專利名稱：一種基于視頻差異分析的輸電導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字視頻圖像處理及輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，具體涉及一種基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法。
背景技術(shù)：
近年來，輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)事故頻繁發(fā)生，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅。風(fēng)偏閃絡(luò)事故一旦發(fā)生會導(dǎo)致輸送電能損失和風(fēng)偏跳閘等故障。由于風(fēng)的連續(xù)性，風(fēng)偏閃絡(luò)跳閘后一般不能成功重合閘，從而導(dǎo)致了線路的停運(yùn)。隨著我國特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，將有越來越多的直流士SOOkV及交流IOOOkV級以上的輸電線路投入建設(shè)及使用。根據(jù)國家電網(wǎng)規(guī)劃研究，2020年為滿足“全國聯(lián)網(wǎng)、西電東送、南北互供”的需要，將構(gòu)建由百萬伏級特高壓電網(wǎng)組成的全國主干網(wǎng)架。輸電線路抗風(fēng)偏性能高低是關(guān)系到其能否安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素，因此實(shí)時獲取輸電線路在大風(fēng)下的風(fēng)偏狀況并進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算是十分必要的。長期以來，國內(nèi)高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)中，在計(jì)算懸垂絕緣子串的風(fēng)偏時，通常將絕緣子串簡化為剛性直桿，或按弦多邊形方法，用靜力學(xué)方法計(jì)算懸垂絕緣子串在設(shè)計(jì)平均風(fēng)速作用下的風(fēng)偏角。而且在工程實(shí)際中，只有當(dāng)懸垂絕緣子串較重且需要嚴(yán)格檢查大風(fēng)下最上端絕緣子是否碰及橫擔(dān)或下端帶電部件對橫擔(dān)的間隙時才采用弦多邊形方法， 一般情況下都將絕緣子串簡化為剛性桿近似地計(jì)算懸垂絕緣子串的風(fēng)偏角。最近幾年， 國內(nèi)外不少專家學(xué)者都對輸電導(dǎo)線風(fēng)偏進(jìn)行了專門的分析和試驗(yàn)研究，研究內(nèi)容主要集中在風(fēng)壓不均勻系數(shù)；在沖擊電壓下風(fēng)偏角與閃絡(luò)電壓之間的關(guān)系。通過分析，當(dāng)前這種輸電線絕緣子風(fēng)偏角計(jì)算存在以下問題準(zhǔn)確度低，需要進(jìn)行復(fù)雜的力學(xué)分析，而且計(jì)算方法復(fù)雜，計(jì)算過程中的風(fēng)壓、風(fēng)載荷調(diào)整系數(shù)等參數(shù)不容易得到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，解決了現(xiàn)有輸電線絕緣子風(fēng)偏角計(jì)算準(zhǔn)確度低，需要進(jìn)行復(fù)雜的力學(xué)分析，計(jì)算方法復(fù)雜，計(jì)算過程中的風(fēng)壓、風(fēng)載荷調(diào)整系數(shù)不容易得到的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法， 具體按照以下步驟實(shí)施步驟1 輸電導(dǎo)線圖像采集通過安裝在桿塔上的工業(yè)攝像機(jī)采集輸電線路的視頻和圖像，將采集到的視頻和圖像數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心；監(jiān)控中心從視頻和圖像數(shù)據(jù)中截取待測的輸電線路絕緣子圖像；步驟2 監(jiān)控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進(jìn)行處理，得到待測輸電線路導(dǎo)線的風(fēng)偏角。其中步驟2監(jiān)控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進(jìn)行處理，得到待測輸電線路導(dǎo)線的風(fēng)偏角，具體按照以下步驟實(shí)施a.對步驟1得到的絕緣子圖像進(jìn)行去噪；
b.對步驟a得到的去噪后的圖像進(jìn)行邊緣增強(qiáng)；c.對步驟b得到的邊緣增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行分割；d.對步驟c得到的分割后的圖像進(jìn)行膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算；e.對步驟d得到的膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行開運(yùn)算和閉運(yùn)算，得到圖像外輪廓；f.根據(jù)步驟e得到的圖像外輪廓，分別計(jì)算絕緣子上端交點(diǎn)的平均值和下端交點(diǎn)的平均值，在得到的兩個平均值坐標(biāo)點(diǎn)之間確定一條直線，計(jì)算該直線與水平軸的夾角，再用90°減去夾角的角度，得到待測輸電線路導(dǎo)線的風(fēng)偏角。其中步驟a對絕緣子圖像進(jìn)行去噪，采用窗口大小固定不變但其形狀可改變的時頻局部化分析方法，將高頻子塊置為零，并對次低、高頻子塊進(jìn)行抑制。其中步驟b對去噪后的圖像進(jìn)行邊緣增強(qiáng)，具體按照以下步驟實(shí)施以待增強(qiáng)圖像的任意像素點(diǎn)(i，j)為中心，截取一個3X3的像素窗口分別計(jì)算窗口中心像素在X，y方向上的梯度Sx = [f(i-l, j+l)+2f(i, j+l)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i，j-l)+f(i+l, j-1)]，Sy = [f(i+l, j-l)+2f(i+l, j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i_l，j)+f(i_l， j+1)]，上式中，f(i_l，j)表示圖像在像素點(diǎn)(i_l，j)處的灰度值，民和Sy分別表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值；增強(qiáng)后圖像在(i，j)處的灰度值為f(x,y) = ^Sx2+Sy2 o其中步驟C對邊緣增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行分割，采用基于閾值選取的圖像分割方法， 把圖像視為具有不同灰度級的區(qū)域的組合，通過選取合適的閾值，將桿塔、絕緣子和導(dǎo)線區(qū)域從它們的背景中分離出來。其中步驟d對分割后的圖像進(jìn)行膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算，膨脹運(yùn)算的計(jì)算方法是
A B = [z\{E)zl」#0[，式中，A是輸入圖像，B是膨脹的結(jié)構(gòu)元素；腐蝕運(yùn)算的計(jì)算方法是A B = {z\B + z<^A),式中，A是輸入圖像，B是腐蝕的結(jié)構(gòu)元素。其中步驟e對膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行開運(yùn)算和閉運(yùn)算， 得到圖像外輪廓，開運(yùn)算的計(jì)算方法是對圖像先進(jìn)行腐蝕運(yùn)算再進(jìn)行膨脹運(yùn)算， 」06 = (^^)Θ6，閉運(yùn)算的計(jì)算方法是對圖像先進(jìn)行膨脹運(yùn)算再進(jìn)行腐蝕運(yùn)算， Αφ = (Α Β)ΘΒ。本發(fā)明的有益效果是，用到的設(shè)備較少，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，只需通過圖像處理以及簡單的計(jì)算來獲取絕緣子的傾斜角，實(shí)施非常簡便。


圖1是本發(fā)明基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法一種實(shí)施例的流程圖；圖2是本發(fā)明測量方法一種實(shí)施例中現(xiàn)場采集到的原圖；圖3是本發(fā)明測量方法一種實(shí)施例中圖像邊緣增強(qiáng)后的圖；圖4是本發(fā)明測量方法一種實(shí)施例中圖像分割結(jié)果圖；圖5是本發(fā)明測量方法一種實(shí)施例中第一次膨脹腐蝕運(yùn)算結(jié)果圖；圖6是本發(fā)明測量方法一種實(shí)施例中第二次膨脹腐蝕運(yùn)算結(jié)果圖；圖7是本發(fā)明測量方法一種實(shí)施例中開運(yùn)算和閉運(yùn)算結(jié)果圖；圖8是本發(fā)明測量方法一種實(shí)施例中外輪廓的交點(diǎn)圖；圖9是本發(fā)明測量方法一種實(shí)施例中外輪廓交點(diǎn)在原圖中的顯示圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法的一種實(shí)施例，如圖1所示， 具體按照以下步驟實(shí)施步驟1 輸電導(dǎo)線圖像采集，通過安裝在桿塔上的工業(yè)攝像機(jī)采集輸電線路的視頻和圖像，將數(shù)據(jù)實(shí)時傳送至監(jiān)控中心；監(jiān)控中心從視頻流中截取待測量的輸電線路數(shù)字圖像，得到絕緣子圖像；步驟2 監(jiān)控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進(jìn)行處理，得到輸電線路導(dǎo)線的風(fēng)偏角，具體按照以下步驟實(shí)施a.圖像去噪；在輸電導(dǎo)線圖像采集過程中，引起噪聲的原因很多，如敏感元件的內(nèi)部噪聲、熱噪聲、高壓環(huán)境的電磁噪聲、傳輸信道的干擾噪聲以及量化噪聲等。這些噪聲惡化了圖像質(zhì)量，使圖像模糊，甚至淹沒特征，給圖像分析帶來困難。圖像去噪的目的就是為了減少和消除輸電導(dǎo)線圖像中的噪聲，以改善圖像質(zhì)量，有利于抽取對象特征進(jìn)行分析。經(jīng)典的去噪技術(shù)對噪聲使用局部算子，當(dāng)對某一個像素進(jìn)行去噪處理時，僅對它的局部小鄰域內(nèi)的一些像素進(jìn)行處理，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算效率高，而且可以多個像素并行處理。本發(fā)明采用的就是一種窗口大小固定不變但其形狀可改變的時頻局部化分析方法。由于噪聲大多分布在高頻區(qū)域，圖像通過小波變換后，噪聲信息大多集中在次低頻、次高頻及高頻子塊中，高頻子塊幾乎是以噪聲信息為主。因此，將高頻子塊置為零，并對次低、 高頻子塊進(jìn)行一定的抑制，達(dá)到了去噪的目的。b.圖像邊緣增強(qiáng)；在輸電導(dǎo)線圖像攝取、傳輸及處理過程中有許多因素會使圖像變得模糊。圖像模糊是常見的圖像降質(zhì)問題。大量的研究表明，圖像模糊的實(shí)質(zhì)是圖像受到了求和、平均或積分運(yùn)算。所以，可以不必深究圖像模糊降質(zhì)的物理過程及其數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)圖像模糊都有相加或積分運(yùn)算這一共同點(diǎn)，運(yùn)用相反的運(yùn)算來減弱和消除模糊。本發(fā)明中圖像邊緣增強(qiáng)的基本思想是以待增強(qiáng)圖像的任意像素點(diǎn)(i，j)為中心，截取一個3X3的像素窗口分別計(jì)算窗口中心像素在x，y方向上的梯度Sx = [f (i-Ι，j+1) +2f (i，j+1) +f (i+1，j+1) ] - [f (i_l，j_l) +2f (i，j_l) +f (i+1，j_l) ] (1)
Sy = [f(i+l, j-l)+2f(i+l, j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i_l，j)+f(i_l， j+1)] (2)上式中，f(i_l，j)表示圖像在像素點(diǎn)(i_l，j)處的灰度值，民和Sy分別表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值。增強(qiáng)后圖像在(i，j)處的灰度值為
權(quán)利要求
1. 一種基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1 輸電導(dǎo)線圖像采集通過安裝在桿塔上的工業(yè)攝像機(jī)采集輸電線路的視頻和圖像，將采集到的視頻和圖像數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心；監(jiān)控中心從視頻和圖像數(shù)據(jù)中截取待測的輸電線路絕緣子圖像；步驟2 監(jiān)控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進(jìn)行處理，得到待測輸電線路導(dǎo)線的風(fēng)偏
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟2監(jiān)控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進(jìn)行處理，得到待測輸電線路導(dǎo)線的風(fēng)偏角，具體按照以下步驟實(shí)施a.對步驟1得到的絕緣子圖像進(jìn)行去噪；b.對步驟a得到的去噪后的圖像進(jìn)行邊緣增強(qiáng)；c.對步驟b得到的邊緣增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行分割；d.對步驟C得到的分割后的圖像進(jìn)行膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算；e.對步驟d得到的膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行開運(yùn)算和閉運(yùn)算，得到圖像外輪廓；f.根據(jù)步驟e得到的圖像外輪廓，分別計(jì)算絕緣子上端交點(diǎn)的平均值和下端交點(diǎn)的平均值，在得到的兩個平均值坐標(biāo)點(diǎn)之間確定一條直線，計(jì)算該直線與水平軸的夾角，再用 90°減去夾角的角度，得到待測輸電線路導(dǎo)線的風(fēng)偏角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟a對絕緣子圖像進(jìn)行去噪，采用窗口大小固定不變但其形狀可改變的時頻局部化分析方法，將高頻子塊置為零，并對次低、高頻子塊進(jìn)行抑制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟b對去噪后的圖像進(jìn)行邊緣增強(qiáng)，具體按照以下步驟實(shí)施以待增強(qiáng)圖像的任意像素點(diǎn)(i，j)為中心，截取一個3X3的像素窗口分別計(jì)算窗口中心像素在x，y方向上的梯度Sx = [f(i-l, j+l)+2f(i, j+l)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j-l)+2f(i, j-l)+f(i+l, j_l)]，Sy = [f(i+l, j-l)+2f (i+1，j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j-l)+2f(i"l, j)+f(i-l, j+1)]，上式中，f(i-l，j)表示圖像在像素點(diǎn)(i-1，j)處的灰度值，民和Sy分別表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值；增強(qiáng)后圖像在(i，j)處的灰度值為f(x,y) = ^ISx2+Sy2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟c對邊緣增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行分割，采用基于閾值選取的圖像分割方法，把圖像視為具有不同灰度級的區(qū)域的組合，通過選取合適的閾值，將桿塔、絕緣子和導(dǎo)線區(qū)域從它們的背景中分離出來。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟d對分割后的圖像進(jìn)行膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算，膨脹運(yùn)算的計(jì)算方法是
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟e對膨脹運(yùn)算和腐蝕運(yùn)算后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行開運(yùn)算和閉運(yùn)算，得到圖像外輪廓，開運(yùn)算的計(jì)算方法是對圖像先進(jìn)行腐蝕運(yùn)算再進(jìn)行膨脹運(yùn)算
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于視頻差異分析的輸電導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，通過對攝像機(jī)在線采集的輸電線路導(dǎo)線視頻和圖像進(jìn)行處理，得到目標(biāo)圖像的平滑外輪廓，通過求取外輪廓的交點(diǎn)，得到偏移的絕緣子上下兩端的位置坐標(biāo)，計(jì)算出風(fēng)偏角。本發(fā)明基于視頻差異的輸電線路導(dǎo)線風(fēng)偏測量方法，為輸電線路的風(fēng)偏監(jiān)測提供一種新的手段，并可節(jié)省大量的人力資源成本，提高在線監(jiān)測系統(tǒng)的利用效率，對保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著非常重要現(xiàn)實(shí)的意義。
文檔編號G01C9/00GK102183239SQ201110053898
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者張曉霞, 李文靜, 陶保震, 黃新波 申請人:西安工程大學(xué)