CN102298147A - 一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，该方法采用的监测系统包括如下三个单元：数据预处理单元、导线及铁塔目标特征检测单元及线路安全状态评估单元，由高分辨率SAR卫星采集的数据依次经过数据预处理单元、导线及铁塔目标特征检测单元及线路安全状态评估单元的处理，从而生成线路安全状态评估信息。本发明是利用高分辨率SAR卫星遥感数据在广域空间上全天候、全天时的信息表现力，利用输电导线及铁塔在高分辨率SAR数据中特有的反射特征对输电线路的安全状态进行监测，通过对导线与铁塔反射斑纹信息、目标特征检测数据的融合处理，生成线路安全状态评估数据，为电网输电线路安全状态预警与灾情评估提供科学依据。

Description

一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法
技术领域
本发明涉及超/特高压输电线路监测领域，具体涉及一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，特别是应用高分辨率SAR卫星遥感技术开展超/特高压输电线路安全状态监测的方法。
背景技术
我国输电线路覆盖面积广，线路传输距离长，经过的地区地形复杂、气候多变，任何一个地区的气候变化和自然灾害的发生都将威胁到输电线路的安全和稳定运行，甚至造成电网的大范围停电事故。作为国民经济中最重要的基础设施之一，输电线路及杆塔的运行状态决定着整个电网的稳定和安全。因此，大范围灾害天气下监测电网输电线路及铁塔的安全状态，为灾情评估与灾后重建提供科学依据，对电网防灾减灾具有重要意义。
人工巡检、机器人巡线、直升机巡线、航空数字摄影巡线和铁塔上的各种传感器等在线监测装置是目前电网安全状态监测的主要手段，存在监测范围小、在恶劣环境和大范围灾害条件下工作受限等不足。
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）是一种利用微波进行感知的主动传感器，其成像不受云雾、雨雪、太阳光照条件等限制，可对感兴趣的目标进行全天候、全天时的广域监测，在冰雪灾害，地震灾害、洪水灾害等大范围自然灾害条件下有特殊的优越性。
有鉴于此，有必要提供一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，为电网输电线路安全状态预警与灾情评估提供科学依据，以满足工业应用需要。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术不足，提出一种利用高分辨率SAR卫星遥感技术，利用输电导线及铁塔在高分辨率SAR数据中特有的反射特征对输电线路的安全状态进行监测的一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法。
本发明所采用的技术方案是：一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，该方法采用的监测系统包括如下三个单元：数据预处理单元、导线及铁塔目标特征检测单元及线路安全状态评估单元，由高分辨率SAR卫星采集的数据依次经过数据预处理单元、导线及铁塔目标特征检测单元及线路安全状态评估单元的处理，从而生成线路安全状态评估信息，其特征在于，所述超/特高压输电线路雷达遥感监测方法的具体步骤是：
（1）采用所述数据预处理单元针对使用的高分辨率SAR卫星影像的数据特征，开展辐射校正、地理编码、相干斑抑制、图像增强处理，使其转变为具有空间地理编码的数据；
（2）采用所述导线及铁塔目标特征检测单元，利用导线、铁塔在高分辨率SAR影像中特有的反射斑纹信息，通过导线、铁塔目标检测模型，提取影像中导线、铁塔目标；
（3）采用所述线路安全状态评估单元利用提取的导线、铁塔目标，建立线路评估模型，通过导线反射斑纹信息融合导线、铁塔的空间特征数据，生成线路安全状态评估信息。
如上所述的超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，其特征在于，导线及铁塔目标特征检测单元利用基于NSCT变换域特征的SAR图像目标分割算法检测与提取导线与铁塔目标。
如上所述的超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，其特征在于，所述基于NSCT变换域特征的SAR图像目标分割方法的步骤如下：
步骤1，为了便于边界处理，对原图像进行扩展；
步骤2，以原图像中每个像素点为中心选取滑动窗口，滑动窗口大小为                                                ,得到每个像素点对应的小块图像；
步骤3，对每一块图像，进行层
Figure 201110141674X100002DEST_PATH_IMAGE003
方向的非下采样Contourlet分解，得到
Figure 781043DEST_PATH_IMAGE004
个方向子带，
Figure 201110141674X100002DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤4，在变换域中提取一阶特征和共生矩阵特征，构造特征矢量；
步骤5，利用模糊C均值算法进行无监督特征聚类；
步骤6，利用特征聚类得到最终图像分割结果。
如上所述的超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，其特征在于，所述线路安全状态评估单元的具体计算方法是：利用导线目标检测数据及线路方位信息，计算得到导线在SAR图像中五个亮点斑纹反射强度及位置数据；利用铁塔目标检测数据，计算得到铁塔在SAR图像中的平均反射强度及位置、高度数据；根据导线、铁塔的位置数据计算得到导线和铁塔的空间特征分布，利用通过导线反射斑纹信息融合导线、铁塔的空间特征数据，建立线路评估模型，生成线路安全状态评估信息。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1. 充分利用高分辨率SAR卫星数据在广域空间上全天候、全天时的信息表现力，弥补了现有人工巡检、机器人巡线、直升机巡线、航空数字摄影巡线和线路在线监测装置等线路监测技术监测范围小、在恶劣环境和大范围灾害条件下工作受限等不足。
2. 研究和分析了高分辨率SAR卫星影像中导线、铁塔的目标反射特征，选取导线、铁塔特有的目标反射斑纹信息及其空间特征数据，构建线路安全状态评估模型，对灾害条件下线路铁塔倒塔、毁损，导线掉线等危险进行评估。
附图说明
图1是本发明实施例提供的超/特高压输电线路雷达遥感监测方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的超/特高压输电线路雷达遥感监测方法的高分辨率SAR卫星遥感影像中导线及铁塔特有的目标反射斑纹的影像图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，该方法采用的监测系统包括如下三个单元：数据预处理单元、导线及铁塔目标特征检测单元及线路安全状态评估单元，由高分辨率SAR卫星采集的数据依次经过数据预处理单元、导线及铁塔目标特征检测单元及线路安全状态评估单元的处理，从而生成线路安全状态评估信息，所述超/特高压输电线路雷达遥感监测方法的具体步骤是：
（1）采用所述数据预处理单元针对使用的高分辨率SAR卫星影像的数据特征，开展辐射校正、地理编码、相干斑抑制、图像增强处理，使其转变为具有空间地理编码的数据；
（2）采用所述导线及铁塔目标特征检测单元，利用导线、铁塔在高分辨率SAR影像中特有的反射斑纹信息，通过导线、铁塔目标检测模型，提取影像中导线、铁塔目标；
（3）采用所述线路安全状态评估单元利用提取的导线、铁塔目标，建立线路评估模型，通过导线反射斑纹信息融合导线、铁塔的空间特征数据，生成线路安全状态评估信息。
利用本方法，进行超/特高压输电线路安全状态监测的具体流程如下：
①数据预处理
数据预处理针对使用的高分辨率SAR卫星影像的数据特征，开展辐射校正、地理编码、相干斑抑制、图像增强等处理，使其转变为具有空间地理编码的、易于解析与判读的数据。
②导线与目标特征检测
在高分辨率SAR图像中，超/特高压线路大部分铁塔间的输电导线目标表现为亮点形式，每档导线的反射斑纹具有较强的相似性，而铁塔目标表现为一头尖一头宽的细长三角形亮斑，三角形的顶角指向靠近传感器的一侧，如图2所示。根据导线在SAR图像中的成像特征，利用基于NSCT变换域特征的SAR图像目标分割算法检测与提取导线与铁塔目标。
基于NSCT变换域特征的SAR图像目标分割方法的步骤如下：
步骤1 为了便于边界处理，对原图像进行扩展。
步骤2 以原图像中每个像素点为中心选取滑动窗口，滑动窗口大小为,得到每个像素点对应的小块图像。
步骤3 对每一块图像，进行
Figure 404102DEST_PATH_IMAGE002
层
Figure 78797DEST_PATH_IMAGE003
方向的非下采样Contourlet分解，得到
Figure 38401DEST_PATH_IMAGE004
个方向子带，。
步骤4 在变换域中提取一阶特征和共生矩阵特征，构造特征矢量。
步骤5 利用模糊C均值算法进行无监督特征聚类。
步骤6 利用特征聚类得到最终图像分割结果。
③线路安全状态评估
利用导线目标检测数据及线路方位信息，计算得到导线在SAR图像中五个亮点斑纹反射强度及位置数据；利用铁塔目标检测数据，计算得到铁塔在SAR图像中的平均反射强度及位置、高度数据；根据导线、铁塔的位置数据计算得到导线和铁塔的空间特征分布。利用通过导线反射斑纹信息融合导线、铁塔的空间特征数据，建立线路评估模型，生成线路安全状态评估信息，对灾害条件下线路铁塔倒塔、毁损，导线掉线等危险进行评估。

Claims (4)

1.一种超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，该方法采用的监测系统包括如下三个单元：数据预处理单元、导线及铁塔目标特征检测单元及线路安全状态评估单元，由高分辨率SAR卫星采集的数据依次经过数据预处理单元、导线及铁塔目标特征检测单元及线路安全状态评估单元的处理，从而生成线路安全状态评估信息，其特征在于，所述超/特高压输电线路雷达遥感监测方法的具体步骤是：
（1）采用所述数据预处理单元针对使用的高分辨率SAR卫星影像的数据特征，开展辐射校正、地理编码、相干斑抑制、图像增强处理，使其转变为具有空间地理编码的数据；
（2）采用所述导线及铁塔目标特征检测单元，利用导线、铁塔在高分辨率SAR影像中特有的反射斑纹信息，通过导线、铁塔目标检测模型，提取影像中导线、铁塔目标；
（3）采用所述线路安全状态评估单元利用提取的导线、铁塔目标，建立线路评估模型，通过导线反射斑纹信息融合导线、铁塔的空间特征数据，生成线路安全状态评估信息。
2.根据权利要求1所述的超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，其特征在于，导线及铁塔目标特征检测单元利用基于NSCT变换域特征的SAR图像目标分割算法检测与提取导线与铁塔目标。
3.根据权利要求2所述的超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，其特征在于，所述基于NSCT变换域特征的SAR图像目标分割方法的步骤如下：
步骤1，为了便于边界处理，对原图像进行扩展；
步骤2，以原图像中每个像素点为中心选取滑动窗口，滑动窗口大小为                                                ,得到每个像素点对应的小块图像；
步骤3，对每一块图像，进行
Figure 167410DEST_PATH_IMAGE002
层方向的非下采样Contourlet分解，得到
Figure 309809DEST_PATH_IMAGE004
个方向子带，
Figure 201110141674X100001DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤4，在变换域中提取一阶特征和共生矩阵特征，构造特征矢量；
步骤5，利用模糊C均值算法进行无监督特征聚类；
步骤6，利用特征聚类得到最终图像分割结果。
4.根据权利要求1所述的超/特高压输电线路雷达遥感监测方法，其特征在于，所述线路安全状态评估单元的具体计算方法是：利用导线目标检测数据及线路方位信息，计算得到导线在SAR图像中五个亮点斑纹反射强度及位置数据；利用铁塔目标检测数据，计算得到铁塔在SAR图像中的平均反射强度及位置、高度数据；根据导线、铁塔的位置数据计算得到导线和铁塔的空间特征分布，利用通过导线反射斑纹信息融合导线、铁塔的空间特征数据，建立线路评估模型，生成线路安全状态评估信息。
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