杜双育1，李  峰1，王  路2，李白冰2

　　（1.广东电网有限责任公司电力科学研究院, 广东 广州 510080；2.广州泰迪智能科技有限公司，广东 广州 510080）

　　摘  要： 提供了一种架空输电线路杆塔坐标检错和校正的方法，对线路杆塔坐标的出错情况进行归纳总结，分为明确出错类型和不明确出错类型。对待检测的电网杆塔中缺失的杆塔坐标进行第一次均值插值补缺。利用明确出错类型检错规则，得出被检错线路的明确出错杆塔，记录杆塔出错类型并对这些出错的杆塔的坐标进行相应的均值插值补缺。再对补缺的线路坐标进行不明确出错类型的检测，得出被检错杆塔的各类不明确出错类型的出错概率，当被检测电网杆塔的不明确错误杆塔类型出错概率大于专家设定阈值，就判断该杆塔坐标错误，记录出错类型。根据明确出错类型与不明确出错类型检测结果，综合判断，完成线路所有杆塔检错工作。

　　关键词： 杆塔坐标；明确出错；不明确出错；均值插值补缺；出错概率

0 引言

　　随着经济的发展和人们生活水平的提高，社会生产生活对于电力的依赖性以及对于供电质量的要求越来越高。但是由于输电线路长期暴露在自然环境中，极容易受到恶劣的自然环境及自然灾害的影响，因此电力线路巡检和抢修是保证电力系统正常运行的重要保证。而对于输电线路杆塔的准确定位是缩短检修时间、保障检修顺利进行的重要手段，并且也会影响雷电定位系统定位结果[1-3]。同时，随着各类有关于输电线路的综合分析应用系统的推广应用，输电线路杆塔的准确定位越来越重要[4-5]。当输电线路经过山坡、山谷等复杂地形时，会直接影响杆塔坐标测量的精度；同时，由于人为原因的因素，比如测量人员的记录错误或者数据录入缺失，造成系统中的线路杆塔坐标存在数据缺失、数值不合理、误差较大等问题，严重影响各类系统功能的应用[6-7]。通过对众多杆塔坐标准确性的校验，找出错误杆塔坐标，并且归纳坐标出错的类型，完成所有杆塔坐标检错的工作[8-10]。

　　本文首先对坐标出错的类型进行归纳，总结出4种明确出错类型和3种不明确出错类型。然后对原始坐标数据进行预处理，利用明确出错类型的特征得出明确出错规则，对预处理后的数据进行明确出错检验，对出现有明确出错类型的杆塔的坐标进行校正并记录其明确出错类型。接着，对校正后的线路进行不明确出错类型检验，计算出每个杆塔的3种不明确出错类型的出错概率，并与相应的专家阈值进行比较判断是否具有该种不明确出错。

1 杆塔坐标出错特征

　　根据对已有杆塔出错的情况进行总结，可以把出错类型根据其出错的明显程度分为不明确出错类型和明确出错类型，如图 1所示。

　　可以发现，对于明确出错类型，可以很直观的看出来，而对于不明确出错类型是用肉眼不易观察出来的。其中，明确出错类型有重复出错点（即过于相似点）、孤立出错点、漂移出错点和易错拐点，共4类；不明确出错类型有类似孤立点出错、角度出错点、距离过长出错点，共3类。

2 分析方法

　　关于架空输电线路杆塔坐标检错方法，首先对坐标出错的类型进行归纳，总结出错类型。然后对原始坐标数据进行预处理，对缺失值进行均值插补。利用明确出错类型的特征得出明确出错规则，对预处理后的坐标数据进行明确出错检验，对出现有明确出错类型的杆塔的坐标进行校正并记录其明确出错类型。接着，对校正后的线路进行不明确出错类型检验，计算出每个杆塔的3种不明确出错类型的出错概率，并与相应的专家阈值进行比较判断是否具有该种不明确出错类型。

　　2.1 数据预处理

　　在原始杆塔坐标数据集中，可以发现存在有些线路中的杆塔坐标缺失。对于其缺失情况进行总结，经探究得出缺失杆塔坐标的情况分为以下4种：整条电网线路缺失、电网线路中间缺失、电网线路开始缺失、电网线路结束缺失。

　　假设杆塔的实际数目为N，其相应的插值操作如下：

　　（1）整条电网线路缺失

　　整条线路都缺失或者整条线路只有一个点的情况，此情况下进行补值的意义不大。它属于固有缺陷，因此忽略该线路，对其不做处理。

　　（2）电网线路中间缺失

　　假设中间线路缺了n（n=1,2…N-2）点，设缺失段前一点坐标为（x1,y1），缺失段后一点坐标为（x2,y2），则中间第i个缺失点的坐标为：

　　（3）电网线路开始缺失

　　假设线路开始部分缺失了n（n=1,2…N-2）点，设缺失段后第一个有数据的点为（x1,y1），缺失段后第二个点为（x2,y2），则缺失的第i个点的坐标为：

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

　　（4）电网线路末端缺失

　　假设线路末段部分缺失了n（n=1,2…N-2）点，设缺失段前第一个有数据的点为（x1,y1），缺失段前第二个点为（x2,y2），则缺失的第i个点的坐标为：

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

　　2.2 建立样本集

　　根据某电网采集的数万条线路杆塔坐标（待检测出错杆塔），从中选择10条线路作为样本来检验该分类检错方法，其中该10条线路杆塔的正确坐标已经确定。其待检测的杆塔数据（原始记录数据），如表 1形式所示。

　　对待测待检测的杆塔数据，根据其线路中的塔杆坐标的缺失情况，进行相应的均值插补，为下面利用总结出来的明确出错类型规则检验提供相应的数据，结果如表 2所示。

　　2.3 出错类型规则的建立

　　2.3.1 明确出错类型

　　（1）重复出错点（即过于相似点）：

　　设有两个点（杆塔）坐标为（x1,y1），（x2,y2）先对整条线路扫描一遍，如果当前点与下一个点的差的绝对值小于0.000 001，则标记下一个点为重复点。

　　（2）孤立出错点（如图 2所示）：

　　对于每条线路除去开始两点与结束两点后中间段的每个点，都有5个属性：L1为和左边相邻点的距离，L2 为和右边相邻点的距离，L3为和相隔一点的左邻点的距离，L4为和相隔一点的右邻点的距离，角θ为与左右相邻点的夹角。虽然每条线路的开始两点与结束两点是没有属性，但是认为它们不孤立。取L1，L2中最大值为L5，取L3，L4中最大值为L6。当角θ小于60°（为阈值，可自控制），L5大于2 000 m（为阈值，可自控制），L6大于2 000 m（为阈值，可自控制）时，认为该点为明确的孤立点。

　　由于角θ为与左右相邻点的夹角，所以对于线路的起始点和终止点都不具备该属性。设线路杆塔上相邻两点坐标为（x1,y1），（x2,y2）两点间的距离为L。

　　距离L的计算公式为：

　　设1、2、3杆塔的坐标为（x1,y1），（x2,y2）与（x3,y3），其中1杆塔和2杆塔距离为L1，2杆塔和3杆塔距离为L2，1杆塔和3杆塔距离为L3，2杆塔的夹角为θ。

　　角的计算公式为：

　　（3）漂移出错点（如图 3所示）

　　漂移点是一段（即整段漂移）出现的，在电网杆塔的同一条线路中，可能会有很多漂移段出现，而每个漂移段中可能包含2个或多个点是漂移点。提取每条电网线路中每个待检测点的属性L1，L2；其中L1为待检测点与左邻点的距离，L2为待检测点与右邻点的距离，由于每条线路的开始一点与结束一点没有该属性，认定其不是漂移点。

　　记某个待检测点为点B时，其上一个点为A，下一点为C，若B点的属性L1>3 000（为设置参数，可自控制），L2<2 000（为设置参数，可自控制）时，认为该点B为漂移点的起始点。接下来判断点B的下一点C，判断C点再到下一点的距离是否小于2 000（为设置参数，可自控制）；若为否，对C点是该漂移段的终止点，继续对后面的点进行漂移段起始点检验。若为是，则判断该段漂移点个数，具体是：当CD距离小于2 000；且AD距离减AC距离小于AC距离的30%时，C点是漂移点，n用来记录漂移点个数，每当多判断一个点为漂移点时，n加1。继续下一个点D的检测，重复该段中两个条件的检测，不同时满足这两个条件中时，说明该点是该漂流段的终止点。

　　（4）易错拐点（如图 4所示）：

　　易错拐点只会出现在中间段，起点与终点不会是易错拐点，对待测点记录3个属性，分别为待检测点对应的角θ，左边线段斜率r1、右边线段斜率r2，并由斜率计算角度k1和k2 k1=arctan(r1)，k2=arctan(r2)。当角θ<60°（为阈值，可自控制），且角度k1与k2的差的绝对值小于30°（为阈值，可自控制）时，判断该点为易错拐点。

　　斜率的计算方法：

　　设A点的坐标为（x1,y1），B点的坐标为（x2,y2），D点的坐标为（x3,y3），E点的坐标为（x4,y4）。

　　对不同的明确出错类型的杆塔坐标的校正方法如下：

　　重复出错点的杆塔坐标校正方法，根据重复出错点在线路中的位置，选择相应的均值插补方法。

　　孤立出错点的杆塔坐标校正方法，根据重复出错点在线路中的位置，选择相应的均值插补方法。

　　漂移出错点的杆塔坐标校正方法，只可能出现在线路的中间，只需选择电网线路中间缺失这种情况对应的均值插补方法。

　　易错拐点的杆塔坐标校正方法，根据易错拐点在线路中的位置，选择相应的均值插补方法。

　　利用上述明确出错类型的规则，对预处理后的数据进行明确出错类型检验，记录其明确出错的类型并对其坐标进行校正，结果如表 3所示。

　　2.3.2 不明确出错类型出错率检验

　　（1）类似孤立点出错的出错率检测：

　　提取每条线路除去开始两点与结束两点后中间段点的5个属性。其中L1为和左边相邻点的距离，L2 和右边相邻点的距离，L3为和相隔一点的左邻点的距离，L4为和相隔一点的右邻点的距离，角θ为夹角。记L1、L2中最大值为L5，取L3、L4中最大值为L6。人工选择10个出错的孤立点样本，提取孤立点相应的属性角θ，L5、L6。为了避免提取到的属性θ，L5、L6有极端值干扰，将属性离散化，即对属性值分级表示，不同属性可有不同的具体离散化方法。待检测点的属性值也进行离散化，得到每一个待检测点的属性θ、L5、L6表示成一个3维向量(X1 X2 X3 )，10个出错孤立点样本中每个样本的属性θ、L5、L6对应一个(X1i X2i X3i )（i=1,2…10，为10个出错样本）。

　　定义相似度公式：

　　i=1,2…10

　　其中，min()代表取两者中较小的值，max()表示取两者中较大的值。其中a，b，c分别为属性θ、L5、L6在类似孤立点出错检验中的重要程度。由于有10个孤立点样本，则得到10个ri(i=1,2…10)，取r=max(ri)为待检测点和孤立点的相似度大小。i=1,2…10

　　人工选择10个出错的孤立点样本，提取典型出错点相应的属性角1，L5，L6。孤立点样本见表 4。

　　数据预处理，为了避免极端值得干扰，选择将属性离散化，离散化后属性见下表 5所示。

　　（2）角度出错点的出错率检验：

　　对每个点的角度进行处理，大于100°的夹角，认为它一定不会是角度出错（专家数据）。为了得到一个角度出错点的出错概率，将夹角大于100°的角定义为100°，这样它的出错概率定为0%。

　　角度出错点的出错率公式为：

　　r=(100-夹角大小)/100，其中r∈[0,1]

　　（3）距离过长出错点的出错率检测：

　　待检测点和相临两点的距离为L1，L2，取L=max（L1，L2），对L>=2 000的点，认为它有一个距离过长出错点的出错概率，若L大于7 000,认为该点一定是距离过长的出错点。

　　距离过长出错点的出错率定义如下：

　　对校正后的线路坐标进行不明确出错类型的出错率检验，得出被检杆塔的各类不明确出错类型的出错概率，如表 6所示

　　将该电网线路中各不明确出错类型的阈值设置为0.7（专家数据），得到相应的不明确出错类型检测结果，与明确出错类型检测结果综合，得到线路所有杆塔检错结果。

　　2.3.3 分析方法结果

　　其中综合判断的方法为：在明确类型检错与不明确类型检错的7小类检错方法中，只要有一类方法判断为错，则综合判断结果就为错；都没判断错，则该杆塔坐标没有错误。综合判断结果见下表 7，表中综合判断一列中，1代表出错，0代表没出错。

　　与经过再次检测的坐标数据结果相比较，发现该方法能够有效的找出需要校正的杆塔坐标，同时采用了一种相似度检测杆塔坐标的方法，在检错时比较灵活，并且能够更好的检测出错误杆塔。

　　该方法能够对每个待检测的杆塔得出一个出错概率，而不是直接得出某个杆塔一定错误，忽略了不明确的灰色区域。能够控制出错杆塔的数量，处理上有一定的灵活性，且效果好于程序（规则）直接判定。

3 小结

　　本文提出了一种架空输电线路杆塔坐标检错和校正的方法，通过对线路杆塔坐标的出错情况进行归纳总结，分为明确出错类型和不明确出错类型，得出明确出错类型检错规则。对待检线路进行明确出错类型检错，记录杆塔出错类型并对这些出错的杆塔的坐标进行相应的均值插值补缺。再对线路坐标进行不明确出错类型的检测，得出被检错杆塔的各类不明确出错类型的出错概率，当被检测电网杆塔的不明确错误杆塔类型出错概率大于专家设定阈值，就判断该杆塔坐标错误，记录为某一不明确出错类型。在实际作业中，为架空线路杆塔的错误坐标的判定和校正，提供指导依据。

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