本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)維護和監(jiān)測，具體涉及一種輸電線路桿塔螺栓松動缺陷快速非接觸式感知檢測方法。

背景技術(shù)：

1、輸電線路桿塔是電力系統(tǒng)中至關(guān)重要的元素，它的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的安全可靠運行。螺栓作為桿塔組裝和連接的關(guān)鍵部分，其緊固狀態(tài)對桿塔的結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。

2、輸電鐵塔的塔架結(jié)構(gòu)常通過螺栓或焊縫連接，長期風力和結(jié)構(gòu)振動可能導致連接部位松動或裂紋，若未及時發(fā)現(xiàn)處理，可能引發(fā)嚴重事故和次生災害，對社會生活和安全造成巨大影響。同時，輸電線路中的線夾和螺栓等關(guān)鍵部件也極易受到環(huán)境因素的干擾。特別是在氣候多變的地區(qū)，強風暴雨和劇烈的溫度變化會加劇部件的磨損和松動，增加了巡檢和維護的難度。在一些偏遠山區(qū)，由于地形復雜、交通不便，使得巡檢工作更加艱難，從而加大了輸電線路出現(xiàn)故障的風險。目前采用單一的紅外和紫外測溫技術(shù)無法精確檢測金具缺陷，因此，快速準確地檢測出螺栓松動缺陷并及時進行維修是確保輸電線路安全運行的重要任務。

3、在檢測螺栓松動研究中，傳感技術(shù)和監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展，非接觸式感知技術(shù)因其高效、可靠、實時性強等優(yōu)點逐漸被應用于螺栓松動的健康監(jiān)測中。

4、現(xiàn)有技術(shù)中，一種利用計算機視覺技術(shù)進行螺栓松動檢測的方法，首先通過智能手機對螺栓進行拍照獲取圖像信息，隨后對圖像執(zhí)行預處理操作，預處理包括進行透視變換和將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖。接下來，使用canny算法（邊緣檢測算法）進行邊緣檢測，并采用hough變換（霍夫變換）來提取圖像中的直線特征。最終，通過分析識別出的直線的角度變化，來確定螺栓是否出現(xiàn)松動現(xiàn)象。該檢測方法能夠有效識別出螺栓松動，顯示出經(jīng)濟高效、操作簡便等優(yōu)勢。但是，其檢測時強烈依賴環(huán)境光線和背景，在不同的光照條件或復雜背景下，可能難以獲得清晰的圖像，從而影響檢測的準確性；同時該方法通過識別直線的角度變化來判斷螺栓是否松動，這要求圖像中的螺栓邊緣必須清晰可見。對于部分遮擋或光照不均的螺栓，此方法可能無法準確測量角度變化；邊緣檢測和hough變換等算法雖然廣泛應用，但在復雜場景下可能無法準確區(qū)分螺栓與其他具有類似特征的物體，這可能導致誤檢或漏檢。

5、現(xiàn)有技術(shù)中，還有一種將深度學習目標檢測和數(shù)字圖像處理相結(jié)合的螺栓松動檢測方法，首先，通過收集并學習一定數(shù)量的螺栓圖像樣本，訓練出一個能夠識別圖像中螺栓區(qū)域的深度學習網(wǎng)絡模型。利用這個模型，系統(tǒng)能夠從圖片中精確地定位并裁剪出含有螺栓的區(qū)域。隨后，對這些裁剪出的螺栓區(qū)域進行一系列數(shù)字圖像處理操作，包括濾波、邊緣檢測和霍夫直線變換等，以提取螺栓的標記線和螺栓固定面的標記線。通過計算這兩條標記線之間的角度，可以進一步計算出螺栓的松動角度，從而判斷螺栓是否已經(jīng)松動及其松動的程度。但是，該方法中，深度學習模型的表現(xiàn)通常取決于訓練數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量，若訓練數(shù)據(jù)集不夠大或不夠多樣化，模型可能無法準確識別新的或罕見的姿態(tài)，導致泛化能力差；深度學習模型通常被視為“黑盒”，難以解釋其內(nèi)部決策過程。這可能導致信任和透明度問題，特別是在安全關(guān)鍵的應用中。

6、綜上，盡管現(xiàn)有技術(shù)都是非接觸式檢測，但在特定條件下會面臨檢測準確性、環(huán)境適應性、成本效益等各方面的挑戰(zhàn)，實際應用中存在很多不確定性，會有偏差。因此如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足是目前電力系統(tǒng)維護和監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輸電線路桿塔螺栓松動缺陷快速非接觸式感知檢測方法，通過結(jié)合多種檢測手段，提高輸電線路桿塔螺栓松動缺陷的檢測效率和準確性，從而降低維護成本，提高輸電系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、輸電線路桿塔螺栓松動缺陷快速非接觸式感知檢測方法，包括如下步驟：

4、步驟（1），構(gòu)建螺栓振動特征動態(tài)數(shù)據(jù)庫，并采用沖擊彈性波原理檢測螺栓松動情況；

5、步驟（2），利用聲學成像技術(shù)、紅外成像技術(shù)和電磁場檢測技術(shù)對輸電線路桿塔螺栓松動情況進行識別；

6、步驟（3），利用聲學成像、紅外成像和電磁場檢測的歷史檢測數(shù)據(jù)及對應的輸電線路桿塔螺栓松動情況，構(gòu)建輸電線路桿塔螺栓松動預警模型；

7、步驟（4），利用輸電線路桿塔螺栓松動預警模型，并采用實時聲學成像、紅外成像和電磁場檢測的檢測數(shù)據(jù)，得到輸電線路桿塔螺栓松動情況；

8、步驟（5），若步驟（1）、步驟（2）和步驟（4）檢測結(jié)果中，任一結(jié)果為螺栓松動，則進行輸電線路桿塔螺栓松動預警。

9、進一步，優(yōu)選的是，步驟（1）的具體方法為：

10、在有限元軟件中建立桿塔螺栓連接的精確模型，包括螺栓、螺母、接觸面以及周圍的結(jié)構(gòu)；

11、為模型中的各個部件定義材料屬性；

12、對模型進行網(wǎng)格劃分；

13、設置邊界條件來模擬實際的工作環(huán)境，并對模型施加外部載荷或沖擊，以模擬可能導致螺栓松動的操作條件；

14、仿真模擬螺栓在受到?jīng)_擊后產(chǎn)生的彈性波傳播情況，并計算在不同時間點的動態(tài)響應；

15、關(guān)注沖擊彈性波在螺栓連接處的反射和透射現(xiàn)象，記錄在螺栓正常固定以及不同松動狀態(tài)下的波形變化，并提取螺栓振動特征數(shù)據(jù)，構(gòu)建螺栓振動特征動態(tài)數(shù)據(jù)庫；

16、實時采集待檢測螺栓連接處的沖擊彈性波波形，并獲取其螺栓振動特征數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)與螺栓振動特征動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行對比，從而獲得螺栓的松動情況。

17、進一步，優(yōu)選的是，材料屬性包括彈性模量、泊松比和密度。

18、進一步，優(yōu)選的是，螺栓振動特征數(shù)據(jù)包括振動頻率、振幅和波形。

19、進一步，優(yōu)選的是，步驟（2）中，利用聲學成像技術(shù)對輸電線路桿塔螺栓松動情況進行識別的具體方法為：

20、采用麥克風陣列捕捉輸電線路桿塔螺栓連接處的聲波，若檢測到的螺栓的聲波與正常固定時螺栓聲波不一致，則認為可能存在螺栓松動；然后將這些聲波信息轉(zhuǎn)換成可視化的圖像，以使得操作者能夠直觀地看到可能的松動位置和程度。

21、進一步，優(yōu)選的是，步驟（2）中，利用紅外成像技術(shù)對輸電線路桿塔螺栓松動情況進行識別的具體方法為：

22、采用紅外熱像儀采集輸電線路桿塔螺栓連接處的熱圖像，并對熱圖像進行分析，獲取溫度分布，并將該溫度分布與螺栓正常固定時的溫度分布進行比較，若出現(xiàn)明顯的異常熱點，則認為可能存在螺栓松動。

23、進一步，優(yōu)選的是，步驟（2）中，利用電磁場檢測技術(shù)對輸電線路桿塔螺栓松動情況進行識別的具體方法為：

24、使用交流電磁場檢測技術(shù)檢測輸電線路桿塔螺栓連接處的電磁波動情況，并將該電磁波動情況與螺栓正常固定時的電磁波動情況進行比較，若出現(xiàn)明顯的電磁場異常變化，則認為可能存在螺栓松動。

25、進一步，優(yōu)選的是，步驟（3）的具體方法為：

26、以聲學成像、紅外成像和電磁場檢測的歷史檢測數(shù)據(jù)作為輸入，以對應的輸電線路桿塔螺栓實際松動情況作為輸出，對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，從而獲得輸電線路桿塔螺栓松動預警模型；其中，聲學成像、紅外成像和電磁場檢測的歷史檢測數(shù)據(jù)分別為輸電線路桿塔螺栓連接處的聲波、熱圖像和電磁波動數(shù)據(jù)。

27、進一步，優(yōu)選的是，步驟（4）中，輸電線路桿塔螺栓松動預警時，進行螺栓松動的顯示以提示相應的操作人員。

28、為了進一步快速、準確檢測出輸電桿塔螺栓松動的跡象，本發(fā)明將聲學成像技術(shù)、紅外測溫技術(shù)和電磁場檢測技術(shù)相結(jié)合，共同檢測輸電桿塔螺栓是否松動和松動程度。這樣有利于減小外界環(huán)境如：氣候變化、地勢影響等的影響，提升了輸電線路運維和巡檢的智能化水平。

29、本發(fā)明研究的輸電線路桿塔螺栓松動缺陷快速非接觸式感知檢測方法，能有效提高螺栓松動檢測的準確性，并且在檢測中抗干擾能力強，能顯著提升電力傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和安全水平。

30、本發(fā)明通過結(jié)合一系列的技術(shù)措施來檢測輸電桿塔螺栓和線夾螺栓的松動，顯著提升檢測的準確性和作業(yè)質(zhì)量。具體技術(shù)效果如下：

31、1.提高檢測速度和精度：通過構(gòu)建全面的螺栓振動特征動態(tài)數(shù)據(jù)庫，為檢測工作提供了可靠的參考標準，顯著提升了檢測的速度和準確性。

32、2.實現(xiàn)多元化的檢測策略：結(jié)合聲學成像、紅外成像和電磁場檢測三個技術(shù)，形成了一個綜合的檢測方法，能夠遠程、非接觸地快速識別和定位潛在的螺栓松動缺陷。

33、3.促進運維響應的迅速性和有效性：運用無人機搭載相關(guān)檢測設備進行大范圍、快速的監(jiān)測，大幅降低了因螺栓問題導致的線路事故風險，保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和電力供應安全。