CN104006834A - 变电站机械式表计数据采集及诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站机械式表计数据采集及诊断系统，该系统由实时摄像系统、图像采集系统、图像识别系统和状态诊断系统四部分构成，实时摄像系统安装在表计的表盘上，实时拍摄表计的表盘图像；所拍摄的信号由图像采集系统进行格式转换、编码压缩，处理后的图像数据通过通讯接口传送到图像识别系统；图像识别系统采用图像识别技术，识别出表计的示值；状态诊断系统对识别出的表计示值进行诊断，出现异常情况产生预报警。本发明自动采集表计数据，自动诊断表计示值所反映设备的状态，精度高，稳定性好，提高变电站运行管理的自动化程度，增加了运行人员的工作效率，节省了大量的人力、物力，且无需对表计进行更换或改造，成本低，应用简单。

Description

变电站机械式表计数据采集及诊断系统

技术领域

本发明涉及机械式表计的应用，尤其是一种通过采集变电站机械式表计的表盘图像，利用图像识别技术自动判读出表计的示值，然后采用智能技术诊断出表计示值所反映设备的状态，从而实现变电站表计数据采集及诊断的系统。

背景技术

由于具有无需工作电源、不受电磁干扰影响等优点，机械式表计在GIS、变压器等重要电力设备的压力、密度、温度测量应用中，占有绝对统治地位。在现有变电站中，大量的机械式表计如sf₆压力计、sf₆密度计、温度控制器等运行在现场，实时监控主设备的状态，对变电站的安全运行起着重要的作用。

相对于优点，机械式表计的不足也十分明显：这些表计无法将测量值直接输出。因此，如要了解设备的运行情况，必须到现场才能观测到表计的示值，现有的变电站监控系统无法实现遥测功能。

目前，通常解决方法是在变电站管理规范中做出明确要求，规定运行值班人员定期到现场巡视读取、记录表计的示值，然后分析表计示值，对于异常情况通知检修人员进行维修。这种方法主要存在以下不足：一个典型的110kV的内桥式GIS变电站中，大约就有40个左右的机械式表计，因此机械式表计巡视抄表、状态诊断工作量大，占用时间多，消耗了大量的人力、物力，降低了变电站自动化程度；人工巡视抄表有一定的主观性，对于同一表计示值，不同运行人员可能会得到不同结果，可能会出现误抄或漏抄的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种变电站机械式表计数据采集及诊断系统，该系统无需对原表计进行改造，即可实现表计示值的采集功能，继而诊断出表计示值所反映设备的状态，系统能够在强干扰环境中可靠运行，节省了人力、物力，同时提高了变电站管理的自动化程度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种变电站机械式表计数据采集及诊断系统，

由实时摄像系统、图像采集系统、图像识别系统和状态诊断系统四部分构成，

所述实时摄像系统安装在表计的表盘上，实时拍摄表计的表盘图像，

由上述实时摄像系统所拍摄的视频信号或数字信号，采用视频线或数据线传输至图像采集系统，

由上述图像采集系统进行格式转换、编码压缩，处理后的图像数据通过通讯接口传送至图像识别系统，

所述图像识别系统采用图像识别技术，识别出表计的示值，

表计为文字或字符式，示值自动判读可直接调用通用OCR程序完成；表计为指针式，则调用指针示值判读子程序，指针示值判读子程序流程如下：

首先读取表计初始信息，包括：指针圆心位置(x₀,y₀)、指针起始点(x_min,y_min)、指针最大值点(x_max,y_max)、起始点数值N_min、最大点数值N_max，这些信息在系统初始化时通过人工点取输入；

然后通过霍夫变化得到直线簇及其角度θ_n，这些直线需包含在指针图像内，且经过直线的点数大于根据具体表计确定的阈值点数；对直线簇的角度θ_n求平均值，得到指针中心失径直线的角度θ；

最后通过下列公式计算得到表计示值N：

$N=({\mathrm{\θ}}_{\min }-\mathrm{\θ})\×\frac{N_{\max }-N_{\min }}{360-{\mathrm{\θ}}_{\max }+{\mathrm{\θ}}_{\min }};$

所述状态诊断系统对识别出的表计示值进行诊断，出现异常情况时，系统产生预报警。

进一步地，所述实时摄像系统包括防护罩、镜头、控制电路、图像传感器和照明装置，所述防护罩上设有与镜头适配的通孔，所述图像传感器与控制电路电连接，所述照明装置安装于防护罩上。防护罩起着安装固定实时摄像系统、防尘、防雾、防雨雪功能，采用透明材料，不影响表计的人工读数；镜头采用超广角、可调焦距镜头，可使得在有限空间内拍摄高质量的表盘图像；图像传感器可以选择CCD或CMOS成像技术的传感器，选用CCD或模拟CMOS传感器时，实时摄像系统输出视频信号，选用单芯式集成CMOS传感器时，实时摄像系统输出数字信号；照明装置由多个红外发光二极管组成，使得实时摄像系统能够在夜晚或外部光线不好的情况下得到质量良好的图像。

进一步地，所述图像采集系统由多路复用模块、视频解码模块、主控模块、通讯模块组成，该系统通过多路复用模块取得的图像并识别的视频解码模块经主控模块控制将数据由通讯模块输出。一个图像采集系统下可挂有多路实时摄像系统，通过主控模块控制多路复用模块，选择一路实时摄像系统作为图像采集系统的当前输入；视频解码模块将实时摄像系统拍摄的视频信号转化为数字信号(实时摄像系统输出为数字信号时无需视频解码模块)；主控模块负责整个图像采集系统的逻辑控制，并将转化后的图像以JPEG标准进行编码压缩；通讯模块负责与图像识别系统通讯，将压缩后的图像传输给图像识别系统。

进一步地，所述图像识别系统由通讯模块、数据管理模块、图像预处理模块和示值判读模块组成，该系统通过通讯模块接收的数据经数据管理模块整理后由图像处理模块处理并通过示值判读模块读出示值。通讯模块负责与图像采集模块通讯，完成图像召唤、系统复位、通道切换等功能；数据管理模块负责管理表计的基本配置信息、表计历史示值、表计历史图像等数据；图像预处理模块包括图像灰度分割、图像腐蚀等操作，以获得黑白分明的二值图像并去除噪声；示值判读模块的功能是通过分析表盘图像将表计示值准确的判读出来，表计从表盘结构上分基本类别有指针式、文字式和字符式，示值判读模块对不同类别表计采用不同的识别原理，指针式表计需要确定出刻度线、指针的位置以及刻度线的示值，然后确定出表计的示值，文字式和字符式表计中的字符和文字都有固定的点阵图像，可通过点阵比较得到表计的示值。

状态诊断系统，通过调用图像识别系统识别出的表计示值，根据变电站运行标准判别表计所反映设备的状态，当出现异常情况时，产生预报警信号，提示运行人员。

本发明的有益效果是：变电站表计的示值图像由系统自动获得，示值由计算机自动判读完成，继而诊断出表计示值所反映设备的状态，出现异常情况时系统产生预报警信号，提高变电站运行管理的自动化程度，增加了运行人员的工作效率，节省了大量的人力、物力；图像识别系统自动识别表计图像示值，精度高，稳定性好，杜绝了出现误抄和漏抄现象；本发明是现有表计附加设备，无需对表计进行更换或改造，成本低，应用简单，可靠性高；通过对软件部分做出稍微改动工作，本发明即可推广到变电站其他表计，方便组成变电站设备运行实时监视系统，监视变电站主设备的运行情况。

附图说明

下面结合附图实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统原理图。

图2是本发明实施例1的结构示意图。

图3是本发明实施例2的结构示意图。

图4是图2中视频矩阵切换器的电路框图。

图5是本发明中图像采集系统的电路框图。

图6是本发明中图像识别系统的程序流程图。

图7是指针式表计示值计算原理图。

图8是本发明中状态诊断系统的程序流程图。

图中：1.表计，2.实时摄像系统，3.视频矩阵切换器，4.视频采集卡，5.图像识别系统，6.状态诊断系统，7.视频线，8.通讯总线，9.图像处理系统，10.通讯电缆。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

如图1所示，一种变电站机械式表计数据采集及诊断系统，该系统由实时摄像系统2、图像采集系统、图像识别系统5和状态诊断系统6四部分构成，实时摄像系统2安装在变电站表计1的表盘上，实时拍摄表计1的表盘图像；所拍摄的视频信号或数字信号，采用视频线7或数据线传输到图像采集系统，由图像采集系统进行格式转换、编码压缩，处理后的图像数据通过通讯接口传送到图像识别系统5；图像识别系统5采用图像识别技术，识别出表计1的示值；状态诊断系统6对识别出的表计1示值进行诊断，出现异常情况时，系统产生预报警。

实施例1：

如图2所示，实时摄像系统2由安装在变电站表计1的表盘上，拍摄的视频信号通过视频线7传输至视频矩阵切换器3，然后再通过视频线7连接到位于集控室的视频采集卡4，图像信号经视频采集卡4集中采集处理后，通过通讯总线8传输到图像识别系统5进行示值自动识别，状态诊断系统6对识别后的示值进行诊断，对异常情况进行预报警。视频采集卡4采用通用视频采集卡。

实施例2：

如图3所示，实时摄像系统2由安装在变电站表计1的表盘上，拍摄的视频信号通过视频线7连接到分布在现场的分布式图像采集系统9，图像信号经图像采集系统9采集处理后，通过通讯电缆10传输到图像识别系统5，进行示值自动识别，状态诊断系统6对识别后的示值进行诊断，对异常情况进行预报警。

如图6所示，如果表计1为文字式或字符式，示值自动判读可直接调用通用OCR程序完成，如果表计1为指针式，则调用指针示值判读子程序。指针示值判读子程序流程如下：首先读取表计初始信息，包括：指针圆心位置(x₀,y₀)、指针起始点(x_min,y_min)、指针最大值点(x_max,y_max)、起始点数值N_min、最大点数值N_max，这些信息在系统初始化时通过人工点取输入；然后通过霍夫变化得到直线簇及其角度θ_n，这些直线需包含在指针图像内，且经过直线的点数大于阈值点数(根据具体表计1确定)；对直线簇的角度θ_n求平均值，得到指针中心失径直线的角度θ；最后通过下列公式计算得到表计1示值N：

$N=({\mathrm{\θ}}_{\min }-\mathrm{\θ})\×\frac{N_{\max }-N_{\min }}{360-{\mathrm{\θ}}_{\max }+{\mathrm{\θ}}_{\min }}$

其原理图见图7。

如图8所示，得到表计1示值N，判断是否越预警线，当出现异常情况时，产生预报警声。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种变电站机械式表计数据采集及诊断系统，其特征在于：

由实时摄像系统(2)、图像采集系统、图像识别系统(5)和状态诊断系统(6)四部分构成，

所述实时摄像系统(2)安装在表计(1)的表盘上，实时拍摄表计(1)的表盘图像，

由上述实时摄像系统(2)所拍摄的视频信号或数字信号，采用视频线(7)或数据线传输至图像采集系统，

由上述图像采集系统进行格式转换、编码压缩，处理后的图像数据通过通讯接口传送至图像识别系统(5)，

所述图像识别系统(5)采用图像识别技术，识别出表计(1)的示值，

表计(1)为文字或字符式，示值自动判读可直接调用通用OCR程序完成；表计(1)为指针式，则调用指针示值判读子程序，指针示值判读子程序流程如下：

首先读取表计(1)初始信息，包括：指针圆心位置(x₀,y₀)、指针起始点(x_min,y_min)、指针最大值点(x_max,y_max)、起始点数值N_min、最大点数值N_max，这些信息在系统初始化时通过人工点取输入；

然后通过霍夫变化得到直线簇及其角度θ_n，这些直线需包含在指针图像内，且经过直线的点数大于根据具体表计确定的阈值点数；对直线簇的角度θ_n求平均值，得到指针中心失径直线的角度θ；

最后通过下列公式计算得到表计(1)示值N：

$N=({\mathrm{\θ}}_{\min }-\mathrm{\θ})\×\frac{N_{\max }-N_{\min }}{360-{\mathrm{\θ}}_{\max }+{\mathrm{\θ}}_{\min }};$

所述状态诊断系统(6)对识别出的表计(1)示值进行诊断，出现异常情况时，系统产生预报警。

2.根据权利要求1所述的变电站机械式表计数据采集及诊断系统，其特征在于：所述实时摄像系统(2)包括防护罩、镜头、控制电路、图像传感器和照明装置，所述防护罩上设有与镜头适配的通孔，所述图像传感器与控制电路电连接，所述照明装置安装于防护罩上。

3.根据权利要求1所述的变电站机械式表计数据采集及诊断系统，其特征在于：所述图像采集系统由多路复用模块、视频解码模块、主控模块、通讯模块组成，该系统通过多路复用模块取得的图像并识别的视频解码模块经主控模块控制将数据由通讯模块输出。

4.根据权利要求1所述的变电站机械式表计数据采集及诊断系统，其特征在于：所述图像识别系统(5)由通讯模块、数据管理模块、图像预处理模块和示值判读模块组成，该系统通过通讯模块接收的数据经数据管理模块整理后由图像处理模块处理并通过示值判读模块读出示值。