CN102646163A - 用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力设备安装与维护技术领域中的一种用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法。包括：获取电力线图像；提取电力线图像特征，在电力线特征点集中选择用于弧垂计算的单根电力线的特征点集；在单根电力线的特征点集中，确定单根电力线的两个端点，并计算连接所述两个端点的直线的斜率k；计算以k为斜率的直线与所述单根电力线的切点坐标；根据切点坐标计算悬挂曲线模型参数；分别确定悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线；分别计算单根电力线与悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线之间的Hausdorff距离，取Hausdorff距离最小的曲线所对应的模型作为电力线满足的悬挂曲线模型。本发明提高了电力线弧垂计算精度。

Description

用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法

技术领域

本发明属于电力设备安装与维护技术领域，尤其涉及一种用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法。

背景技术

电力线弧垂是输电线路设计和运行的重要指标，关系到输电线路的运行安全。弧垂过大不但限制线路的输送能力，还容易造成接地短路事故，为了确保输电线路和被跨越设备的安全运行需要对弧垂进行校验或实时监测。

目前，有一些弧垂在线监测装置的发明，但都还没有应用到工程实践中。而图像处理技术有着精确、高效的优良特性，所以基于图像处理的电力线弧垂计算方法已成为研究热点。

但是，由于电力线弧垂大小受杆塔间距离、导线应力、传输容量、大气温度、风、导线覆冰等众多因素影响，得到电力线的图片后，在弧垂计算时不能立即判断出电力线满足哪一种悬挂曲线模型，常规的方法是直接随机假定所研究的电力线符合某种悬挂曲线模型，这种简单而随机选取的模型并不是电力线精确满足的模型，从而给弧垂计算带来误差。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前电力线弧垂计算时随机设定电力线弧垂满足的悬挂曲线模型，进而导致弧垂计算不准确的问题，提出一种用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法，其特征是所述判定方法包括：

步骤1：获取电力线图像；

步骤2：提取电力线图像特征，形成电力线特征点集；

步骤3：在电力线特征点集中选择用于弧垂计算的单根电力线的特征点集；

步骤4：在所述单根电力线的特征点集中，确定所述单根电力线的两个端点，并计算连接所述两个端点的直线的斜率k；

步骤5：计算以k为斜率的直线与所述单根电力线的切点坐标(h，l)；其中，h为切点的横坐标，l为切点的纵坐标；

步骤6：根据切点坐标(h，l)计算悬挂曲线模型参数

其中，σ₀是悬挂曲线最低点的应力，γ是电力线比载；

步骤7：根据悬挂曲线模型参数

分别确定悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线；

步骤8：分别计算所述单根电力线与悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线之间的Hausdorff距离，取Hausdorff距离最小的曲线所对应的模型作为电力线满足的悬挂曲线模型。

所述根据切点坐标(h，l)计算悬挂曲线模型参数

具体是：

(1)根据公式 $\frac{h}{l}*[a\cosh \left(\sqrt{1+k^2}\right)-x]+\frac{e^x+e^{-x}}{2}-\sqrt{{1+k}^2}=0$ 计算x的值；

(2)根据方程

计算参数

其中，acosh是反双曲余弦函数。

所述确定悬链线曲线利用公式

其中，ch是双曲余弦函数，L是相邻两根杆塔之间的距离。

所述确定斜抛物线曲线利用公式

其中，tan是正切函数，L是相邻两根杆塔之间的距离，β是相邻两根杆塔之间的高差角。

所述确定平抛物线曲线利用公式

其中，tan是正切函数，L是相邻两根杆塔之间的距离，β是相邻两根杆塔之间的高差角。

本发明通过Hausdorff距离来度量电力线与悬挂曲线之间的相似性，其计算量小且计算精度高，进而提高了电力线弧垂计算的精度。

附图说明

图1是本发明提供的判定方法流程图；

图2是提取出的单根电力线示意图；

图3是根据悬挂曲线模型参数确定的悬链线曲线；

图4是根据悬挂曲线模型参数确定的斜抛物线曲线；

图5是根据悬挂曲线模型参数确定的平抛物线曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明提供的判定方法流程图。图1中，用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法包括：

步骤1：获取电力线图像。

先通过相机、摄像机等拍摄工具获取电力线图像。一般是获取相邻两根杆塔之间的电力线的图像。

步骤2：提取电力线图像特征，形成电力线特征点集。

采用图像特征提取技术，提取电力线的图像特征，形成电力线特征点集。

步骤3：在电力线特征点集中选择用于弧垂计算的单根电力线的特征点集。

一般情况下，由于相邻两根杆塔之间的电力线不止一条，可能会有多条，因此需要在电力线特征点集中，选择感兴趣的单根电力线的特征点集，即用于弧垂计算的单根电力线的特征点集。图2是提取出的单根电力线示意图，通常单根电力线的特征点集中的点会有700-1000个。点集中记录了点在图像中的横纵坐标信息。

步骤4：在所述单根电力线的特征点集中，确定所述单根电力线的两个端点，并计算连接所述两个端点的直线的斜率k。

由于相邻两根杆塔之间的电力线是一条规则曲线，因此单根电力线的两个端点，实际上是单根电力线的特征点集中横坐标最小的点和横坐标最大的点。用直线连接这两个端点，并计算连接这两个端点的斜率k。

步骤5：计算以k为斜率的直线与所述单根电力线的切点坐标(h，l)；其中，h为切点的横坐标，l为切点的纵坐标。

由于单根电力线通过其特征点集表示，因此可以以k为斜率，做出一组平行直线簇，将单根电力线上的每一点的坐标(即单根电力线的特征点集中的点的坐标)分别代入每一条斜率为k的直线中，求得单根电力线上的点在直线上的个数，遍历每一条斜率为k的直线，直至找到以k为斜率的线路的切线，并取得切点坐标(h，l)。

步骤6：根据切点坐标(h，l)计算悬挂曲线模型参数

其中，σ₀是悬挂曲线最低点的应力，γ是电力线比载。

由于每个悬挂曲线模型公式中均含有参数

(σ₀是曲线最低点的应力，γ是电力线比载)，因此需要计算悬挂曲线模型参数

的值。

首先，根据公式 $\frac{h}{l}*[a\cosh \left(\sqrt{1+k^2}\right)-x]+\frac{e^x+e^{-x}}{2}-\sqrt{{1+k}^2}=0$ 计算x的值。其中，acosh是反双曲余弦函数，k为步骤4求得的斜率，h为切点的横坐标，l为切点的纵坐标。

其次，再根据方程计算参数的值。其中，acosh是反双曲余弦函数。

步骤7：根据悬挂曲线模型参数

分别确定悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线。

确定悬链线曲线利用公式

其中，ch是双曲余弦函数，L是相邻两根杆塔之间的距离。图3是根据悬挂曲线模型参数确定的悬链线曲线。

确定斜抛物线曲线利用公式

其中，tan是正切函数，L是相邻两根杆塔之间的距离，β是相邻两根杆塔之间的高差角。通常，相邻两根杆塔的高度相等，因此β＝0。图4是根据悬挂曲线模型参数确定的斜抛物线曲线。

确定平抛物线曲线利用公式

其中，tan是正切函数，L是相邻两根杆塔之间的距离，β是相邻两根杆塔之间的高差角。通常，相邻两根杆塔的高度相等，因此β＝0。图5是根据悬挂曲线模型参数确定的平抛物线曲线。

步骤8：分别计算所述单根电力线与悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线之间的Hausdorff距离，取Hausdorff距离最小的曲线作为电力线满足的悬挂曲线模型。

Hausdorff距离是一种定义于两个点集上的最大-最小(max-min)距离，它主要用于测量两个点集的匹配程度。

给定两个有限点集A＝{a₁，a₂，…，a_p}和B＝{b₁，b₂，…，b_q}，则

A与B之间的Hausdorff距离定义为：

H(A，B)＝max{h(A，B)，h(B，A)}        (1)

式(1)中，h(A，B)为从点集A到点集B的有向Hausdorff距离，h(B，A)为从点集B到点集A的有向Hausdorff距离，且

$h(A,B)=\underset{a\∈A}{\max }\underset{b\∈B}{\min }\left|\right|a-b\left|\right|---\left(2\right)$

$h(B,A)=\underset{b\∈B}{\max }\underset{a\∈A}{\min }\left|\right|b-a\left|\right|---\left(3\right)$

式(2)和(3)中，||·||为定义在点集合上的某种距离范数，通常采用L₂-范数，即欧氏距离。

依据上述原理，可以使单根电力线的特征点集作为点集A，分别取悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线中的点集作为点集B，计算Hausdorff距离。针对图3、图4和图5的结果，计算出的Hausdorff距离分别为d1＝117.6478，d2＝374.9773，d3＝388.0619。其中，d1是图2中的单根电力线与图3中的悬链线曲线之间的Hausdorff距离，d2是图2中的单根电力线与图4中的斜抛物线曲线之间的Hausdorff距离，d3是图2中的单根电力线与图5中的平抛物线曲线之间的Hausdorff距离。由于d1最小，因此可以说明图2中的单根电力线与图3中的悬链线曲线相似度最高，所以可以选取悬链线模型为最佳悬挂曲线模型。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法，其特征是所述判定方法包括：

步骤1：获取电力线图像；

步骤2：提取电力线图像特征，形成电力线特征点集；

步骤3：在电力线特征点集中选择用于弧垂计算的单根电力线的特征点集；

步骤4：在所述单根电力线的特征点集中，确定所述单根电力线的两个端点，并计算连接所述两个端点的直线的斜率k；

步骤5：计算以k为斜率的直线与所述单根电力线的切点坐标(h，l)；其中，h为切点的横坐标，l为切点的纵坐标；

步骤6：根据切点坐标(h，l)计算悬挂曲线模型参数

其中，σ₀是悬挂曲线最低点的应力，γ是电力线比载；

步骤7：根据悬挂曲线模型参数

分别确定悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线；

步骤8：分别计算所述单根电力线与悬链线曲线、斜抛物线曲线和平抛物线曲线之间的Hausdorff距离，取Hausdorff距离最小的曲线所对应的模型作为电力线满足的悬挂曲线模型。

2.根据权利要求1所述的用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法，其特征是所述根据切点坐标(h，l)计算悬挂曲线模型参数

具体是：

(1)根据公式 $\frac{h}{l}*[a\cosh \left(\sqrt{1+k^2}\right)-x]+\frac{e^x+e^{-x}}{2}-\sqrt{{1+k}^2}=0$ 计算x的值；

(2)根据方程

计算参数

其中，acosh是反双曲余弦函数。

3.根据权利要求2所述的用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法，其特征是所述确定悬链线曲线利用公式

其中，ch是双曲余弦函数，L是相邻两根杆塔之间的距离。

4.根据权利要求2所述的用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法，其特征是所述确定斜抛物线曲线利用公式

其中，tan是正切函数，L是相邻两根杆塔之间的距离，β是相邻两根杆塔之间的高差角。

5.根据权利要求2所述的用于电力线弧垂计算的悬挂曲线模型判定方法，其特征是所述确定平抛物线曲线利用公式

其中，tan是正切函数，L是相邻两根杆塔之间的距离，β是相邻两根杆塔之间的高差角。

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