲取高精度、實(shí)時(shí)性的溫度數(shù)據(jù)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測方式往往需要接觸式傳感器，存在安裝困難、維護(hù)成本高的問題。光學(xué)傳感器則提供了一種非接觸式的溫度監(jiān)測手段，具有安裝方便、維護(hù)簡單、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。目前，基于光學(xué)傳感器的溫度監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在一些領(lǐng)域有所應(yīng)用，但在電力線纜的實(shí)際環(huán)境中，受到復(fù)雜環(huán)境條件的影響，仍需解決傳感器選擇、數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)性等問題。為此，提出了一種基于光學(xué)傳感器的電力線纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，通過高精度光學(xué)溫度傳感器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn)對電力線纜溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提高電力線纜溫度監(jiān)測的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，一種基于光學(xué)傳感器的電力線纜溫度監(jiān)測方法。該方法結(jié)合光學(xué)傳感技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過對電力線纜溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，實(shí)現(xiàn)對電力線纜狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)控，保障輸電線的安全運(yùn)行。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種基于光學(xué)傳感器的電力線纜溫度監(jiān)測方法，包括以下步驟：

3、步驟s10：基于高精度光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)采集電力線纜溫度數(shù)據(jù)；

4、步驟s101：使用適用于電力線纜高電磁干擾環(huán)境下的高精度光纖溫度傳感器實(shí)時(shí)采集電力線纜溫度數(shù)據(jù)，保證傳感器在電力線纜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行采集數(shù)據(jù)；

5、步驟s102：使用無線傳輸模塊實(shí)時(shí)將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒刖W(wǎng)絡(luò)。

6、步驟s20：對采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和濾波的預(yù)處理；

7、步驟s201：首先，使用卡爾曼濾波對采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，卡爾曼濾波分為預(yù)測階段和更新階段，所述方法預(yù)測階段公式如下：

8、

9、pk|k-1＝apk-1|k-1at+q

10、其中，是預(yù)測的狀態(tài)估計(jì)，pk|k-1是預(yù)測的誤差協(xié)方差，a是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，b是控制矩陣，uk-1是控制輸入，q是過程噪聲協(xié)方差。

11、計(jì)算卡爾曼增益：

12、kk＝pk|k-1ht(hpk|k-1ht+r)-1

13、根據(jù)卡爾曼增益更新狀態(tài)估計(jì)和誤差協(xié)方差：

14、

15、pk|k-1＝(i-kkh)pk|k-1

16、其中，h是觀測矩陣，r是觀測噪聲協(xié)方差，zk是觀測值，kk是卡爾曼增益。

17、步驟s202：使用小波變換進(jìn)行去噪，將信號進(jìn)行小波分解，保留重要的信號成分，去除噪聲成分。設(shè)信號的離散小波變換為wx(a,b)，則信號x(t)的小波分解為：

18、

19、其中，ak是逼近系數(shù)，dj,k是第j尺度的細(xì)節(jié)系數(shù)，δk(t)是尺度函數(shù)，θj,k(t)是小波函數(shù)。

20、去噪后的信號為：

21、

22、其中，為小波基函數(shù)。

23、步驟s30：應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析溫度數(shù)據(jù)并構(gòu)建溫度預(yù)測模型；

24、步驟s301：收集并標(biāo)注大量正常和異常狀態(tài)下的電力線纜溫度數(shù)據(jù)，構(gòu)造電力線纜溫度預(yù)測數(shù)據(jù)集。

25、步驟s302：使用支持向量回歸(svr)模型構(gòu)建電力線纜溫度預(yù)測模型，選擇線性核k(xi,xj)和參數(shù)c和∈。

26、使用步驟s301構(gòu)造的數(shù)據(jù)集訓(xùn)練svr模型，通過優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

27、

28、其約束條件為：

29、yi-(wθ(xi)+b)≤∈+εi

30、

31、其中，w為模型的權(quán)重向量，b為模型的偏置項(xiàng)，εi與為松弛變量，c為用于權(quán)衡誤差和模型復(fù)雜度的懲罰參數(shù)，∈為不敏感損失函數(shù)的參數(shù)，θ(xi)為將特征向量映射到高維特征空間的映射函數(shù)。

32、步驟s303：采用均方誤差(mse)作為損失函數(shù)，計(jì)算預(yù)測值與實(shí)際值之間的差異。設(shè)預(yù)測值為實(shí)際值為y，則損失函數(shù)為：

33、

34、步驟s304：根據(jù)步驟s303獲取的損失函數(shù)調(diào)整模型參數(shù)c和∈，選擇合適的核函數(shù)，優(yōu)化模型性能使得損失函數(shù)收斂至預(yù)設(shè)范圍。

35、步驟s40：將模型應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對電力線纜溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)測；

36、步驟s401：通過步驟s10的光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)采集電力線纜的溫度數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性并通過無線傳輸模塊將溫度數(shù)據(jù)傳輸至中央處理系統(tǒng)。

37、步驟s402：對采集的溫度數(shù)據(jù)通過步驟s20進(jìn)行去噪和濾波的預(yù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)輸入至溫度預(yù)測模型中，對電力線纜的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和預(yù)測，判斷電力線纜的溫度變化趨勢，提供預(yù)警信息。

技術(shù)特征：

1.一種基于光學(xué)傳感器的電力線纜溫度監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高精度光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測電力線纜的溫度數(shù)據(jù)，其特征在于，使用高精度光纖溫度傳感器實(shí)時(shí)采集電力線纜溫度數(shù)據(jù)，光纖溫度傳感器適用于高電磁干擾環(huán)境，可以保證在電力線纜場景下穩(wěn)定地工作采集溫度數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取的方法，其特征在于，使用濾波和去噪操作對采集到的聲波信號進(jìn)行預(yù)處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建溫度預(yù)測模型，其特征在于，利用支持向量回歸構(gòu)建溫度預(yù)測模型，通過收集并標(biāo)注大量正常和異常狀態(tài)下的電力線纜溫度數(shù)據(jù)，對預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，學(xué)習(xí)溫度數(shù)據(jù)特征與電力線纜狀態(tài)之間的關(guān)系。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)傳感器的電力線纜溫度監(jiān)測方法，其特征在于，通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒刖W(wǎng)絡(luò)，輸入預(yù)測模型中預(yù)測電力線纜狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測和報(bào)警功能。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于光學(xué)傳感器的電力線纜溫度監(jiān)測方法，所述方法包括：基于高精度光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)采集電力線纜溫度數(shù)據(jù)；對采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和濾波的預(yù)處理；應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析溫度數(shù)據(jù)并構(gòu)建溫度預(yù)測模型；將模型應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對電力線纜溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)測。本發(fā)明結(jié)合了光學(xué)傳感技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠高效、準(zhǔn)確地監(jiān)測電力線纜溫度，并提供及時(shí)預(yù)警，避免電力事故。其優(yōu)點(diǎn)包括高精度、實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化預(yù)測。

技術(shù)研發(fā)人員：孫天成,吳建鋒,黃耀升,周慶東,溫帶銀,張超,甄志明,楊尚彬,陳志鋒,王銳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6