CN102230784B - 一种电线检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输电线路领域，本发明公开了一种电线检测装置，包括图像读取装置和服务器，所述述图像读取装置与服务器连接。通过使用图像读取装置实时获取电线的状态信息，并发送给服务器进行处理，实现实时了解电线的状态，如弧垂状况、是否存在异物、是否敷冰及敷冰状况等等，实现输电线预警自动化，使得整个输电系统更加安全，减少人工检查的时间，提高检测的效率和质量。尤其是在自然环境恶劣的地区，现有技术中的人工检测难度非常大，使用本发明的检测装置及方法简单可靠。本发明还公开了一种输电线检测方法。

Description

一种电线检测装置及检测方法

技术领域

 本发明涉及输电线路领域，尤其涉及一种电线检测装置及检测方法。 

背景技术

输电线路中的电线是电力系统的重要组成部分，它担负着电能传输的重任，尤其是超高压输电线路中的电线形成电网的主干线路，它的安全可靠运行直接关系到经济的稳定发展。弧垂是一档架空电线内，电线与电线悬挂点所连直线间的最大垂直距离，最大弧垂出现在什么位置视具体情况而定，其中常见的对于高差不超过10%的相邻杆塔之间的电线最大弧垂，出现在档距中央。在相邻两基电线杆上电线悬挂高度相同时，弧垂是电线最低点与两悬挂点间连线的垂直距离；如果电线在相邻两电线杆上的悬挂点高度不相同，此时，在一个档距内将出现两个弧垂，即电线的两个悬挂点至电线最低点有两个垂直距离，称为最大弧垂和最小弧垂。由于电线长期暴露在自然环境中，不仅需要承受正常机械载荷和电力负荷的内部压力，还要承受污秽、雷击、强风、滑坡、异物、覆冰、沉陷以及鸟害等外界侵害，电线的状态经常发生很大的变化：比如弧垂过大、电线上有异物、电线敷冰过多等都会严重影响输电线路的安全。所以需要随时检测电线的状态，以保证输电线路的安全。

现有技术中的电线测量技术主要为：档侧中点角度法、档端角度法和驰度板观测法，其中驰度板观测法又分为平行四边形法和异步法，传统的测量技术主要是使用经纬仪配合标尺或望远镜配合驰度板，通过角度测量、视距测量以及望远镜目估驰度板读数来完成，其精度受到角度测量和目估读数的影响较大，而且测量过程繁琐，计算过程冗长。以往一般通过气象条件进行预测电线的敷冰程度，利用人眼来检测电线是否存在异物。传统电线的测量方法受环境因素影响很大，在高寒的山区物理测量的方法不仅工作量大而且这种人工的测量方式存在非常大的危险，对每段电线实现实时检测几乎是不可能的。

发明内容

针对现有技术中存在的电线测量技术存在的测量精度受到角度测量和目估读数的影响较大、而且测量过程繁琐、计算过程冗长，以及在外部环境恶劣的情况下难以对每段电线进行检测的问题。因此有必要提供一种电线检测装置及检测方法。本发明公开了一种电线检测装置，包括图像读取装置和服务器，所述述图像读取装置与服务器连接。

优选地，上述电线检测装置还包括报警装置，所述报警装置连接服务器。

优选地，上述图像读取装置为摄像机或者摄像头。

优选地，上述报警装置为蜂鸣器或LED指示灯。

优选地，上述服务器包括图像转换模块、点检测模块、边缘连接模块、电线分离模块、图像检测模块；所述图像转换模块、点检测模块、边缘连接模块、电线分离模块、图像检测模块依序连接。

优选地，上述图像检测模块包括弧垂检测模块、异物检测模块和敷冰检测模块。

优选地，上述7.如权利要求1所述的电线检测装置，其特征在于所述图像读取装置设置在电线两端的其中一个电线杆上，所述电线杆与图像读取装置之间通过0.8m的横臂连接。

优选地，上述图像读取装置与电线之间的夹角为30°。

本发明还公开了一种输电线检测方法，其具体包含以下步骤：

步骤1，对图像读取装置如摄像机的监控系统参数进行设置。

步骤2，使用图像读取装置选取最佳的拍摄角度拍摄图像。

步骤3，将拍摄到的图像转化成灰度图，通过阈值的设定来提取出单根电线。

步骤4，对灰度图进行点检测。

步骤5，将检测的结果交于数据库进行判断，确认电线的状况。

优选地，上述步骤4中对灰度图进行检测包括弧垂检测、异物检测和覆冰检测。

优选地，所述弧垂检测包含以下步骤：用欧式距离来确定两端点，离原点距离最长的点和离原点距离最近的点就是虚构直线的两端点，弧线上的点到直线的最大距离即为电线的弧垂。

优选地，所述异物检测包含以下步骤：利用斜率公式

 

其中

,

表示像素值为1的点的坐标，每隔1-5个点计算一次斜率，用下一次计算的斜率减去这一次的斜率，如果差值的绝对值大于10，说明检测到了异物，否则就没有异物。

优选地，所述覆冰检测包含以下步骤：离原点距离最长的点和离原点距离最近的点就是虚构直线的两端点，返回所有像素值为2的所有像素的坐标，算出所有点到直线的距离，求平均值就得到了以像素值表征的覆冰厚度。

本发明的有益效果为：通过使用图像读取装置实时获取电线的状态信息，并发送给服务器进行处理，实现实时了解电线的状态，如弧垂状况、是否存在异物、是否敷冰及敷冰状况等等，实现输电线预警自动化，使得整个输电系统更加安全，减少人工检查的时间，提高检测的效率和质量。尤其是在自然环境恶劣的地区，现有技术中的人工检测难度非常大，使用本发明的检测装置简单可靠。

附图说明

图1为电线检测装置的结构连接图。

图2为图像检测模块的位置安装图。

图3为输电线检测方法的流程图。

图4为通过阀值的设定来得到单根电线的图像的方法流程图。

图5为利用斜率确定电线是否存在异物的检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图详细描述本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明公开了一种电线检测装置，包括图像读取装置，如摄像头，用于拍摄电线的状态；服务器，用于处理图像读取装置拍摄的图像。如图2所示，所述图像读取装置（1）设置在电线两端的任意一个电线杆上。优选地，所述图像读取装置的拍摄角度和电线成30度夹角，所述图像读取装置和和电线杆之间存在连接图像读取装置和电线杆的横臂，优选地，所述横臂的长度为0.8m。设置夹角和横臂都是为了更好地得到图像读取效果，经过大量的实验证明，摄像头和电线的夹角为30度，横臂的长度为0.8m的情况下可以得到优选的拍摄效果。所述图像读取装置首先对焦距、角度、对比度等进行设置，选择最佳抓图角度。其中角度的选取最为重要，选取的角度如果不合适后面每根电线的提取就会很困难。角度的选取通过以下方式实现：初次设定时，通过云台人为调整摄像头角度达到最佳角度，在以后的拍摄中自动锁定该角度，保证在下一时刻检测时仍能调整到该角度。一般情况下，选择不需要转动摄像头拍摄方向的方式进行拍摄，减少了蓄电池的电力消耗，增加了拍摄时间，但如果需要同样可以使摄像头的角度进行转动。其中初次人为调整摄像头角度主要有以下注意要点：1.保证所需检测的电线整体在镜头内；2.背景尽可能单一；3.镜头避免迎着太阳以免影响图片对比度。上述图像读取装置一般通过无线网络和服务器连接，向服务器传输拍摄到的电线状态。

优选地，上述电线检测装置还包括报警装置，所述报警装置连接服务器，在服务器分析结果为电线状态异常时输出报警信号。

优选地，上述图像读取装置为摄像机或者摄像头。

优选地，上述报警装置为蜂鸣器或LED指示灯。

优选地，上述服务器包括但不限于图像转换模块，用于将接收到的图片转换成灰度图；点检测模块，使用点检测算子将灰度图进行点检测；边缘连接模块，用于将点检测后的图像进行边缘连接；电线分离模块，用于将边缘连接完成的图像提取出每根电线；图像检测模块，用于检测提取出的电线状态。上述图像转换模块、点检测模块、边缘连接模块、电线分离模块、图像检测模块依序连接。因为检测到两根电线有相同的阈值的情况非常小几乎可以忽略，所以可以通过阈值的设定来提取出单根电线，如图4所示的通过阀值的设定来得到单根电线的图像的方法。比如设定：最短的电线的阈值是a1，较长的阈值是a2，最长的阈值是a3。设定阈值a1后进行边缘连接可以得到3根电线的图像1，设定阈值a2可以得到较长2个电线的图像2，设定a3可以得到最长电线的图像3；图像1减去图像2可以得到最短的电线的图像，图像2减去图像3可以得到较长电线的图像；其中a1> a2> a2。

优选地，上述图像检测模块包括但不限于弧垂检测模块、异物检测模块和敷冰检测模块，所述弧垂检测模块、异物检测模块、敷冰检测模块分别与电线分离模块、报警装置连接。上述弧垂检测模块中虚构弧线两端点连接一条直线，先要选取两端点，一般情况下用欧式距离来确定两端点：离原点距离最长的点和离原点距离最近的点就是虚构直线的两端点，用弧线上的点到直线的最大距离作为电线的弧垂。在很多情况下，山体的轮廓和云雾会对检测结果产生影响，这种影响主要表现在远离摄像机电线杆的一端，电线的前端与电线相连接成为电线的一部分。为了排除这种干扰可以舍掉前端几十个（如40个）点到直线的距离，然后找到剩下点到直线距离的最大值就是电线的弧垂，计算出的弧垂和标准弧垂进行比较，用于确定电线的弧垂是否发生变化，如果超出标注弧垂（标准弧垂根据输电线路的各种参数进行确定），则启动报警装置。上述异物检测模块通过对输电线斜率的计算，用斜率是否突变来判断是否有异物存在。一般情况下，在输电线没有异物的时候，输电线的斜率是均匀变化的；如果出现异物，在图像读取装置拍摄到的图片上，输电线的斜率会发生突变。如图5所示的利用斜率确定电线是否存在异物的检测方法。以一根输电线异物检测为例：在电线分离模块分离出的电线的二值图片中，找出图像中所有像素值为1，我们通常所说的像素，就是CCD上光电感应元件的数量，一个感光元件经过感光，光电信号转换，A/D转换等步骤以后，在输出的照片上就形成一个点，我们如果把影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素（Pixel），图像经过二值化处理后图像中各像素点的值为1或者为0，即只存在两个值的点的坐标。利用斜率公式： 

 

其中,

表示像素值为1的点的坐标，在返回所有像素值为1的点的基础上。每隔N个点（如3个点）计算一次斜率，然后用下一次计算的斜率减去这一次的斜率。如果差值过大，如相邻斜率差值的绝对值大于10，（一般以历史数据为参考，如果当前数据与历史数据差异大则认为异常）说明检测到了异物，否则就没有异物。上述敷冰检测模块中可以标记左边（拍摄图片的左边），即：离图像上坐标为（1，1）点的距离较近的一条线段上的像素值为1（标记像素点的像素值是通过之前提取电线模块中的边缘连接算法来实现的。通过边缘连接算法后整幅图像只包含像素值为0 、1、2的像素点。像素值为0的点构成图像背景、像素值为1的点构成曲线1、像素值为2的点构成曲线2），右边线段上的像素值为2。以左线段为标准线段，虚构弧线两端点连接一条直线，先要选取两端点，一般情况下用欧式距离来确定两端点：离原点距离最长的点和离原点距离最近的点就是虚构直线的两端点。返回所有像素值为2的所有像素的坐标，算出所有点到直线的距离，求平均值就得到了以像素值表征的覆冰厚度。

覆冰检测原理如下：

1. 覆冰的检测是摄像头近距离拍摄电线为前提（得到单根电线带有覆冰的图像）。

2. 通过点检测和边缘连接算法后得到两条像素值分别为1和2的曲线。

3. 考虑像素值为1（左边曲线段）以该曲线两端点确定一条直线（直线1）一般情况下用欧式距离来确定两端点：离原点距离最长的点和离原点距离最近的点就是虚构直线的两端点。

4. 返回所有像素值为2的所有像素的坐标，算出所有点到直线1的距离，求平均值。

5. 得到了以像素值表征的覆冰厚度。

本发明还提供了一种输电线检测方法，如图3所示的输电线检测方法：其具体包含以下步骤：

步骤1，对图像读取装置如摄像机的监控系统参数进行设置。

步骤2，使用图像读取装置选取最佳的拍摄角度拍摄图像。

步骤3，将拍摄到的图像转化成灰度图，通过阈值的设定来提取出单根电线。

步骤4，对灰度图进行点检测。

步骤5，将检测的结果交于数据库进行判断，确认电线的状况。

优选地，上述步骤4中对灰度图进行检测包括弧垂检测、异物检测和覆冰检测。

优选地，所述弧垂检测包含以下步骤：用欧式距离来确定两端点，离原点距离最长的点和离原点距离最近的点就是虚构直线的两端点，弧线上的点到直线的最大距离即为电线的弧垂。

优选地，所述异物检测包含以下步骤：利用斜率公式

 

其中

,

表示像素值为1的点的坐标，每隔1-5个点计算一次斜率，用下一次计算的斜率减去这一次的斜率，如果差值的绝对值大于10，说明检测到了异物，否则就没有异物。

优选地，所述覆冰检测包含以下步骤：离原点距离最长的点和离原点距离最近的点就是虚构直线的两端点，返回所有像素值为2的所有像素的坐标，算出所有点到直线的距离，求平均值就得到了以像素值表征的覆冰厚度。

以上上述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上上述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电线检测方法，其具体包含以下步骤：

步骤1，对图像读取装置的监控系统参数进行设置；

步骤2，使用图像读取装置选取最佳的拍摄角度拍摄图像；

步骤3，将拍摄到的图像转化成灰度图，通过阈值的设定来提取出单根电线；

步骤4，对灰度图进行点检测，并将点检测的图像进行边缘连接；

步骤5，将检测的结果交于数据库进行判断，确认电线的状况；

所述电线检测方法采用下述电线检测装置完成，所述电线检测装置包括图像读取装置和服务器，所述图像读取装置与服务器连接，所述服务器包括图像转换模块、电线分离模块、点检测模块、边缘连接模块，所述图像转换模块、点检测模块、边缘连接模块、电线分离模块、图像检测模块依序连接，所述图像转换模块将图像读取装置拍摄到的图像转化成灰度图，所述电线分离模块用于将边缘连接完成的图像提取出每根电线，所述点检测模块使用点检测算子将灰度图进行点检测，所述边缘连接模块将点检测图像进行边缘连接，所述图像检测模块根据提取出的单根电线进行电线状况的检测，所述图像检测模块包括弧垂检测模块、异物检测模块和覆冰检测模块；

所述电线分离模块用于提取出每根电线，其通过阈值的设定来提取出单根电线，最短的电线的阈值是a1，较长的阈值是a2，最长的阈值是a3，设定阈值a1后进行边缘连接可以得到3根电线的图像1，设定阈值a2可以得到较长2个电线的图像2，设定a3可以得到最长电线的图像3；图像1减去图像2可以得到最短的电线的图像，图像2减去图像3可以得到较长电线的图像；其中a1> a2> a3；

所述覆冰检测模块对单根电线进行标记，像素值为0的点构成图像背景、像素值为1的点构成曲线1、像素值为2的点构成曲线2；曲线1两端点连接一条直线，返回像素值为2的所有像素的坐标，算出所有点到直线的距离，求平均值就得到了以像素值表征的覆冰厚度。

2.如权利要求1所述的电线检测方法，其特征在于所述弧垂检测包含以下步骤：用欧式距离确定两端点，离原点距离最长的点和离原点距离最近的点是直线的两端点，弧线上的点到直线的最大距离为电线的弧垂。

3.如权利要求2所述的电线检测方法，其特征在于所述图像读取装置设置在电线两端的其中一个电线杆上，所述电线杆与图像读取装置之间通过0.8m的横臂连接。

4.如权利要求3所述的电线检测方法，其特征在于所述图像读取装置与电线之间的夹角为30°。

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