杜雙育1，李  峰1，王  路2，李白冰2

　?。?.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院, 廣東 廣州 510080；2.廣州泰迪智能科技有限公司，廣東 廣州 510080）

　　摘  要： 提供了一種架空輸電線路桿塔坐標(biāo)檢錯(cuò)和校正的方法，對(duì)線路桿塔坐標(biāo)的出錯(cuò)情況進(jìn)行歸納總結(jié)，分為明確出錯(cuò)類型和不明確出錯(cuò)類型。對(duì)待檢測(cè)的電網(wǎng)桿塔中缺失的桿塔坐標(biāo)進(jìn)行第一次均值插值補(bǔ)缺。利用明確出錯(cuò)類型檢錯(cuò)規(guī)則，得出被檢錯(cuò)線路的明確出錯(cuò)桿塔，記錄桿塔出錯(cuò)類型并對(duì)這些出錯(cuò)的桿塔的坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的均值插值補(bǔ)缺。再對(duì)補(bǔ)缺的線路坐標(biāo)進(jìn)行不明確出錯(cuò)類型的檢測(cè)，得出被檢錯(cuò)桿塔的各類不明確出錯(cuò)類型的出錯(cuò)概率，當(dāng)被檢測(cè)電網(wǎng)桿塔的不明確錯(cuò)誤桿塔類型出錯(cuò)概率大于專家設(shè)定閾值，就判斷該桿塔坐標(biāo)錯(cuò)誤，記錄出錯(cuò)類型。根據(jù)明確出錯(cuò)類型與不明確出錯(cuò)類型檢測(cè)結(jié)果，綜合判斷，完成線路所有桿塔檢錯(cuò)工作。

　　關(guān)鍵詞： 桿塔坐標(biāo)；明確出錯(cuò)；不明確出錯(cuò)；均值插值補(bǔ)缺；出錯(cuò)概率

0 引言

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，社會(huì)生產(chǎn)生活對(duì)于電力的依賴性以及對(duì)于供電質(zhì)量的要求越來越高。但是由于輸電線路長期暴露在自然環(huán)境中，極容易受到惡劣的自然環(huán)境及自然災(zāi)害的影響，因此電力線路巡檢和搶修是保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保證。而對(duì)于輸電線路桿塔的準(zhǔn)確定位是縮短檢修時(shí)間、保障檢修順利進(jìn)行的重要手段，并且也會(huì)影響雷電定位系統(tǒng)定位結(jié)果[1-3]。同時(shí)，隨著各類有關(guān)于輸電線路的綜合分析應(yīng)用系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，輸電線路桿塔的準(zhǔn)確定位越來越重要[4-5]。當(dāng)輸電線路經(jīng)過山坡、山谷等復(fù)雜地形時(shí)，會(huì)直接影響桿塔坐標(biāo)測(cè)量的精度；同時(shí)，由于人為原因的因素，比如測(cè)量人員的記錄錯(cuò)誤或者數(shù)據(jù)錄入缺失，造成系統(tǒng)中的線路桿塔坐標(biāo)存在數(shù)據(jù)缺失、數(shù)值不合理、誤差較大等問題，嚴(yán)重影響各類系統(tǒng)功能的應(yīng)用[6-7]。通過對(duì)眾多桿塔坐標(biāo)準(zhǔn)確性的校驗(yàn)，找出錯(cuò)誤桿塔坐標(biāo)，并且歸納坐標(biāo)出錯(cuò)的類型，完成所有桿塔坐標(biāo)檢錯(cuò)的工作[8-10]。

　　本文首先對(duì)坐標(biāo)出錯(cuò)的類型進(jìn)行歸納，總結(jié)出4種明確出錯(cuò)類型和3種不明確出錯(cuò)類型。然后對(duì)原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，利用明確出錯(cuò)類型的特征得出明確出錯(cuò)規(guī)則，對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行明確出錯(cuò)檢驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)有明確出錯(cuò)類型的桿塔的坐標(biāo)進(jìn)行校正并記錄其明確出錯(cuò)類型。接著，對(duì)校正后的線路進(jìn)行不明確出錯(cuò)類型檢驗(yàn)，計(jì)算出每個(gè)桿塔的3種不明確出錯(cuò)類型的出錯(cuò)概率，并與相應(yīng)的專家閾值進(jìn)行比較判斷是否具有該種不明確出錯(cuò)。

1 桿塔坐標(biāo)出錯(cuò)特征

　　根據(jù)對(duì)已有桿塔出錯(cuò)的情況進(jìn)行總結(jié)，可以把出錯(cuò)類型根據(jù)其出錯(cuò)的明顯程度分為不明確出錯(cuò)類型和明確出錯(cuò)類型，如圖 1所示。

　　可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于明確出錯(cuò)類型，可以很直觀的看出來，而對(duì)于不明確出錯(cuò)類型是用肉眼不易觀察出來的。其中，明確出錯(cuò)類型有重復(fù)出錯(cuò)點(diǎn)（即過于相似點(diǎn)）、孤立出錯(cuò)點(diǎn)、漂移出錯(cuò)點(diǎn)和易錯(cuò)拐點(diǎn)，共4類；不明確出錯(cuò)類型有類似孤立點(diǎn)出錯(cuò)、角度出錯(cuò)點(diǎn)、距離過長出錯(cuò)點(diǎn)，共3類。

2 分析方法

　　關(guān)于架空輸電線路桿塔坐標(biāo)檢錯(cuò)方法，首先對(duì)坐標(biāo)出錯(cuò)的類型進(jìn)行歸納，總結(jié)出錯(cuò)類型。然后對(duì)原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)缺失值進(jìn)行均值插補(bǔ)。利用明確出錯(cuò)類型的特征得出明確出錯(cuò)規(guī)則，對(duì)預(yù)處理后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行明確出錯(cuò)檢驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)有明確出錯(cuò)類型的桿塔的坐標(biāo)進(jìn)行校正并記錄其明確出錯(cuò)類型。接著，對(duì)校正后的線路進(jìn)行不明確出錯(cuò)類型檢驗(yàn)，計(jì)算出每個(gè)桿塔的3種不明確出錯(cuò)類型的出錯(cuò)概率，并與相應(yīng)的專家閾值進(jìn)行比較判斷是否具有該種不明確出錯(cuò)類型。

　　2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

　　在原始桿塔坐標(biāo)數(shù)據(jù)集中，可以發(fā)現(xiàn)存在有些線路中的桿塔坐標(biāo)缺失。對(duì)于其缺失情況進(jìn)行總結(jié)，經(jīng)探究得出缺失桿塔坐標(biāo)的情況分為以下4種：整條電網(wǎng)線路缺失、電網(wǎng)線路中間缺失、電網(wǎng)線路開始缺失、電網(wǎng)線路結(jié)束缺失。

　　假設(shè)桿塔的實(shí)際數(shù)目為N，其相應(yīng)的插值操作如下：

　?。?）整條電網(wǎng)線路缺失

　　整條線路都缺失或者整條線路只有一個(gè)點(diǎn)的情況，此情況下進(jìn)行補(bǔ)值的意義不大。它屬于固有缺陷，因此忽略該線路，對(duì)其不做處理。

　　（2）電網(wǎng)線路中間缺失

　　假設(shè)中間線路缺了n（n=1,2…N-2）點(diǎn)，設(shè)缺失段前一點(diǎn)坐標(biāo)為（x1,y1），缺失段后一點(diǎn)坐標(biāo)為（x2,y2），則中間第i個(gè)缺失點(diǎn)的坐標(biāo)為：

　?。?）電網(wǎng)線路開始缺失

　　假設(shè)線路開始部分缺失了n（n=1,2…N-2）點(diǎn)，設(shè)缺失段后第一個(gè)有數(shù)據(jù)的點(diǎn)為（x1,y1），缺失段后第二個(gè)點(diǎn)為（x2,y2），則缺失的第i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為：

　　xi=x1+(x1-x2)·i,yi=y1+(y1-y2)·i,i=1,2,…,n

　　（4）電網(wǎng)線路末端缺失

　　假設(shè)線路末段部分缺失了n（n=1,2…N-2）點(diǎn)，設(shè)缺失段前第一個(gè)有數(shù)據(jù)的點(diǎn)為（x1,y1），缺失段前第二個(gè)點(diǎn)為（x2,y2），則缺失的第i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為：

　　xi=x1+(x1-x2)·i,yi=y1+(y1-y2)·i,i=1,2,…,n

　　2.2 建立樣本集

　　根據(jù)某電網(wǎng)采集的數(shù)萬條線路桿塔坐標(biāo)（待檢測(cè)出錯(cuò)桿塔），從中選擇10條線路作為樣本來檢驗(yàn)該分類檢錯(cuò)方法，其中該10條線路桿塔的正確坐標(biāo)已經(jīng)確定。其待檢測(cè)的桿塔數(shù)據(jù)（原始記錄數(shù)據(jù)），如表 1形式所示。

　　對(duì)待測(cè)待檢測(cè)的桿塔數(shù)據(jù)，根據(jù)其線路中的塔桿坐標(biāo)的缺失情況，進(jìn)行相應(yīng)的均值插補(bǔ)，為下面利用總結(jié)出來的明確出錯(cuò)類型規(guī)則檢驗(yàn)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，結(jié)果如表 2所示。

　　2.3 出錯(cuò)類型規(guī)則的建立

　　2.3.1 明確出錯(cuò)類型

　?。?）重復(fù)出錯(cuò)點(diǎn)（即過于相似點(diǎn)）：

　　設(shè)有兩個(gè)點(diǎn)（桿塔）坐標(biāo)為（x1,y1），（x2,y2）先對(duì)整條線路掃描一遍，如果當(dāng)前點(diǎn)與下一個(gè)點(diǎn)的差的絕對(duì)值小于0.000 001，則標(biāo)記下一個(gè)點(diǎn)為重復(fù)點(diǎn)。

　?。?）孤立出錯(cuò)點(diǎn)（如圖 2所示）：

　　對(duì)于每條線路除去開始兩點(diǎn)與結(jié)束兩點(diǎn)后中間段的每個(gè)點(diǎn)，都有5個(gè)屬性：L1為和左邊相鄰點(diǎn)的距離，L2 為和右邊相鄰點(diǎn)的距離，L3為和相隔一點(diǎn)的左鄰點(diǎn)的距離，L4為和相隔一點(diǎn)的右鄰點(diǎn)的距離，角θ為與左右相鄰點(diǎn)的夾角。雖然每條線路的開始兩點(diǎn)與結(jié)束兩點(diǎn)是沒有屬性，但是認(rèn)為它們不孤立。取L1，L2中最大值為L5，取L3，L4中最大值為L6。當(dāng)角θ小于60°（為閾值，可自控制），L5大于2 000 m（為閾值，可自控制），L6大于2 000 m（為閾值，可自控制）時(shí)，認(rèn)為該點(diǎn)為明確的孤立點(diǎn)。

　　由于角θ為與左右相鄰點(diǎn)的夾角，所以對(duì)于線路的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)都不具備該屬性。設(shè)線路桿塔上相鄰兩點(diǎn)坐標(biāo)為（x1,y1），（x2,y2）兩點(diǎn)間的距離為L。

　　距離L的計(jì)算公式為：

　　設(shè)1、2、3桿塔的坐標(biāo)為（x1,y1），（x2,y2）與（x3,y3），其中1桿塔和2桿塔距離為L1，2桿塔和3桿塔距離為L2，1桿塔和3桿塔距離為L3，2桿塔的夾角為θ。

　　角的計(jì)算公式為：

　?。?）漂移出錯(cuò)點(diǎn)（如圖 3所示）

　　漂移點(diǎn)是一段（即整段漂移）出現(xiàn)的，在電網(wǎng)桿塔的同一條線路中，可能會(huì)有很多漂移段出現(xiàn)，而每個(gè)漂移段中可能包含2個(gè)或多個(gè)點(diǎn)是漂移點(diǎn)。提取每條電網(wǎng)線路中每個(gè)待檢測(cè)點(diǎn)的屬性L1，L2；其中L1為待檢測(cè)點(diǎn)與左鄰點(diǎn)的距離，L2為待檢測(cè)點(diǎn)與右鄰點(diǎn)的距離，由于每條線路的開始一點(diǎn)與結(jié)束一點(diǎn)沒有該屬性，認(rèn)定其不是漂移點(diǎn)。

　　記某個(gè)待檢測(cè)點(diǎn)為點(diǎn)B時(shí)，其上一個(gè)點(diǎn)為A，下一點(diǎn)為C，若B點(diǎn)的屬性L1>3 000（為設(shè)置參數(shù)，可自控制），L2<2 000（為設(shè)置參數(shù)，可自控制）時(shí)，認(rèn)為該點(diǎn)B為漂移點(diǎn)的起始點(diǎn)。接下來判斷點(diǎn)B的下一點(diǎn)C，判斷C點(diǎn)再到下一點(diǎn)的距離是否小于2 000（為設(shè)置參數(shù)，可自控制）；若為否，對(duì)C點(diǎn)是該漂移段的終止點(diǎn)，繼續(xù)對(duì)后面的點(diǎn)進(jìn)行漂移段起始點(diǎn)檢驗(yàn)。若為是，則判斷該段漂移點(diǎn)個(gè)數(shù)，具體是：當(dāng)CD距離小于2 000；且AD距離減AC距離小于AC距離的30%時(shí)，C點(diǎn)是漂移點(diǎn)，n用來記錄漂移點(diǎn)個(gè)數(shù)，每當(dāng)多判斷一個(gè)點(diǎn)為漂移點(diǎn)時(shí)，n加1。繼續(xù)下一個(gè)點(diǎn)D的檢測(cè)，重復(fù)該段中兩個(gè)條件的檢測(cè)，不同時(shí)滿足這兩個(gè)條件中時(shí)，說明該點(diǎn)是該漂流段的終止點(diǎn)。

　　（4）易錯(cuò)拐點(diǎn)（如圖 4所示）：

　　易錯(cuò)拐點(diǎn)只會(huì)出現(xiàn)在中間段，起點(diǎn)與終點(diǎn)不會(huì)是易錯(cuò)拐點(diǎn)，對(duì)待測(cè)點(diǎn)記錄3個(gè)屬性，分別為待檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角θ，左邊線段斜率r1、右邊線段斜率r2，并由斜率計(jì)算角度k1和k2 k1=arctan(r1)，k2=arctan(r2)。當(dāng)角θ<60°（為閾值，可自控制），且角度k1與k2的差的絕對(duì)值小于30°（為閾值，可自控制）時(shí)，判斷該點(diǎn)為易錯(cuò)拐點(diǎn)。

　　斜率的計(jì)算方法：

　　設(shè)A點(diǎn)的坐標(biāo)為（x1,y1），B點(diǎn)的坐標(biāo)為（x2,y2），D點(diǎn)的坐標(biāo)為（x3,y3），E點(diǎn)的坐標(biāo)為（x4,y4）。

　　對(duì)不同的明確出錯(cuò)類型的桿塔坐標(biāo)的校正方法如下：

　　重復(fù)出錯(cuò)點(diǎn)的桿塔坐標(biāo)校正方法，根據(jù)重復(fù)出錯(cuò)點(diǎn)在線路中的位置，選擇相應(yīng)的均值插補(bǔ)方法。

　　孤立出錯(cuò)點(diǎn)的桿塔坐標(biāo)校正方法，根據(jù)重復(fù)出錯(cuò)點(diǎn)在線路中的位置，選擇相應(yīng)的均值插補(bǔ)方法。

　　漂移出錯(cuò)點(diǎn)的桿塔坐標(biāo)校正方法，只可能出現(xiàn)在線路的中間，只需選擇電網(wǎng)線路中間缺失這種情況對(duì)應(yīng)的均值插補(bǔ)方法。

　　易錯(cuò)拐點(diǎn)的桿塔坐標(biāo)校正方法，根據(jù)易錯(cuò)拐點(diǎn)在線路中的位置，選擇相應(yīng)的均值插補(bǔ)方法。

　　利用上述明確出錯(cuò)類型的規(guī)則，對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行明確出錯(cuò)類型檢驗(yàn)，記錄其明確出錯(cuò)的類型并對(duì)其坐標(biāo)進(jìn)行校正，結(jié)果如表 3所示。

　　2.3.2 不明確出錯(cuò)類型出錯(cuò)率檢驗(yàn)

　?。?）類似孤立點(diǎn)出錯(cuò)的出錯(cuò)率檢測(cè)：

　　提取每條線路除去開始兩點(diǎn)與結(jié)束兩點(diǎn)后中間段點(diǎn)的5個(gè)屬性。其中L1為和左邊相鄰點(diǎn)的距離，L2 和右邊相鄰點(diǎn)的距離，L3為和相隔一點(diǎn)的左鄰點(diǎn)的距離，L4為和相隔一點(diǎn)的右鄰點(diǎn)的距離，角θ為夾角。記L1、L2中最大值為L5，取L3、L4中最大值為L6。人工選擇10個(gè)出錯(cuò)的孤立點(diǎn)樣本，提取孤立點(diǎn)相應(yīng)的屬性角θ，L5、L6。為了避免提取到的屬性θ，L5、L6有極端值干擾，將屬性離散化，即對(duì)屬性值分級(jí)表示，不同屬性可有不同的具體離散化方法。待檢測(cè)點(diǎn)的屬性值也進(jìn)行離散化，得到每一個(gè)待檢測(cè)點(diǎn)的屬性θ、L5、L6表示成一個(gè)3維向量(X1 X2 X3 )，10個(gè)出錯(cuò)孤立點(diǎn)樣本中每個(gè)樣本的屬性θ、L5、L6對(duì)應(yīng)一個(gè)(X1i X2i X3i )（i=1,2…10，為10個(gè)出錯(cuò)樣本）。

　　定義相似度公式：

　　i=1,2…10

　　其中，min()代表取兩者中較小的值，max()表示取兩者中較大的值。其中a，b，c分別為屬性θ、L5、L6在類似孤立點(diǎn)出錯(cuò)檢驗(yàn)中的重要程度。由于有10個(gè)孤立點(diǎn)樣本，則得到10個(gè)ri(i=1,2…10)，取r=max(ri)為待檢測(cè)點(diǎn)和孤立點(diǎn)的相似度大小。i=1,2…10

　　人工選擇10個(gè)出錯(cuò)的孤立點(diǎn)樣本，提取典型出錯(cuò)點(diǎn)相應(yīng)的屬性角1，L5，L6。孤立點(diǎn)樣本見表 4。

　　數(shù)據(jù)預(yù)處理，為了避免極端值得干擾，選擇將屬性離散化，離散化后屬性見下表 5所示。

　?。?）角度出錯(cuò)點(diǎn)的出錯(cuò)率檢驗(yàn)：

　　對(duì)每個(gè)點(diǎn)的角度進(jìn)行處理，大于100°的夾角，認(rèn)為它一定不會(huì)是角度出錯(cuò)（專家數(shù)據(jù)）。為了得到一個(gè)角度出錯(cuò)點(diǎn)的出錯(cuò)概率，將夾角大于100°的角定義為100°，這樣它的出錯(cuò)概率定為0%。

　　角度出錯(cuò)點(diǎn)的出錯(cuò)率公式為：

　　r=(100-夾角大小)/100，其中r∈[0,1]

　　（3）距離過長出錯(cuò)點(diǎn)的出錯(cuò)率檢測(cè)：

　　待檢測(cè)點(diǎn)和相臨兩點(diǎn)的距離為L1，L2，取L=max（L1，L2），對(duì)L>=2 000的點(diǎn)，認(rèn)為它有一個(gè)距離過長出錯(cuò)點(diǎn)的出錯(cuò)概率，若L大于7 000,認(rèn)為該點(diǎn)一定是距離過長的出錯(cuò)點(diǎn)。

　　距離過長出錯(cuò)點(diǎn)的出錯(cuò)率定義如下：

　　對(duì)校正后的線路坐標(biāo)進(jìn)行不明確出錯(cuò)類型的出錯(cuò)率檢驗(yàn)，得出被檢桿塔的各類不明確出錯(cuò)類型的出錯(cuò)概率，如表 6所示

　　將該電網(wǎng)線路中各不明確出錯(cuò)類型的閾值設(shè)置為0.7（專家數(shù)據(jù)），得到相應(yīng)的不明確出錯(cuò)類型檢測(cè)結(jié)果，與明確出錯(cuò)類型檢測(cè)結(jié)果綜合，得到線路所有桿塔檢錯(cuò)結(jié)果。

　　2.3.3 分析方法結(jié)果

　　其中綜合判斷的方法為：在明確類型檢錯(cuò)與不明確類型檢錯(cuò)的7小類檢錯(cuò)方法中，只要有一類方法判斷為錯(cuò)，則綜合判斷結(jié)果就為錯(cuò)；都沒判斷錯(cuò)，則該桿塔坐標(biāo)沒有錯(cuò)誤。綜合判斷結(jié)果見下表 7，表中綜合判斷一列中，1代表出錯(cuò)，0代表沒出錯(cuò)。

　　與經(jīng)過再次檢測(cè)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)該方法能夠有效的找出需要校正的桿塔坐標(biāo)，同時(shí)采用了一種相似度檢測(cè)桿塔坐標(biāo)的方法，在檢錯(cuò)時(shí)比較靈活，并且能夠更好的檢測(cè)出錯(cuò)誤桿塔。

　　該方法能夠?qū)γ總€(gè)待檢測(cè)的桿塔得出一個(gè)出錯(cuò)概率，而不是直接得出某個(gè)桿塔一定錯(cuò)誤，忽略了不明確的灰色區(qū)域。能夠控制出錯(cuò)桿塔的數(shù)量，處理上有一定的靈活性，且效果好于程序（規(guī)則）直接判定。

3 小結(jié)

　　本文提出了一種架空輸電線路桿塔坐標(biāo)檢錯(cuò)和校正的方法，通過對(duì)線路桿塔坐標(biāo)的出錯(cuò)情況進(jìn)行歸納總結(jié)，分為明確出錯(cuò)類型和不明確出錯(cuò)類型，得出明確出錯(cuò)類型檢錯(cuò)規(guī)則。對(duì)待檢線路進(jìn)行明確出錯(cuò)類型檢錯(cuò)，記錄桿塔出錯(cuò)類型并對(duì)這些出錯(cuò)的桿塔的坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的均值插值補(bǔ)缺。再對(duì)線路坐標(biāo)進(jìn)行不明確出錯(cuò)類型的檢測(cè)，得出被檢錯(cuò)桿塔的各類不明確出錯(cuò)類型的出錯(cuò)概率，當(dāng)被檢測(cè)電網(wǎng)桿塔的不明確錯(cuò)誤桿塔類型出錯(cuò)概率大于專家設(shè)定閾值，就判斷該桿塔坐標(biāo)錯(cuò)誤，記錄為某一不明確出錯(cuò)類型。在實(shí)際作業(yè)中，為架空線路桿塔的錯(cuò)誤坐標(biāo)的判定和校正，提供指導(dǎo)依據(jù)。

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