探地雷达偏移成像下的杆塔接地体缺陷检测研究

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杆塔接地设备的设计与埋设是保证电网线路运行安全的重要防雷手段。由于杆塔接地材料在完成输电线路架设后就常年埋设于地下土壤中,极易发生腐蚀甚至是断裂缺陷。传统杆塔接地开挖检测方法过于繁琐、且实施不便,因此,本文基于杆塔接地检测实际需要,利用探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)探测特性进行探地雷达偏移成像下的杆塔接地体缺陷检测相关研究。经过对GPR未偏移图像特性分析,说明传统探测方式获得的初始图像无法对地下目标形态进行判断。本文将从GPR探测原理出发,对面向杆塔接地体检测的偏移模型进行研究。通过分析Kirchhoff偏移法、FDTD偏移法、SSF偏移法以及Stolt偏移法数学模型原理,对比各类偏移算法在仿真实验中的效果,发现Stolt偏移的成像效果和运算效率都更加优越。针对接地体检测对探测图像数据清晰度与精度要求,提出使用Stolt偏移变换来进行杆塔接地体检测设想。根据使用Stolt算法进行接地体检测设想,本文提出一种基于Stolt偏移处理的杆塔接地体检测模型。考虑到实际探测现场中存在各类噪声干扰,检测模型搭建的第一步是对GPR探测图像数据进行前期去噪处理工作。为了使GPR二维回波图像能够反映接地体目标形态特征,提出对预处理图像进行Stolt偏移处理。同时,为了解决偏移运算后的GPR图像无法明显反映接地体目标结构特性这一问题,提出采用数字图像处理方法(二值化与膨胀腐蚀运算)对GPR偏移结果做进一步变换。通过对GPR初始探测数据进行相应处理,得到的偏移图像数据能够较好呈现接地体缺陷状况,为之后识别、判定及分析工作的准确性提供了保障。针对成像后图像无法对极严重腐蚀和极短距离断裂进行判断区分的问题,通过GPR一维图像与二维图像数据特征,提出一种基于偏移图像与一维波形的缺陷识别法。根据处理图像来设定疑似缺陷区域,将其中的接地体像素点占比作为判据来判断其是否存在缺陷。利用检测模型处理得到的偏移图像来实现对接地体腐蚀缺口与完全断裂缺陷的判断和识别,对呈现类似断裂的模糊形态,通过一维波形数据做进一步判定。最后,使用仿真软件搭建不同杆塔接地体缺陷下的仿真模型,对其进行GPR探测仿真模拟验证。并在沙坑现场中构建实际探测平台,以实测数据来进一步验证了本文提出的检测模型适用性。从仿真与沙坑实验结果来看,文中的缺陷识别法能够较好根据处理后GPR探测数据进行接地体缺陷分析与判断,提出的接地体检测模型对未来输电线路杆塔接地体检测具有重要工程意义。
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