风电地埋电缆安全监测是保障风电站长距离输电安全的重要技术手段。如 何避免电缆遭受盗挖、误挖等地面活动破坏是安全监测的主要难点。分布式光纤 传感技术可以利用与电缆一同埋设的整条通信光纤作为传感器,实现对地面活 动的实时监测,因此在风电地埋电缆安全监测中逐渐得到应用。然而,该技术在 实际应用中存在传感数据规模庞大、地面活动特征复杂、计算资源受限等问题, 传统基于单一检测器的数据处理和检测方法很难同时满足实时性和检测精度的 要求。因此,迫切需要开发一套智能监测系统,且该系统可以融合侧重轻量化与 高精度的两种目标检测算法。 针对上述问题,本文开展了基于分布式光纤传感的风电地埋电缆安全监测 技术研究,提出了轻量化与高精度两种目标检测算法改进方法,并基于级联检测 策略开发了融合上述两种改进方法的智能监测系统。具体研究内容如下: (1)针对快速检测阶段对模型轻量化的要求,提出了一种结合变体卷积和注 意力机制的轻量化目标检测算法改进方法。该方法使用轻量化卷积取代普通卷 积,从而有效减少网络参数量和计算成本,并融合本文提出的多感受野注意力, 增强了模型对复杂目标特征的表征能力。在不明显牺牲精度的前提下,该方法将 检测器模型的参数量降低约 20.88%,计算量减少约 14.60%,有效提高了检测效 率。 (2)针对精细检测阶段对模型准确性的要求,提出了一种基于跨阶段过滤网 络架构的高精度目标检测算法改进方法。该方法通过本文设计的用于特征融合 和过滤的模块,实现了浅层纹理特征与深层语义特征的高效融合,增强了网络 对目标的多尺度特征表达能力。实验表明,在计算开销增加较少的情况下,该 方法可以将原检测器的 mAP@50:95 精度提升约 2%~5%,mAP@50 精度提升约 3%~6%。 (3)开发了基于分布式光纤传感的风电地埋电缆安全监测系统,系统基于级 联检测策略实现了数据实时采集、分析处理、可视化展示和异常报警等功能。系 统集成经过轻量化改进与高精度改进后的两种检测算法,采用先进行高精度检 测器初筛,然后进行轻量化检测器复检的模式,有效缓解了监测系统的缓存压 力,降低了计算资源消耗,提升了系统的实时监测效率与对地面活动的精细识别 能力,具有良好的工程应用价值。
