杜雙育1，李  峰1，王  路2，李白冰2

　　（1.廣東電網有限責任公司電力科學研究院, 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檢錯和校正的方法，對線路桿塔坐標的出錯情況進行歸納總結，分為明確出錯類型和不明確出錯類型。對待檢測的電網桿塔中缺失的桿塔坐標進行第一次均值插值補缺。利用明確出錯類型檢錯規則，得出被檢錯線路的明確出錯桿塔，記錄桿塔出錯類型并對這些出錯的桿塔的坐標進行相應的均值插值補缺。再對補缺的線路坐標進行不明確出錯類型的檢測，得出被檢錯桿塔的各類不明確出錯類型的出錯概率，當被檢測電網桿塔的不明確錯誤桿塔類型出錯概率大于專家設定閾值，就判斷該桿塔坐標錯誤，記錄出錯類型。根據明確出錯類型與不明確出錯類型檢測結果，綜合判斷，完成線路所有桿塔檢錯工作。

　　關鍵詞： 桿塔坐標；明確出錯；不明確出錯；均值插值補缺；出錯概率

0 引言

　　隨著經濟的發展和人們生活水平的提高，社會生產生活對于電力的依賴性以及對于供電質量的要求越來越高。但是由于輸電線路長期暴露在自然環境中，極容易受到惡劣的自然環境及自然災害的影響，因此電力線路巡檢和搶修是保證電力系統正常運行的重要保證。而對于輸電線路桿塔的準確定位是縮短檢修時間、保障檢修順利進行的重要手段，并且也會影響雷電定位系統定位結果[1-3]。同時，隨著各類有關于輸電線路的綜合分析應用系統的推廣應用，輸電線路桿塔的準確定位越來越重要[4-5]。當輸電線路經過山坡、山谷等復雜地形時，會直接影響桿塔坐標測量的精度；同時，由于人為原因的因素，比如測量人員的記錄錯誤或者數據錄入缺失，造成系統中的線路桿塔坐標存在數據缺失、數值不合理、誤差較大等問題，嚴重影響各類系統功能的應用[6-7]。通過對眾多桿塔坐標準確性的校驗，找出錯誤桿塔坐標，并且歸納坐標出錯的類型，完成所有桿塔坐標檢錯的工作[8-10]。

　　本文首先對坐標出錯的類型進行歸納，總結出4種明確出錯類型和3種不明確出錯類型。然后對原始坐標數據進行預處理，利用明確出錯類型的特征得出明確出錯規則，對預處理后的數據進行明確出錯檢驗，對出現有明確出錯類型的桿塔的坐標進行校正并記錄其明確出錯類型。接著，對校正后的線路進行不明確出錯類型檢驗，計算出每個桿塔的3種不明確出錯類型的出錯概率，并與相應的專家閾值進行比較判斷是否具有該種不明確出錯。

1 桿塔坐標出錯特征

　　根據對已有桿塔出錯的情況進行總結，可以把出錯類型根據其出錯的明顯程度分為不明確出錯類型和明確出錯類型，如圖 1所示。

　　可以發現，對于明確出錯類型，可以很直觀的看出來，而對于不明確出錯類型是用肉眼不易觀察出來的。其中，明確出錯類型有重復出錯點（即過于相似點）、孤立出錯點、漂移出錯點和易錯拐點，共4類；不明確出錯類型有類似孤立點出錯、角度出錯點、距離過長出錯點，共3類。

2 分析方法

　　關于架空輸電線路桿塔坐標檢錯方法，首先對坐標出錯的類型進行歸納，總結出錯類型。然后對原始坐標數據進行預處理，對缺失值進行均值插補。利用明確出錯類型的特征得出明確出錯規則，對預處理后的坐標數據進行明確出錯檢驗，對出現有明確出錯類型的桿塔的坐標進行校正并記錄其明確出錯類型。接著，對校正后的線路進行不明確出錯類型檢驗，計算出每個桿塔的3種不明確出錯類型的出錯概率，并與相應的專家閾值進行比較判斷是否具有該種不明確出錯類型。

　　2.1 數據預處理

　　在原始桿塔坐標數據集中，可以發現存在有些線路中的桿塔坐標缺失。對于其缺失情況進行總結，經探究得出缺失桿塔坐標的情況分為以下4種：整條電網線路缺失、電網線路中間缺失、電網線路開始缺失、電網線路結束缺失。

　　假設桿塔的實際數目為N，其相應的插值操作如下：

　　（1）整條電網線路缺失

　　整條線路都缺失或者整條線路只有一個點的情況，此情況下進行補值的意義不大。它屬于固有缺陷，因此忽略該線路，對其不做處理。

　　（2）電網線路中間缺失

　　假設中間線路缺了n（n=1,2…N-2）點，設缺失段前一點坐標為（x1,y1），缺失段后一點坐標為（x2,y2），則中間第i個缺失點的坐標為：

　　（3）電網線路開始缺失

　　假設線路開始部分缺失了n（n=1,2…N-2）點，設缺失段后第一個有數據的點為（x1,y1），缺失段后第二個點為（x2,y2），則缺失的第i個點的坐標為：

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

　　（4）電網線路末端缺失

　　假設線路末段部分缺失了n（n=1,2…N-2）點，設缺失段前第一個有數據的點為（x1,y1），缺失段前第二個點為（x2,y2），則缺失的第i個點的坐標為：

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

　　2.2 建立樣本集

　　根據某電網采集的數萬條線路桿塔坐標（待檢測出錯桿塔），從中選擇10條線路作為樣本來檢驗該分類檢錯方法，其中該10條線路桿塔的正確坐標已經確定。其待檢測的桿塔數據（原始記錄數據），如表 1形式所示。

　　對待測待檢測的桿塔數據，根據其線路中的塔桿坐標的缺失情況，進行相應的均值插補，為下面利用總結出來的明確出錯類型規則檢驗提供相應的數據，結果如表 2所示。

　　2.3 出錯類型規則的建立

　　2.3.1 明確出錯類型

　　（1）重復出錯點（即過于相似點）：

　　設有兩個點（桿塔）坐標為（x1,y1），（x2,y2）先對整條線路掃描一遍，如果當前點與下一個點的差的絕對值小于0.000 001，則標記下一個點為重復點。

　　（2）孤立出錯點（如圖 2所示）：

　　對于每條線路除去開始兩點與結束兩點后中間段的每個點，都有5個屬性：L1為和左邊相鄰點的距離，L2 為和右邊相鄰點的距離，L3為和相隔一點的左鄰點的距離，L4為和相隔一點的右鄰點的距離，角θ為與左右相鄰點的夾角。雖然每條線路的開始兩點與結束兩點是沒有屬性，但是認為它們不孤立。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，認為該點為明確的孤立點。

　　由于角θ為與左右相鄰點的夾角，所以對于線路的起始點和終止點都不具備該屬性。設線路桿塔上相鄰兩點坐標為（x1,y1），（x2,y2）兩點間的距離為L。

　　距離L的計算公式為：

　　設1、2、3桿塔的坐標為（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。

　　角的計算公式為：

　　（3）漂移出錯點（如圖 3所示）

　　漂移點是一段（即整段漂移）出現的，在電網桿塔的同一條線路中，可能會有很多漂移段出現，而每個漂移段中可能包含2個或多個點是漂移點。提取每條電網線路中每個待檢測點的屬性L1，L2；其中L1為待檢測點與左鄰點的距離，L2為待檢測點與右鄰點的距離，由于每條線路的開始一點與結束一點沒有該屬性，認定其不是漂移點。

　　記某個待檢測點為點B時，其上一個點為A，下一點為C，若B點的屬性L1>3 000（為設置參數，可自控制），L2<2 000（為設置參數，可自控制）時，認為該點B為漂移點的起始點。接下來判斷點B的下一點C，判斷C點再到下一點的距離是否小于2 000（為設置參數，可自控制）；若為否，對C點是該漂移段的終止點，繼續對后面的點進行漂移段起始點檢驗。若為是，則判斷該段漂移點個數，具體是：當CD距離小于2 000；且AD距離減AC距離小于AC距離的30%時，C點是漂移點，n用來記錄漂移點個數，每當多判斷一個點為漂移點時，n加1。繼續下一個點D的檢測，重復該段中兩個條件的檢測，不同時滿足這兩個條件中時，說明該點是該漂流段的終止點。

　　（4）易錯拐點（如圖 4所示）：

　　易錯拐點只會出現在中間段，起點與終點不會是易錯拐點，對待測點記錄3個屬性，分別為待檢測點對應的角θ，左邊線段斜率r1、右邊線段斜率r2，并由斜率計算角度k1和k2 k1=arctan(r1)，k2=arctan(r2)。當角θ<60°（為閾值，可自控制），且角度k1與k2的差的絕對值小于30°（為閾值，可自控制）時，判斷該點為易錯拐點。

　　斜率的計算方法：

　　設A點的坐標為（x1,y1），B點的坐標為（x2,y2），D點的坐標為（x3,y3），E點的坐標為（x4,y4）。

　　對不同的明確出錯類型的桿塔坐標的校正方法如下：

　　重復出錯點的桿塔坐標校正方法，根據重復出錯點在線路中的位置，選擇相應的均值插補方法。

　　孤立出錯點的桿塔坐標校正方法，根據重復出錯點在線路中的位置，選擇相應的均值插補方法。

　　漂移出錯點的桿塔坐標校正方法，只可能出現在線路的中間，只需選擇電網線路中間缺失這種情況對應的均值插補方法。

　　易錯拐點的桿塔坐標校正方法，根據易錯拐點在線路中的位置，選擇相應的均值插補方法。

　　利用上述明確出錯類型的規則，對預處理后的數據進行明確出錯類型檢驗，記錄其明確出錯的類型并對其坐標進行校正，結果如表 3所示。

　　2.3.2 不明確出錯類型出錯率檢驗

　　（1）類似孤立點出錯的出錯率檢測：

　　提取每條線路除去開始兩點與結束兩點后中間段點的5個屬性。其中L1為和左邊相鄰點的距離，L2 和右邊相鄰點的距離，L3為和相隔一點的左鄰點的距離，L4為和相隔一點的右鄰點的距離，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個出錯的孤立點樣本，提取孤立點相應的屬性角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，即對屬性值分級表示，不同屬性可有不同的具體離散化方法。待檢測點的屬性值也進行離散化，得到每一個待檢測點的屬性θ、L5、L6表示成一個3維向量(X1 X2 X3 )，10個出錯孤立點樣本中每個樣本的屬性θ、L5、L6對應一個(X1i X2i X3i )（i=1,2…10，為10個出錯樣本）。

　　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在類似孤立點出錯檢驗中的重要程度。由于有10個孤立點樣本，則得到10個ri(i=1,2…10)，取r=max(ri)為待檢測點和孤立點的相似度大小。i=1,2…10

　　人工選擇10個出錯的孤立點樣本，提取典型出錯點相應的屬性角1，L5，L6。孤立點樣本見表 4。

　　數據預處理，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。

　　（2）角度出錯點的出錯率檢驗：

　　對每個點的角度進行處理，大于100°的夾角，認為它一定不會是角度出錯（專家數據）。為了得到一個角度出錯點的出錯概率，將夾角大于100°的角定義為100°，這樣它的出錯概率定為0%。

　　角度出錯點的出錯率公式為：

　　r=(100-夾角大小)/100，其中r∈[0,1]

　　（3）距離過長出錯點的出錯率檢測：

　　待檢測點和相臨兩點的距離為L1，L2，取L=max（L1，L2），對L>=2 000的點，認為它有一個距離過長出錯點的出錯概率，若L大于7 000,認為該點一定是距離過長的出錯點。

　　距離過長出錯點的出錯率定義如下：

　　對校正后的線路坐標進行不明確出錯類型的出錯率檢驗，得出被檢桿塔的各類不明確出錯類型的出錯概率，如表 6所示

　　將該電網線路中各不明確出錯類型的閾值設置為0.7（專家數據），得到相應的不明確出錯類型檢測結果，與明確出錯類型檢測結果綜合，得到線路所有桿塔檢錯結果。

　　2.3.3 分析方法結果

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

　　與經過再次檢測的坐標數據結果相比較，發現該方法能夠有效的找出需要校正的桿塔坐標，同時采用了一種相似度檢測桿塔坐標的方法，在檢錯時比較靈活，并且能夠更好的檢測出錯誤桿塔。

　　該方法能夠對每個待檢測的桿塔得出一個出錯概率，而不是直接得出某個桿塔一定錯誤，忽略了不明確的灰色區域。能夠控制出錯桿塔的數量，處理上有一定的靈活性，且效果好于程序（規則）直接判定。

3 小結

　　本文提出了一種架空輸電線路桿塔坐標檢錯和校正的方法，通過對線路桿塔坐標的出錯情況進行歸納總結，分為明確出錯類型和不明確出錯類型，得出明確出錯類型檢錯規則。對待檢線路進行明確出錯類型檢錯，記錄桿塔出錯類型并對這些出錯的桿塔的坐標進行相應的均值插值補缺。再對線路坐標進行不明確出錯類型的檢測，得出被檢錯桿塔的各類不明確出錯類型的出錯概率，當被檢測電網桿塔的不明確錯誤桿塔類型出錯概率大于專家設定閾值，就判斷該桿塔坐標錯誤，記錄為某一不明確出錯類型。在實際作業中，為架空線路桿塔的錯誤坐標的判定和校正，提供指導依據。

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