CN103196380B - 输电线路图像采集装置及输电线路覆冰厚度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输电线路图像采集装置及输电线路覆冰厚度检测系统，所述系统包括输电线路图像采集装置、与所述的输电线路图像采集装置相连接的远程图像处理装置，其中，所述的输电线路图像采集装置，用于接收所述的远程图像处理装置发送的远程加热指令，采集所述输电线路对应的图像，并发送至所述的远程图像处理装置；所述的远程图像处理装置，用于接收所述输电线路对应的图像，根据所述的图像输出对应的覆冰厚度。通过将输电线路图像采集装置安装在输电线路上以便直接对导线及覆冰导线厚度进行测量，实现了有效固定输电线路图像采集装置与输电线路的相对位置，提高了图像测量的精度。

Description

输电线路图像采集装置及输电线路覆冰厚度检测系统

技术领域

本发明关于电力监测技术领域，特别是关于电力系统中输电线路的检测技术，具体的讲是一种输电线路图像采集装置以及输电线路覆冰厚度检测系统。

背景技术

在一定的微气象、微地理条件下，输电线路的导线上常常会出现覆冰现象。导线覆冰引起的过载荷往往会造成金具损坏、导线断线、杆塔倒塌等机械事故，也可能使弧垂增大，造成闪络和烧伤、烧断导线等电气事故。因此，输电线路上的覆冰对电网的安全运行影响重大。为了有效预防及应对覆冰危害，就需要对输电线路覆冰的厚度进行检测和预警，及时采取人工除冰，短路融冰等应对措施，防止电网大面积瘫痪对国民经济造成重大损失。

现有技术中，对输电线路覆冰的检测方法主要包括拉力和图像两种检测方法。国家电网公司企业标准Q/GDW554-2010《输电线路等值覆冰厚度检测装置技术规范》中采用绝缘子串拉力、绝缘子串角度及气温、湿度、风速及风向数据的方法测量覆冰厚度。公开号为CN1844849、名称为“测量架空送电线路导、地线覆冰厚度和重量的方法及系统”的中国专利中公开了将拉力测量装置串入绝缘子串或绝缘子串上下连接金具中，来测量导线重量和厚度的方法。该拉力测量装置为拉力传感器、光栅应力测试装置或应力片传感器。公开号为CN101556195A、名称为“架空输电线路导线覆冰实时检测方法及系统”的中国专利公开了一种通过实时测量线路导线悬挂点倾角、导线温度和悬垂绝缘子串偏移角，实时计算线路导线覆冰综合荷载和导线覆冰厚度的方法。公开号为CN102175202A、名称为“一种基于模糊逻辑的覆冰厚度预测方法”的中国专利公开了一种根据覆冰现场的环境温度、环境湿度、环境风速以及导线温度的数据，得出输电线路覆冰厚度的方法。上述采用拉力测量的方法，由于拉力传感器本身是非标金具，串接绝缘子串施工难度高，且可能会改变线路本身的绝缘电气间隙，从线路拉力状态，电气绝缘和施工等各方面对线路安全都存在潜在的影响。

现有技术中通过图像进行检测的方案大多数采用阈值方法提取轮廓，或采用传统的边缘提取方法。公开号为CN101556142A、名称为“架空线路覆冰厚度的视觉检测方法”的中国专利中公开了通过区域分割获得图像架空线的所在区域，根据统计单根架空线对应于图像中单行所占的像素数的比例关系换算成覆冰的厚度的方法。专利申请号为201110173506.9的中国专利公开了利用图像处理技术自动获取输电线覆冰前后的边界，进而定量地计算绝缘子覆冰厚度的方法。上述采用图像视频观测处理方法时，由于覆冰时往往会罩住摄像机或高速球玻璃罩，只能模糊判断是否有覆冰发生，但无法准确观察覆冰状况以及开展定量检测。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种输电线路图像采集装置及输电线路覆冰厚度检测系统，通过将摄像部件设置在输电线路上以便直接对导线及覆冰导线厚度进行测量，实现了有效固定输电线路图像采集装置与输电线路的相对位置，提高了图像测量的精度。

本发明实施例的目的之一是，提供一种输电线路图像采集装置，所述的输电线路图像采集装置安装在输电线路上，具体包括无线传输部件、摄像部件、感应加热部件、感应取能供电部件以及电源调理部件：其中，所述的无线传输部件，用于采集远程加热指令；所述的感应取能供电部件，与所述的电源调理部件相连接，用于将输电线路的电磁能转换为稳定的直流电源，并向所述的电源调理部件供电；所述的电源调理部件，与所述的无线传输部件、摄像部件以及感应加热部件相连接，根据所述的远程加热指令控制所述的感应加热部件以及摄像部件的电源供给；所述的感应加热部件，与所述的摄像部件相连接，用于对所述的摄像部件进行加热熔冰处理；所述的摄像部件，用于采集所述的输电线路对应的图像；所述的无线传输部件，还用于发送所述输电线路对应的图像。

优选的，所述的无线传输部件包括无线传输模块和无线天线，所述的无线传输模块为GPRS无线传输模块或CDMA无线传输模块或2.4GHz无线传输模块。

优选的，所述的感应取能供电部件包括铁芯以及缠绕在所述铁芯上的线圈，所述的线圈为1组或2组。

优选的，所述的铁芯为对接的环形铁芯且分别封装在对接的光滑环形封装内。

优选的，所述的电源调理部件包括多个电源控制开关。

优选的，所述的输电线路图像采集装置还包括壳体，所述的无线传输部件、摄像部件、感应加热部件、感应取能供电部件以及电源调理部件固定在所述的壳体内。

优选的，所述的壳体内部设置有插槽，所述的无线传输部件、摄像部件、感应加热部件、感应取能供电部件以及电源调理部件通过所述的插槽固定在所述的壳体内。

优选的，所述的壳体为单层或双层屏蔽的金属壳体。

优选的，所述的感应加热部件包括热电阻。

本发明实施例的目的之一是，提供一种输电线路覆冰厚度检测系统，包括输电线路图像采集装置、与所述的输电线路图像采集装置相连接的远程图像处理装置，其中，所述的输电线路图像采集装置，用于接收所述的远程图像处理装置发送的远程加热指令，采集所述输电线路对应的图像，并发送至所述的远程图像处理装置；所述的远程图像处理装置，用于接收所述输电线路对应的图像，根据所述的图像输出对应的覆冰厚度。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：提供了一种输电线路图像采集装置及输电线路覆冰厚度检测系统，通过将摄像部件设置在输电线路上以便直接对导线及覆冰导线厚度进行测量，实现了有效固定输电线路图像采集装置与输电线路的相对位置，提高了图像测量的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种输电线路覆冰厚度检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种输电线路图像采集装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种输电线路图像采集装置的实施方式二的结构示意图；

图4为本发明提供的一种输电线路图像采集装置的实施方式三的结构示意图；

图5为本发明提供的一种输电线路图像采集装置的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的输电线路覆冰厚度检测系统主要用于检测输电线路上的覆冰厚度，也可以用于检测输电线路上覆盖的冰雪厚度。图1为本发明实施例提供的一种输电线路覆冰厚度检测系统的结构示意图，由图1可知，所述的输电线路覆冰厚度检测系统包括安装于所述的输电线路400上的输电线路图像采集装置100、与所述的输电线路图像采集装置100相连接的远程图像处理装置200，图1中的300即为输电线路上的覆冰。

其中，所述的输电线路图像采集装置100，接收所述的远程图像处理装置200发送的远程加热指令，采集所述输电线路对应的图像，并发送至所述的远程图像处理装置200；

所述的远程图像处理装置200，用于接收所述输电线路对应的图像，根据所述的图像输出对应的覆冰厚度。

在具体的实施方式中，可将输电线路图像采集装置安装于输电线路的下方，采用CMOS摄像头倾斜一定角度从下往上拍摄导线或覆冰导线图片。

图2为本发明实施例提供的一种输电线路图像采集装置的结构示意图，由图2可知，所述的输电线路图像采集装置100具体包括无线传输部件101、摄像部件105、感应加热部件104、感应取能供电部件102以及电源调理部件103，

其中，所述的无线传输部件101，用于采集远程加热指令；

所述的感应取能供电部件102，与所述的电源调理部件103相连接，用于将输电线路的电磁能转换为稳定的直流电源，并向所述的电源调理部件103供电。在具体的实施方式中，感应取能供电部件包括铁芯以及缠绕在所述铁芯上的线圈，所述的线圈为1组或2组。在具体的实施方式中，所述的铁芯为对接的环形铁芯且分别封装在对接的光滑环形封装内。也即感应取能供电部件可由对接的环形铁芯和缠绕在铁芯上的线圈组成，上下铁芯分别封装在对接的光滑环形封装内，环形封装与装置壳体连接处留有过孔，铁芯上缠绕的线圈为1组或2组。当线圈为1组时，线圈一端经过孔接入电源调理部件，另一端通过孔后串入感应加热部件，再接入电源调理部件；当所绕线圈为2组时，匝数较少的线圈两端经过孔直接接入电源调理部件，匝数较多的线圈一端经过孔直接接入电源调理部件，另一端串入感应加热部件后，再接入电源调理部件。

所述的电源调理部件103，与所述的无线传输部件101、摄像部件105以及感应加热部件104相连接，根据所述的远程加热指令控制所述的感应加热部件104以及摄像部件105的电源供给；

所述的感应加热部件104，与所述的摄像部件105相连接，用于对所述的摄像部件进行加热熔冰处理；

所述的摄像部件105，用于采集所述的输电线路对应的图像；

所述的无线传输部件101，还用于发送所述输电线路对应的图像。

在具体的实施方式中，输电线路图像采集装置还包括壳体，所述的无线传输部件、摄像部件、感应加热部件、感应取能供电部件以及电源调理部件固定在所述的壳体内。

在本发明的其他实施方式中，所述的壳体内部设置有插槽，所述的无线传输部件、摄像部件、感应加热部件、感应取能供电部件以及电源调理部件通过所述的插槽固定在所述的壳体内。所述的壳体为单层或双层屏蔽的金属壳体。

图3为本发明提供的一种输电线路图像采集装置的实施方式二的结构示意图，由图3可知，所述的无线传输部件101包括无线传输模块和无线天线，所述的无线传输模块为GPRS无线传输模块或CDMA无线传输模块或2.4GHz无线传输模块。

图4为本发明提供的一种输电线路图像采集装置的实施方式三的结构示意图，由图4可知，所述的电源调理部件包括多个电源控制开关，可分别控制摄像部件、感应加热部件的电源供给。所述的感应加热部件包括热电阻。热电阻可根据具体的实际使用设置若干个。

图5为本发明提供的一种输电线路图像采集装置的剖面示意图，由图5可知，在该实施例中，输电线路图像采集装置安装于输电线路上，图5中的400即为导线，感应取能供电部件包括感应取能线圈、铁芯504及铁芯封装501，铁芯504上缠绕的感应取能线圈可通过两组不同的线圈组成，分别称第一线圈502以及第二线圈503，第一线圈502为匝数较少的线圈，不串接热电阻，直接为后端负载提供电能，以确保较低的启动电流，第二线圈503为匝数较多的线圈，为铁芯504提供反向磁通。第一线圈502两端直接接入屏蔽外壳106内设置的电源调理部件103，第二线圈503一端直接接入电源调理部件103，另一端与感应加热部件相连接，感应加热部件在该实施例中包括两部分，一部分为依次连接的限流电阻R1、R2、R3、R4，用于向摄像部件即摄像头的周围壳体提供自动加热功能，另一部分为依次连接的热电阻R5、R6，用于对摄像头的密封片505进行加热。第二线圈503的另一端与感应加热部件串接后，再接入电源调理部件103。从电源调理部件103引出直流电压为可关断输出电压，输出电压两端分别连接依次连接的热电阻R5、R6。R1、R2、R3、R4安装于CMOS摄像头侧的输电线路图像采集装置壳体上。当感应取能供电部件工作时，第二线圈503反相励磁线圈中流过电流，确保为负载提供电能的第一线圈502峰值电压保持在较低水平的同时，实现对摄像机壳体的自动加热；R5、R6安装于CMOS摄像头屏蔽密封片旁，用于对密封片的加热，由感应加热部件在电源调理部件103的控制下进行加热熔冰处理，电源调理部件7控制加热温度与加热时间。

正常状态下，摄像头处于待机和密封状态，并不需加热，冬季覆冰时，当无线传输部件101采集到加热指令后，对摄像头密封片及周围壳体进行加热，根据壳体温升控制加热时间，加热熔冰结束后，自动打开摄像头屏蔽密封片并拍摄覆冰照片，之后由无线传输部件101采用互联网、公网或光纤复合架空地线（OPGW，OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire）等方式将输电线路对应的图像远传到远程图像处理装置。

远程图像处理装置，首先对输电线路对应的图像进行图像处理，确定出输电线路对应的导线宽度；然后获取预先设定的初始图像对应的导线宽度，所述的初始图像为所述的输电线路无覆冰时的图像，初始图像对应的导线宽度可预先存储在远程图像处理装置中。在无覆冰时，选取在天气状况良好的情况下拍摄的较为清晰图片进行初始设置。因为通常情况下，输电线路周边的环境情况比较复杂，所以选择导线周围环境比较单一的图像进行识别与初始配置。在具体的实施方式中，还可将图像划定识别区域，选取图像中的部分区域进行初始配置。初始图像拍摄完毕后保证现场摄像头安装位置不变，当有覆冰发生时，可将输电线路图像依据初始配置的区域，选取该区域内图像中覆冰导线的边界，提取边缘特征与初始导线边缘进行比对，按比例得出覆冰导线的厚度，从而得出监测点覆冰的厚度。最后将所述的输电线路对应的导线宽度与初始图像对应的导线宽度进行比对，确定所述的输电线路图像对应的覆冰厚度。所述的输电线路对应的导线宽度与所述的初始图像对应的导线宽度的差值的一半即为覆冰厚度。

在具体的实施方式中，远程图像处理装置对输电线路对应的图像进行图像具体包括：（1）对输电线路对应当图像进行灰度处理，得到灰度图像。由于彩色图像中的每个像素的颜色有R、G、B三个分量决定，而每个分量有255中值可取，这样一个像素点可以有1600多万（255*255*255）的颜色的变化范围。而灰度图像是R、G、B三个分量相同的一种特殊的彩色图像，其一个像素点的变化范围为255种，所以在数字图像处理中一般先将各种格式的图像转变成灰度图像以使后续的图像的计算量变得少一些。灰度图像的描述与彩色图像一样仍然反映了整幅图像的整体和局部的色度和亮度等级的分布和特征。图像的灰度化处理可通过如下两种方法来实现。

1、求出每个像素点的R、G、B三个分量的平均值，然后将这个平均值赋予给这个像素的三个分量。

2、根据YUV的颜色空间中，Y的分量的物理意义是点的亮度，由该值反映亮度等级，根据RGB和YUV颜色空间的变化关系可建立亮度Y与R、G、B三个颜色分量的对应：Y=0.3R+0.59G+0.11B，以这个亮度值表达图像的灰度值。由于本实施例的图像背景单一，目标和背景在色调上区分鲜明，因此本实施例采用上述第二种方法进行灰度处理。

（2）对所述的灰度图像进行滤波处理，得到滤波图像。在本实施例中，由于噪声较小且孤立，采用3*3的中值滤波。中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。

（3）对所述的滤波图像进行灰度直方图统计，确定前背景分割的阈值。即对滤波图像进行灰度直方图统计，由于本实施例的图像背景单一，目标和背景在色调上区分鲜明，灰度直方图的分布类型为双峰型，选取双峰之间的谷底所对应的灰度级作为前背景分割的阈值。

（4）根据所述的前背景分割的阈值对所述的灰度图像进行二值化处理，得到轮廓图像，此处的轮廓图像即为输电线路的外围轮廓。

（5）根据所述的轮廓图像确定左边界与右边界。

在具体的实施过程中，若轮廓图像的前景用黑色表示，背景用白色表示，则从左到右找到第一个为黑色的像素，即为轮廓图像的左边界。再从右到左找到第一个为黑色的像素，即为轮廓图像的右边界。

在具体的实施过程中，若轮廓图像的前景用白色表示，背景用黑色表示，则从左到右找到第一个为白色的像素，即为轮廓图像的左边界。再从右到左找到第一个为白色的像素，即为轮廓图像的右边界。该步骤还可为根据所述的轮廓图像确定上边界与下边界。具体实现方式与确定左边界与右边界相似，此处不再赘述。

（6）根据所述的左边界与右边界确定所述的输电线路图像对应的导线宽度。在该实施例中，覆冰后的输电线路图像的导线宽度为轮廓图像的右边界与左边界的差值。

综上所述，本发明提供了一种输电线路图像采集装置及输电线路覆冰厚度检测系统，通过将输电线路图像采集装置安装在输电线路上以便直接对导线及覆冰导线厚度进行测量，实现了有效固定输电线路图像采集装置与输电线路的相对位置，提高了图像测量的精度。

本发明提供的一种输电线路覆冰厚度检测系统及方法与现有技术相比，具有以下优点：

1.通过将输电线路图像采集装置安装在输电线路上直接对输电线路的覆冰导线厚度进行测量，相对将输电线路图像采集装置安装于塔上测量的方法，可以有效固定输电线路图像采集装置与导线的相对位置，便于通过对比分析的方法提高图像测量的精度；

2.采用感应取能技术，在冬季覆冰季节也能有效的获取持续的供电及加热能量，并且通过散热电阻自动对输电线路图像采集装置进行加热，实现了对电磁感应转换损失热能的二次利用，有效提升了恶劣环境中能量使用的效率；

3.依据安装位置相对固定的特点，不需通过建模或利用绝缘子串拉力、绝缘子串角度及气温、湿度、风速及风向数据，仅通过图像处理即可确定覆冰的厚度，提升了图像识别的精度。

以上所述的具体实施方式，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，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (9)

1.一种输电线路图像采集装置，其特征在于，所述的输电线路图像采集装置安装在输电线路上，具体包括壳体、无线传输部件、摄像部件、感应加热部件、感应取能供电部件以及电源调理部件：

其中，所述的无线传输部件，用于采集远程加热指令；

所述的感应取能供电部件，与所述的电源调理部件相连接，用于将输电线路的电磁能转换为稳定的直流电源，并向所述的电源调理部件供电；

所述的电源调理部件，与所述的无线传输部件、摄像部件以及感应加热部件相连接，根据所述的远程加热指令控制所述的感应加热部件以及摄像部件的电源供给；

所述的感应加热部件，与所述的摄像部件相连接，用于对所述的摄像部件进行加热熔冰处理，

所述感应加热部件进一步包括第一部分和第二部分，第一部分为依次连接的限流电阻R1、R2、R3、R4，用于向摄像头的周围壳体提供自动加热功能，第二部分为依次连接的热电阻R5、R6，用于在所述的电源调理部件的控制下对所述摄像部件的密封片进行加热；

所述的摄像部件，用于采集所述的输电线路对应的图像；

所述的无线传输部件，还用于发送所述输电线路对应的图像。

2.根据权利要求1所述的输电线路图像采集装置，其特征在于，所述的无线传输部件包括无线传输模块和无线天线，所述的无线传输模块为GPRS无线传输模块或CDMA无线传输模块或2.4GHz无线传输模块。

3.根据权利要求1所述的输电线路图像采集装置，其特征在于，所述的感应取能供电部件包括铁芯以及缠绕在所述铁芯上的线圈，所述的线圈为1组或2组。

4.根据权利要求3所述的输电线路图像采集装置，其特征在于，所述的铁芯为对接的环形铁芯且分别封装在对接的光滑环形封装内。

5.根据权利要求1所述的输电线路图像采集装置，其特征在于，所述的电源调理部件包括多个电源控制开关。

6.根据权利要求1所述的输电线路图像采集装置，其特征在于，所述的无线传输部件、摄像部件、感应加热部件、感应取能供电部件以及电源调理部件固定在所述的壳体内。

7.根据权利要求6所述的输电线路图像采集装置，其特征在于，所述的壳体内部设置有插槽，所述的无线传输部件、摄像部件、感应加热部件、感应取能供电部件以及电源调理部件通过所述的插槽固定在所述的壳体内。

8.根据权利要求6或7所述的输电线路图像采集装置，其特征在于，所述的壳体为单层或双层屏蔽的金属壳体。

9.一种输电线路覆冰厚度检测系统，其特征在于，所述的输电线路覆冰厚度检测系统包括如权利要求1至8任意一项所述的输电线路图像采集装置、与所述的输电线路图像采集装置相连接的远程图像处理装置，

其中，所述的输电线路图像采集装置，用于接收所述的远程图像处理装置发送的远程加热指令，采集所述输电线路对应的图像，并发送至所述的远程图像处理装置；

所述的远程图像处理装置，用于接收所述输电线路对应的图像，根据所述的图像输出对应的覆冰厚度。