在輸電線路中，球頭掛環(huán)作為一種關(guān)鍵連接部件，其性能狀態(tài)直接影響輸電線路的整體穩(wěn)定性和安全性。然而，由于長期暴露在復(fù)雜多變的自然環(huán)境中，球頭掛環(huán)容易出現(xiàn)各種缺陷（如裂紋、腐蝕和磨損等），這些缺陷不僅會降低其機械強度，還可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。現(xiàn)有的檢測技術(shù)受到主觀因素的影響，難以發(fā)現(xiàn)微小缺陷，且檢測結(jié)果受光線、角度等因素的影響較大，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性不高。
因此，在該研究背景下，不少研究學(xué)者針對輸電線路檢測技術(shù)展開研究，分別采用不同方法進行輸電線路缺陷檢測，但存在檢測時間長、受環(huán)境影響大或依賴高質(zhì)量數(shù)據(jù)集等問題[1-4]。在以往研究成果[5-6]的基礎(chǔ)上，筆者提出了基于ResNet50網(wǎng)絡(luò)的輸電線路球頭掛環(huán)超聲檢測技術(shù)。所提方法可以提高輸電線路球頭掛環(huán)的檢測精度和效率，降低漏檢和誤檢的風(fēng)險，為輸電線路的安全運行提供有力保障。
1. 球頭掛環(huán)超聲檢測技術(shù)
1.1 球頭掛環(huán)超聲回波信號平滑處理
文章利用超聲檢測儀對輸電線路球頭掛環(huán)進行檢測，并獲取大量超聲回波信號，計算超聲對于球頭掛環(huán)的反射系數(shù)，從而獲取大量的超聲回波信號[7-8]。其具體計算過程如下
式中：Rs為超聲檢測儀對于球頭掛環(huán)的反射系數(shù)；Q1為球頭掛環(huán)的阻抗值；Q2為球頭掛環(huán)所用材料的標(biāo)準(zhǔn)阻抗值；ρz為球頭掛環(huán)材料的密度；Ck為設(shè)定的超聲檢測儀聲速；Hb為獲取的球頭掛環(huán)超聲回波信號；rz為超聲檢測儀與球頭掛環(huán)的接觸面積；Fr為球頭掛環(huán)的能量反射率。
然后，對球頭掛環(huán)超聲回波信號進行平滑處理[9]，去除回波信號中的干擾因素，提高回波信號的質(zhì)量，為后續(xù)構(gòu)建球頭掛環(huán)檢測模型奠定基礎(chǔ)。其具體處理過程為
式中：sign表示符號函數(shù)：Mh為門限函數(shù)；θz為回波信號的門限參數(shù)；γ為信號振蕩參數(shù)；ku為回波信號恒定偏差值；u為回波信號的門限值；??*為平滑處理后的回波信號；ph為平滑系數(shù)。
1.2 基于ResNet50網(wǎng)絡(luò)的檢測模型構(gòu)建
根據(jù)超聲回波信號，利用ResNet50網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建球頭掛環(huán)檢測模型。ResNet50網(wǎng)絡(luò)作為一種深度殘差網(wǎng)絡(luò)，引入殘差塊結(jié)構(gòu)，通過跳躍連接提高了信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳遞速度，利于更加深層次地分析輸入數(shù)據(jù)[10-11]。將其應(yīng)用到球頭掛環(huán)檢測模型中，能夠提取出豐富的回波信號特征，并對提取的特征進行深入分析。
球頭掛環(huán)檢測模型如圖1所示，將處理過的回波信號作為輸入數(shù)據(jù)，輸入到檢測模型中。利用起始卷積層a1~a50先對其進行卷積處理，提取出回波信號中的低級特征[12]，再利用池化層和殘差模塊對回波信號的維度進行壓縮和恢復(fù)，并在全連接層b1~b50中生成相應(yīng)的特征向量，再將其映射到對應(yīng)的類別數(shù)，生成最終的檢測模型。
先對輸入的球頭掛環(huán)回波信號進行特征提取[13]。在提取時，需要多個卷積層和殘差塊共同作用，即
| ??=?1(?2(?(?50(??* )))) | (5) |
| ??=?? · ?? · ?(?)+??(?) | (6) |
式中：Jc為多卷積層函數(shù)；F1，F2等為多個卷積層；Tz為殘差塊函數(shù)；g（x）為非線性映射函數(shù)，Ws（x）為非線性映射權(quán)重矩陣；x為輸入數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換結(jié)果。
在此基礎(chǔ)上，通過設(shè)定損失函數(shù)[14]，構(gòu)建相應(yīng)的球頭掛環(huán)檢測模型，即
| ??=-∑???lg?? | (7) |
| ??=????+???? | (8) |
式中：Ls為設(shè)定的損失函數(shù)；yi為球頭掛環(huán)第i種缺陷類別出現(xiàn)的概率；pi為球頭掛環(huán)缺陷出現(xiàn)的概率；Cm為構(gòu)建的球頭掛環(huán)檢測模型；Wk為全連接層的權(quán)重矩陣；bm為全連接層的偏置項。
計算球頭掛環(huán)異常處的缺陷參數(shù)，檢測出其缺陷類別，即
| ??=?(??) · ??-???? · ?? | (9) |
式中：ql為球頭掛環(huán)缺陷參數(shù)值；f為檢測模型的求解函數(shù)；pm，pn分別表示檢測模型中不同類別與缺陷的實際相似度；mk為檢測系數(shù)；hc為缺陷與檢測模型中各個類別的匹配系數(shù)。
根據(jù)計算的缺陷參數(shù)，劃分出不同的缺陷類別，由此輸出相應(yīng)的檢測結(jié)果。
2. 試驗測試
2.1 試驗環(huán)境及參數(shù)設(shè)置
試驗環(huán)境配置如下：選用Ubuntu 20.04 LTS作為操作系統(tǒng)，學(xué)習(xí)框架為PyTorch，數(shù)據(jù)處理工具為Pandas，編程模型為CUDA。
試驗中，為采集輸電線路球頭掛環(huán)的回波信號，選用TH-CS150型超聲檢測儀。該超聲檢測儀的具體參數(shù)如表1所示。
