基于深度学习的绝缘子故障检测研究

绝缘子是架空线路中重要组成部分之一,当出现故障时,影响电网安全运行。为实现绝缘子故障快速、精准的识别,提出了一种基于改进YOLOv3-Tiny的绝缘子故障检测方法。首先,为了增强小目标检测能力,对浅层特征图与第二检测层之前特征图进行同维拼接构建第三预测层。随后,该网络采用Ghost模块替换主干网络中的卷积层,降低模型的参数量。然后,设计了一个新的注意力模块MECA,不仅能够多尺度信息融合,还能使网络专注绝缘子的显著特征。最后,提出了新的交并比EIoU作为边框回归损失函数,更好的定位目标位置。实验结果表明,改进的YOLOv3-Tiny在绝缘子故障检测中平均准确率（MAP）高达96.1%,较原始YOLOv3-Tiny算法MAP提高了17%。     

航拍绝缘子自爆缺陷的轻量化检测方法

为了精准识别、定位架空输电线路中航拍绝缘子串的自爆缺陷,提出一种轻量化检测方法 MDD-YOLOv3。首先将YOLOv3主干网络残差单元中的普通卷积替换为深度可分离卷积,设计主干网络D-Darknet53,在网络检测精度微降的情况下,大幅提升网络的检测速度。特征挖掘模块中,设计了Dense-SPP模块,Dense-SPP和它前后串联的卷积特征提取层能充分挖掘自爆缺陷的全局和局部特征,提高网络对自爆缺陷的特征表达能力。最后构建了四维度预测层,能充分提取自爆缺陷的位置、纹理和语义等信息,提高网络的小目标检测性能。仿真实验表明,MDD-YOLOv3对绝缘子的检测精确度达到96.1%,检测速度达到36帧/s,相比YOLOv3,检测精确度和速度分别提升了4.0%和28.6%。研究结果证明所提方法可以在复杂背景下快速且精准的识别和定位绝缘子缺陷。     

基于改进YOLOv5的轻量化绝缘子缺陷检测算法

无人机巡检已经成为当下输电线路巡检的主流方式，绝缘子缺陷的检测是无人机巡检中的重要环节。因此，提出了一种基于改进YOLOv5的轻量化绝缘子缺陷检测算法。首先，使用轻量型的Ghost卷积代替普通卷积；然后，使用重复加权BiFPN（双向特征金字塔网络）替换原特征提取网络，提高网络对不同尺度的特征提取能力；最后，引入CA（坐标注意力机制）提高了主干特征提取效率。实验结果表明，绝缘子检测的平均精度值提升了1.7个百分点，模型大小减少了13.1%，改进后的算法模型在提升检测精度的同时更加轻量化，可实现绝缘子缺陷的快速检测。     

改进YOLOv4的绝缘子图像检测模型

为了满足无人机巡检过程中实时检测的需求，提出一种改进YOLOv4的绝缘子缺陷检测方法，在保证绝缘子检测精度的前提下，减小模型参数量，提升检测速度。该方法使用CSPDarknet53和MobileNetV1提取绝缘子的特征信息，对输出特征层进行堆叠处理，缩减通道数，减少模型计算量；精简路径聚合网络(path aggregation network, PANet)结构,将其中的标准卷积替换为深度可分离卷积；使用Decoupled Head替换原有预测网络；在训练过程中加入迁移学习策略和数据增强方法提高训练精度，使用绝缘子图像和视频测试网络训练效果。实验结果表明，改进后模型的绝缘子检测精度达到98.17%,同时对于单张绝缘子图像的识别速度提升5 ms。     

基于YOLOv5的轻量化端到端手机检测方法

针对监控图像中手机尺寸较小、分辨率低且特征不明显等问题，给检测算法研究带来了困难。提出了一种改进的YOLOv5网络模型方法用来识别手机的使用。改进的检测算法引入轻量级网络GhostNet作为主干提取网络，将GhostConv模块、C3Ghost模块分别代替主干网络中的Conv基本卷积模块和C3模块，减小网络参数和复杂度；同时，将注意力机制CBAM引入到主干网络中，减少融合后冗余特征的影响，提取到目标区域中更加关键的特征信息；使用四尺度特征检测，在原算法基础上对应的增加检测层，用以提高更小目标的检测精度。实验结果表明，改进后的YOLOv5算法准确率达到95.7%,平均精度达到97.1%,比改进前训练的准确率和平均精度分别提升了2.5%和1.8%,运算量和参数量较改进前分别减少了14.3%和24.5%。改进的YOLOv5算法不仅具有轻量化优势，同时保证了准确率和平均精度。该方法为智能监测技术行业违规使用手机提供了理论依据和技术参考。     

融合坐标注意力和自适应特征的YOLOv5陶瓷膜缺陷检测方法

针对平板陶瓷膜表面缺陷实时检测时存在检测准确率较低的问题,本文提出了一种融合坐标注意力和自适应特征的YOLOv5陶瓷膜缺陷检测方法。通过在原有YOLOv5模型的主干网络中加入坐标注意力机制,建立位置信息和通道之间的关系,从而更准确地获取感兴趣区域。在原始网络的预测网络中融入自适应特征融合机制,提高模型对多尺度缺陷的检测能力。将空洞空间卷积池化金字塔模块替换原始网络中的空间金字塔池化模块,提高卷积核视野获取更多的有用信息。实验结果表明：本文模型平均精度为97.8%,检测帧数为32 FPS,平均精度与原始YOLOv5模型相比提高了5.5%。本文提出的模型在满足平板陶瓷膜缺陷的实时检测条件下,提高了模型的检测准确率,对推动平板陶瓷膜缺陷检测的发展具有一定的参考价值。     

改进 YOLOv5 网络的带钢表面缺陷检测方法

带钢表面缺陷检测已成为保证带钢生产质量的重要环节之一。 针对当前带钢缺陷检测算法精度有待提高等问题,提出 了一种基于 YOLOv5 网络改进的算法模型 MT-YOLOv5。 首先在主干网络中引入 Transformer 自注意力机制,使主干网络更聚焦 于图像全局特征信息的提取;其次采用 T-BiFPN 网络结构,将 Transformer 层与 BiFPN 网络结构相结合,进一步增强了图像浅层 特征信息与深层特征信息的融合;然后引入改进后的轻量化网络 RepVGG 替换主干网络中的部分卷积层,增强主干网络的特征 提取能力;最后增加预测层,检测不同尺度的目标。 实验结果表明,MT-YOLOv5 算法在 NEU-DET 数据集上的均值平均精度 (mAP)达到了 82. 4%,较原 YOLOv5s 算法提高了 5. 3%,检测速度为 65. 4 fps,更好地均衡了检测速度与检测精度。     

基于ConvNeXt和注意力机制的绝缘子自爆故障检测方法

为了更加准确地识别和定位架空线路绝缘子的自爆故障，保障电力系统安全稳定运行，提出一种基于ConvNeXt和注意力机制的目标检测算法，可用于无人机、巡检机器人等设备拍摄的可见光图像中绝缘子自爆故障检测。首先，使用一种新型卷积神经网络ConvNeXt作为主干网络，使用1∶1∶1∶3的阶段模块数量比例，增强网络对抽象语义特征的提取能力；其次，使用跨阶段局部连接结构，减少网络参数量和计算复杂度，丰富网络梯度连接；最后，引入卷积注意力机制，增强网络对复杂背景中目标区域的感知能力。实验结果表明，改进后的绝缘子自爆故障检测模型的平均精度均值达到97.4%，相比基线YOLOv7提升了1.4%，能够有效实现绝缘子自爆缺陷的检测。     

基于轻量型网络的口罩遮挡人脸识别方法

由于口罩的遮挡会大幅降低人脸可供识别的特征，使得之前提出的人脸识别算法在现有外部环境下的识别性能大幅下降。因此，针对现有人脸识别技术在当前应用场景中的不足，本研究采用MobileNet v2轻量级卷积神经网络替换InceptionResNet-v1网络作为骨干网络对FaceNet人脸识别方法进行了改进，在简化模型参数的同时提高了模型的运算速度，并且在MobileNet V2网络中引入一种轻量型的混合注意力模块，同时将Softmax Loss与Triplet Loss加权融合作为网络模型的联合损失函数，通过调整权值达到最优后作为损失函数进行训练，提高网络的识别准确率。实验结果表明：本研究所提出的人脸识别网络在进行口罩遮挡人脸识别时，识别准确率达到92.1%,较原有人脸识别网络有大幅提升，同时识别速度也明显优于原有网络。     

基于车载360°环视影像和深度神经网络的路面坑塘与裂缝检测

为解决目前道路智能病害检测系统自动化程度低、运行成本高和准确度差等问题。基于无缝360°环视影像拼接、YOLOv3目标检测深度卷积网络框架以及Inception v3模型,提出一种新的基于改进深度卷积神经网络的环视拼接路面图像坑塘与裂缝检测算法。创新性地提出以YOLOv3为路面病害目标检测网络框架,将其原有的主干网络darknet替换为对于坑塘与裂缝等路面病害深度特征辨识度更高的Inception v3模型,从而更加精确有效地检测覆盖三根车道的多尺度路面坑塘目标。结果表明,算法对于路面病害,特别是坑塘与裂缝的检测总体准确率有明显提升,在所采集的大规模360°环视路面病害数据集上超越了原始YOLO和简化YOLO算法,以及基于MobileNet和VGG16为主干的变种,平均准确率均值mAP能达到72%以上。     

改进 RetinaNet 的绝缘子精确定位研究

接触网图像中绝缘子部件的自动精确定位是绝缘子故障检测的基础,绝缘子在接触网图像中存在倾角,采用水平框进 行检测难以精确契合目标。 针对此问题,提出一种改进 RetinaNet 的绝缘子精确定位方法。 首先利用高效 Ghost 模块代替原特 征提取网络中的卷积操作获得多尺度特征图,减少模型计算量;其次将注意力机制嵌入网络中,抑制次要特征对目标检测的影 响;然后引入旋转框作为模型的预测框实现绝缘子精确定位,降低冗余背景噪声的干扰;最后重新定义训练过程中的正负样本, 解决了添加旋转框导致学习错误样本的问题。 实验结果表明,该方法可以精确地定位绝缘子,抑制冗余背景信息,与原算法相 比检测精度提高 2. 8%,检测速度为 25. 6 FPS,参数量减少 42. 8%,具有良好的检测性能。     

定向识别航拍绝缘子及其缺陷检测方法研究

针对现有绝缘子检测算法无法定向检测绝缘子及其缺陷的问题，提出了一种改进YOLOv5(you only look once v5,YOLOv5)算法的航拍绝缘子识别及其缺陷检测方法。通过定向标注航拍绝缘子图片，形成航拍绝缘子数据集和缺陷绝缘子数据集；在YOLOv5的主干特征提取网络引入轻量化注意力机制模块、在特征融合阶段使用改进的空间金字塔池化结构；通过改进YOLOv5网络的头部结构使其可以对绝缘子进行定向识别，并对损失函数添加角度损失分类。实验结果表明在检测时间由单张0.044 s到单张0.049 s并无显著增长的前提下，改进后的算法在测试集上的mAP(mean average precision)的值为95.00%,实现了定向识别绝缘子及其漏帽缺陷，还可应用到绝缘子视频流检测。为后续的绝缘子精确定位以及进一步故障检测打下良好基础。     

基于密集连接网络的航拍绝缘子旋转目标精准定位方法

为了实现架空线路巡检时绝缘子的精准定位和检测,提出了一种基于Dense-Block密集连接块与旋转框改进YOLOv5的绝缘子检测模型。该模型针对绝缘子长宽比较大和方向多变的特点,提出利用长边定义法为检测框增加角度信息,实现目标旋转框检测,有效提升绝缘子检测和定位的效果。同时为了增强特征的重新利用和传播,利用Dense-Block对模型中的残差模块进行改进,构建YOLOv5-dense检测模型。最后为了使YOLOv5-dense模型能够更加关注有效的特征信息,在主干网络尾部加入SimAM注意力模块对模型进行改进。实验之前,利用Retinex算法对输入绝缘子图像进行增强。实验结果表明,相较于原始YOLOv5算法,所提算法在平均准确率和每秒处理帧数方面都有提高。除此之外,与水平框检测算法相比,所提算法去除了检测结果中大量冗余的背景信息,实现了绝缘子区域更加精准的定位。     

基于改进型YOLO v3的绝缘子异物检测方法

绝缘子作为输电线路重要的组成部件,其功能完整性对电网的安全运行至关重要。绝缘子所处的户外环境极易导致其存在异物搭挂,有必要监控绝缘子的运行状态。提出一种基于改进型目标检测算法(YOLO v3)的绝缘子异物检测方法:Dense-YOLO v3,设计密集网络(Dense-net)替代原网络其中一个卷积层,实现绝缘子的多层特征复用和融合,提高了检测精度。扩增了训练集以提升网络的训练效果;提出误检代价函数以度量误检的风险。实验结果表明,Dense-YOLO v3在测试集上的检测精度达到94.54%,误检代价低于YOLO v3和Faster-RCNN,可初步应用于输电线路的无人机巡检作业。     

基于通道剪枝的ACAM-YOLOv5s绝缘子缺陷检测

针对现有的绝缘子缺陷检测深度神经网络模型规模大、计算资源消耗高、检测精度低,难以部署在边缘端,本文基于通道剪枝和YOLOv5s方法提出具有非对称卷积和注意力机制的轻量级绝缘子缺陷检测模型ACAM-YOLOv5s。ACAM-YOLOv5s模型采用非对称卷积模块ACBlock替换YOLOv5s骨干网络残差结构中的标准卷积,并结合通道和空间混合的注意力CBAM进行特征融合,以增强骨干网络的表达能力、特征提取能力以及鲁棒性。引入对边界框大小和位置灵敏性高的PIoU作为定位回归损失,解决绝缘子纵横比高导致缺陷检测定位准确率低的问题。基于BN层通道剪枝方法对ACAM-YOLOv5s模型进一步稀疏化训练、剪枝和微调,得到轻量化缺陷检测模型。实验结果表明,剪枝后的ACAM-YOLOv5s模型和原始YOLOv5s相比,在检测精度、计算量和模型体积方面,具有相对优势,能够满足边缘设备部署的需求,在无人机航拍绝缘子缺陷检测领域具有潜在价值。     

复杂环境背景下绝缘子缺陷图像检测方法研究

针对处于复杂的环境背景下的电力绝缘子以及绝缘子缺陷的检测存在检测精度低、检测速度不高的实际问题,提出了一种改进YOLOv4(you only look once v4)算法的电力绝缘子图像以及存在缺陷的绝缘子检测的方法。通过制作电力绝缘子以及绝缘子存在缺陷的数据集,使用K-均值聚类(K-means)算法对电力绝缘子图像样本进行聚类,获得不同大小的先验框参数;然后通过改进平衡交叉熵(balanced cross entropy, BCE)引入一个权重系数,来增加损失函数的贡献程度;最后,通过增加空间金字塔池化结构(spatial pyramid pooling, SPP)前后的卷积层来加深网络的深度。实验结果表明,改进模型的单张检测时间为3.27 s,对于绝缘子缺陷平均检测精度比原始的YOLOv4算法提升了24.36%。同时通过改进后的YOLOv4算法在测试集上的平均精度均值(mean average precision, mAP)的值为84.05%,比原始的YOLOv4算法提升了17.83%,充分说明了能够很好的定位和识别电力绝缘子图像存在的缺陷。     

基于生成对抗网络的自爆绝缘子检测模型设计

随着输电线路的持续建设,无人机逐步代替人工成为巡线工作的主要工作方式。绝缘子在输电线路中具有重要作用,然而,因自爆绝缘子导致的事故尤为频繁,从大量的航拍图像中识别自爆绝缘子,是一个亟待解决的任务。在航拍图像中,大部分绝缘子数据均是无损绝缘子,自爆绝缘子数量较少,因而无法满足识别算法的训练要求。针对现有输电线路无人机巡检中自爆绝缘子数据量稀缺的问题,该文提出了一种基于生成对抗网络的自爆绝缘子检测模型。通过生成器和鉴别器的对抗训练,该模型仅使用无损绝缘子数据训练即能完成对自爆绝缘子的检测。在此基础上,该文优化了生成对抗网络的训练过程。通过引入指导网络,解决了生成对抗网络的模式崩塌问题,提高了对自爆绝缘子检测的召回率;通过对鉴别器的输入添加扰动,解决了生成对抗网络中的样本不均衡问题,提高了对自爆绝缘子检测的精确度。通过与其他异常检测算法的对比实验,证明了该文方法的可靠性。并通过对模型各部分的消融实验,证明了该文方法各部分的可靠性。实验结果证明,该生成对抗网络模型有效避免了传统生成对抗网络中的缺陷,完成了对自爆绝缘子的高效自动检测。     

基于改进YOLOv5的轨道交通障碍物检测算法

针对复杂的轨道交通背景下障碍物检测精度低和检测速度慢的问题,提出了一种改进YOLOv5的目标检测网络模型。首先,采用基于注意力机制的轻量级Transformer主干EMO来替换YOLOv5原有backbone中的部分模块,保证轻量化的同时,还能够提高模型的准确性和稳定性;其次,使用Focal-EIoU来替换YOLOv5中的CIoU损失函数,以解决CIoU引起的训练效率低、收敛速度慢等问题;最后使用轻量化上采样算子CARAFE来替换YOLOv5算法中原有的上采样层,在没有引入过多参数和计算量的情况下具有更大的感受野,提高了检测精度和检测速度。实验结果表明,该方法相较于原始的YOLOv5网络模型平均精确度提升了11.1%,准确率提升了13%,召回率提升了11.4%,检测速度达到了60.7 fps。所提出的方法在目标检测任务中表现出了较好的性能,有效增强了轨道交通背景下目标检测模型的检测性能。