一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可精確測試高壓斷路器動觸頭運動特性的方法，屬于測試技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 斷路器動觸頭的運動特性是決定斷路器斷流容量的重要因素之一，因此，斷路器 的制造廠和運行單位都需要對斷路器動觸頭的運動特性進行測試。
[0003] 目前，斷路器動觸頭運動特性的測試方法主要分為兩類：一類是毫秒計測速法，此 類方法利用毫秒計測量與斷路器的動觸頭運動規(guī)律一致的物體通過恒定行程的時間，再利 用測量結(jié)果推算動觸頭的運動速度。這種測速方法實質(zhì)上是將斷路器動觸頭運動視為"勻 速直線運動"，然而，由于受到各種作用力和電弧的影響，斷路器動觸頭在分、合閘過程中的 運動本質(zhì)上是一種變加速運動。因此，毫秒計測速法很難獲得理想的測試精度。另一類方 法是使用電磁振蕩器、鼓形測速儀、滑塊式行程記錄儀或其它測速裝置對斷路器動觸頭的 運動特性進行測試。其中，電磁振蕩器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但其測試誤差較大，不能 用于斷路器操作機構(gòu)的分一合一分循環(huán)測試；鼓形測速儀的優(yōu)點是動觸頭行程與時間的關(guān) 系曲線清晰可見，可以用于操作機構(gòu)的分一合一分循環(huán)測試，但測試誤差較大，而且成本比 較高；鼓形測速儀的缺點是比較笨重，安裝也不方便；滑塊式行程記錄儀通過示波器記錄 讀數(shù)，測試方法簡單，但由于其觸頭彈跳問題難以解決，滑塊式行程記錄儀已不能滿足新型 超高壓斷路器的測試要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種測試精度高且實施方便的高壓 斷路器動觸頭運動特性測試方法，為高壓斷路器的狀態(tài)測試和性能評價提供可靠依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案解決的：
[0006] 一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，所述方法首先在高壓斷路器動觸頭的 絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸上設(shè)置輔助標志物，并利用相機在斷路器開、合過程中采集輔助標志物的 圖像序列，然后采用粒子濾波方法對輔助標志物進行跟蹤并據(jù)此獲取每幅圖像中輔助標志 物的質(zhì)心坐標，再根據(jù)圖像序列中相鄰幀之間的時間間隔和輔助標志物在圖像中的坐標變 化，獲得動觸頭的運動軌跡，最后根據(jù)動觸頭的運動軌跡獲取其運動特性。
[0007] 上述高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，所述方法包括以下步驟：
[0008] a.在高壓斷路器的絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸上固定輔助標志物，其中，絕緣拉桿上固定一 個輔助標志物，轉(zhuǎn)軸上固定兩個輔助標志物；
[0009] b.調(diào)整相機的位置和視野，使其對準絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸所在的觀察窗，啟動相機并 拍攝高壓斷路器開、合過程，獲取輔助標志物的圖像序列；
[0010] C.對圖像序列中的各幀圖像進行畸變校正，將圖像由RGB空間變換到HSV空間；
[0011] d.根據(jù)每個輔助標志物的顏色特征，從圖像序列的第一幀開始，依次檢測圖像中 是否有輔助標志物存在，直到檢測到輔助標志物為止；
[0012] e.對圖像中的輔助標志物進行分割和標記，確定其在圖像中的位置和大小，并提 取其顏色直方圖特征，然后初始化粒子濾波跟蹤過程；
[0013] f.以當前的輔助標志物為依據(jù)，采用高斯分布生成N個粒子，由這些粒子代表輔 助標志物在后續(xù)幀中的候選位置和大??；
[0014] g.獲取后續(xù)幀中各粒子所代表的候選目標的顏色直方圖特征，計算它們和當前目 標之間的相似度，并用最相似粒子的信息更新當前目標；
[0015] h.重復(fù)步驟f、g，記錄各幀中輔助標志物在圖像中的位置、大小，生成其運動軌 跡；
[0016] i.根據(jù)輔助標志物的實際尺寸、成像大小、攝像機的焦距、拍攝速率，利用小孔成 像原理，計算高壓斷路器動觸頭的斷開速度、閉合速度、行程及角位移，繪制其運動軌跡，最 終得到其動作特性。
[0017] 上述高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，為了提高跟蹤算法的魯棒性和準確 性，在每次采用高斯分布生成N個粒子后，應(yīng)對粒子的位置進行修正，將不符合斷路器分、 合閘時輔助標志物運動方向和最大速度的無效粒子剔除。
[0018] 上述高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，各粒子所對應(yīng)的候選目標和當前目標 的顏色直方圖特征之間的相似度采用Bhattacharyya系數(shù)來度量，Bhattacharyya系數(shù)的 計算公式如下：
[0019]
【主權(quán)項】
1. 一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，其特征是，所述方法首先在高壓斷路器 動觸頭的絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸上設(shè)置輔助標志物，并利用相機在斷路器開、合過程中采集輔助 標志物的圖像序列，然后采用粒子濾波方法對輔助標志物進行跟蹤并據(jù)此獲取每幅圖像中 輔助標志物的質(zhì)心坐標，再根據(jù)圖像序列中相鄰幀之間的時間間隔和輔助標志物在圖像中 的坐標變化，獲得動觸頭的運動軌跡，最后根據(jù)動觸頭的運動軌跡獲取其運動特性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，其特征是，具體 操作步驟為： a. 在高壓斷路器的絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸上固定輔助標志物，其中，絕緣拉桿上固定一個輔 助標志物，轉(zhuǎn)軸上固定兩個輔助標志物； b. 調(diào)整相機的位置和視野，使其對準絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸所在的觀察窗，啟動相機并拍攝 高壓斷路器開、合過程，獲取輔助標志物的圖像序列； c. 對圖像序列中的各幀圖像進行畸變校正，將圖像由RGB空間變換到HSV空間； d. 根據(jù)每個輔助標志物的顏色特征，從圖像序列的第一幀開始，依次檢測圖像中是否 有輔助標志物存在，直到檢測到輔助標志物為止； e. 對圖像中的輔助標志物進行分割和標記，確定其在圖像中的位置和大小，并提取其 顏色直方圖特征，然后初始化粒子濾波跟蹤過程； f. 以當前的輔助標志物為依據(jù)，采用高斯分布生成N個粒子，由這些粒子代表輔助標 志物在后續(xù)幀中的候選位置和大??； g. 獲取后續(xù)幀中各粒子所代表的候選目標的顏色直方圖特征，計算它們和當前目標之 間的相似度，并用最相似粒子的信息更新當前目標； h. 重復(fù)步驟f、g，記錄各幀中輔助標志物在圖像中的位置、大小，生成其運動軌跡； i. 根據(jù)輔助標志物的實際尺寸、成像大小、攝像機的焦距、拍攝速率，利用小孔成像原 理，計算高壓斷路器動觸頭的斷開速度、閉合速度、行程及角位移，繪制其運動軌跡，最終得 到其動作特性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，其特征是，為了 提高跟蹤算法的魯棒性和準確性，在每次采用高斯分布生成N個粒子后，應(yīng)對粒子的位置 進行修正，將不符合斷路器分、合閘時輔助標志物運動方向和最大速度的無效粒子剔除。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，其特征是，各粒 子所對應(yīng)的候選目標和當前目標的顏色直方圖特征之間的相似度采用Bhattacharyya系 數(shù)來度量，Bhattacharyya系數(shù)的計算公式如下：
其中，H為目標顏色直方圖分量的個數(shù)；qu表示當前目標顏色直方圖的第u個分量的 值；Pu⑴表示第i個候選目標（即第i個粒子）顏色直方圖的第u個分量的值， 的值越大，候選目標和當前目標的顏色直方圖特征之間的相似度越高。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，其特征是，采用 高斯分布生成N個粒子的具體方法是： 將跟蹤第k幀時的第i個粒子記為式=(4,乂，圮f，其中，4,乂分別表示輔助標志 物在第k幀圖像中的第i個候選位置；分別表示輔助標志物的高度和寬度，生成粒子 的公式如下：
其中，為第k-1中跟蹤到的輔助標志物的位置及尺寸； 〇T= (〇x，〇y，〇w，〇h)T為圖像中輔助標志物運動時位置和尺寸變化的方差；rT=(rx,ry,rw,rh)T為計算機生成的標準正態(tài)分布隨機數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，其特征是，將圖 像由RGB空間變換到HSV空間時，由像素在RGB空間的r、g、b分量值計算HSV空間各分量、 即色調(diào)h、飽和度s和亮度v的公式如下：
其中，max為r,g,b中的最大值，min為r,g,b中的最小值。
【專利摘要】一種高壓斷路器動觸頭運動特性測試方法，所述方法首先在高壓斷路器動觸頭的絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸上設(shè)置輔助標志物，并利用相機在斷路器開、合過程中采集輔助標志物的圖像序列，然后采用粒子濾波方法對輔助標志物進行跟蹤并據(jù)此獲取每幅圖像中輔助標志物的質(zhì)心坐標，再根據(jù)圖像序列中相鄰幀之間的時間間隔和輔助標志物在圖像中的坐標變化，獲得動觸頭的運動軌跡，最后根據(jù)動觸頭的運動軌跡獲取其運動特性。本發(fā)明采用粒子濾波定向逐幀修正快速捕捉方法獲得與斷路器動觸頭剛性連接的絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸上的輔助標志物的運動軌跡，進而得到動觸頭的運動特性，該方法實施方便而且測試精度高，可為高壓斷路器的狀態(tài)測試和性能評價提供可靠依據(jù)。
【IPC分類】G01M13-00
【公開號】CN104697768
【申請?zhí)枴緾N201410814290
【發(fā)明人】袁和金, 趙現(xiàn)平, 趙書濤, 牛為華, 程志萬, 崔克彬, 葛玉敏
【申請人】華北電力大學(xué)（保定）, 云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年12月23日