CN104503351A - 一种铺设架空线的智能监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种架空线铺设的智能监控系统及方法，该系统包括依次连接的现场检测装置、无线网组和数据处理装置，所述的现场检测装置包括设置在放线滑车上的网络摄像机、设置在牵引板上的角度传感器、图像转换器、模数转换器、无线发射模块和电源，所述的网络摄像机通过图像转换器与无线发射模块连接，所述的角度传感器通过模数转换器与无线发射模块连接，所述的无线发射模块与无线网组连接，所述的电源分别与网络摄像机、角度传感器、图像转换器、模数转换器和无线发射模块连接。与现有技术相比，本发明具有准确性高、使用方便、结构简单、维护成本低、可操作性强、安全性高等优点。

Description

一种铺设架空线的智能监控系统及方法

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其是涉及一种铺设架空线的智能监控系统及方法。

背景技术

尽管随着信息技术的飞速发展，带来了各行各业生产设备和管理水平上的革新，但由于电力施工的工作环境条件限制，使得目前的张力架线施工的技术水平相对滞后，而且目前有针对性的对电力设备施工监控行业中的企业不多，定制化基础不够。该系统正是瞄准了这样的机会，通过系统的实施，为送变电施工量身定做一整套关键设备的监控装置，将会在施工过程中，为加快工期，提升施工质量能够起到良好的促进作用。此外，该系统的实施，同时也能够积累一些关键的技术成果，这对于提升施工企业的技术水平和科研创新水平也起到了一定的作用。

工况监测与故障诊断技术是现代化生产发展的产物，在保障机器设备的安全运行、预防事故发生以及实现设备维修制度由定期预防维修转向基于设备运行状态的预知维修的变革等方面起到了关键性的指导作用，国内虽然起步较晚,但发展十分迅速，在设备诊断技术的理论和应用方面作了大量的研究工作。目前在高压架线的现场作业中，放线走板在长距离的运行过程中会有不同程度的倾斜，滑车穿线过程中经常性的跳槽或者脱落，这都极大影响了施工的进展，但是由于滑车又处于高空之中，工作人员无法长时间在地面通过肉眼观察滑车的整个穿线状态，放线走板和滑车的实时状态也需要一个严格的标准来衡量。这样的情况下亟需一个能在适当的位置对高空中牵引板和滑车的状态进行监控并进行数据采集，同时能够对随时可能发生的故障给予及时的报警的嵌入式装置，以保证架线施工的安全性和效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种准确性高、使用方便、结构简单、维护成本低、可操作性强、安全性高的铺设架空线的智能监控系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种架空线铺设的智能监控系统，用于在架空线铺设过程中监控牵引板放线和放线滑车跳槽，包括依次连接的现场检测装置、无线网组和数据处理装置，所述的现场检测装置包括设置在放线滑车上的网络摄像机、设置在牵引板上的角度传感器、图像转换器、模数转换器、无线发射模块和电源，所述的网络摄像机通过图像转换器与无线发射模块连接，所述的角度传感器通过模数转换器与无线发射模块连接，所述的无线发射模块与无线网组连接，所述的电源分别与网络摄像机、角度传感器、图像转换器、模数转换器和无线发射模块连接。

所述的无线网组包括网络服务器、主路由器和副路由器，所述的副路由器设有多个，并且分别与主路由器和无线发射模块连接，所述的主路由器分别与网络服务器和数据处理装置连接。

所述的数据处理装置包括工控机、显示器和报警器，所述的工控机分别与主路由器、显示器和报警器连接。

所述的数据处理装置还包括手机客户端，所述的手机客户端与主路由器连接。

所述的角度传感器为三轴角度传感器，所述的三轴角度传感器采用微型电容式MMA7361芯片。

所述的网络摄像机的镜头轴线与水平面呈65度角。

所述的无线发射模块为USR-WIFI232-B模块。

一种架空线铺设的智能监控方法，包括以下步骤：

1)网络摄像机实时地获取滑车上滑轮、导线及牵引线的状况图像，并将该图像经过图像转换器转换格式后，经过无线发射模块和路由器发送到网络服务器中；

2)工控机通过路由器从网络服务器获取滑车的状况图像，判定导线和牵引线是否时刻处于滑轮上的滑槽内，若是，则进行步骤3)，若否，则停止放线，进行修复并返回步骤1)；

3)角度传感器获取牵引板相对于基准线的倾斜角度，并将该数据经过模数转换器转换后，经过无线发射模块和路由器发送到工控机中；

4)工控机判定架空线铺设过程中牵引相对于基准线的倾斜角度是否出现超过阈值，若超过阈值，则进行报警，若没有超过阈值，则返回步骤1).

所述的步骤2)中导线和牵引线是否时刻处于滑轮上的滑槽内的判定方法包括以下步骤：

21)工控机获取正常工作状态下的滑车运行图，并将此图作为标准图片；

22)分别将标准图片和实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行分割和融合；

23)对标准图片和实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行配准，若配准结果不满足要求，则导线或牵引线已经脱离滑轮上的滑槽，若配准结果满足要求，则导线或牵引线在滑轮上的滑槽内正常运行。

所述的步骤22)中的分割和融合的方法包括以下步骤：

221)通过Meanshift算法对实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行区域分割，并且采用空间量化为4096个箱格的RGB颜色空间表示分割后的子区域；

222)统计每个子区域的RGB图的颜色特征，并计算每个子区域的规范化直方图，通过选择Bhatlacha系数来度量各个子区域间的相似度，计算公式为：

$\mathrm{\ρ}(R,Q)=\underset{u=1}{\overset{4096}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{\mathrm{Hist}}_R^u\·{\mathrm{Hist}}_Q^u};$

其中，ρ(R,Q)为子区域R和Q间的相似度，为子区域R的规范化直方图，为子区域Q的规范化直方图，u为直方图的第u个箱格；

223)通过最大相似度的区域融合算法对区域分割后的图像进行区域融合，融合算法的条件为：

$\underset{i=\mathrm{1,2},...,q}{\max }\mathrm{\ρ}(Q,S_i^Q)$

其中，为Q的所有相邻区域的集合，为Q与它所有相邻区域的相似性，

找到与Q的相似性最大的相邻子区域，将其与Q进行区域融合。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、准确性高，通过在架空线铺设过程中分别对滑车的滑槽和导线铺设的角度两方面进行实时监控，能够大大提高铺设架空线的效率和准确性。

二、使用方便，本发明通过使用视频、传感器和无线网组代替人工监控，省时省力，效率高。

三、结构简单、维护成本低，本发明采用的装置均为常用器件，损坏后容易更换。

四、可操作性强：本发明外观装置采用3D打印技术制作而成，可以根据实际需要制作成任意适合的形状，携带方便。

五、安全性高：本发明抗干扰能力强，并且可以自行设置无线密码，防止他人盗网和工程数据。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的方法流程图。

图3是视频监控系统的在PC端的显示界面。

图4为手机客户端的显示界面。

其中，1、现场检测装置，2、无线网组，3、数据处理装置，11、网络摄像机，12、角度传感器，13、图像转换器，14、模数转换器，15、无线发射模块，16、电源，21、网络服务器，22、主路由器，23、副路由器，31、工控机，32、显示器，33、报警器，34、手机客户端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种架空线铺设的智能监控系统，用于在架空线铺设过程中监控牵引板放线和放线滑车跳槽，包括依次连接的现场检测装置1、无线网组2和数据处理装置3，所述的现场检测装置1包括设置在放线滑车上的网络摄像机11、设置在牵引板上的角度传感器12、图像转换器13、模数转换器14、无线发射模块15和电源16，所述的网络摄像机11通过图像转换器13与无线发射模块15连接，所述的角度传感器12通过模数转换器14与无线发射模块15连接，所述的无线发射模块15与无线网组2连接，所述的电源16分别与网络摄像机11、角度传感器12、图像转换器13、模数转换器14和无线发射模块15连接。

无线网组2包括网络服务器21、主路由器22和副路由器23，所述的副路由器23设有多个，并且分别与主路由器22和无线发射模块15连接，所述的主路由器22分别与网络服务器21和数据处理装置3连接，数据处理装置3包括工控机31、显示器32和报警器33，所述的工控机31分别与主路由器22、显示器32和报警器33连接，数据处理装置3还包括手机客户端34，所述的手机客户端34与主路由器22连接，角度传感器12为三轴角度传感器，所述的三轴角度传感器采用微型电容式MMA7361芯片，网络摄像机11的镜头轴线与水平面呈65度角，无线发射模块15为USR-WIFI232-B模块。

如图2所示，一种架空线铺设的智能监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)网络摄像机实时地获取滑车上滑轮、导线及牵引线的状况图像，并将该图像经过图像转换器转换格式后，经过无线发射模块和路由器发送到网络服务器中；

2)工控机通过路由器从网络服务器获取滑车的状况图像，判定导线和牵引线是否时刻处于滑轮上的滑槽内，若是，则进行步骤3)，若否，则停止放线，进行修复并返回步骤1)，导线和牵引线是否时刻处于滑轮上的滑槽内的判定方法包括以下步骤：

21)工控机获取正常工作状态下的滑车运行图，并将此图作为标准图片；

22)分别将标准图片和实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行分割和融合，分割和融合的方法包括以下步骤：

221)通过Meanshift算法对实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行区域分割，并且采用空间量化为4096个箱格的RGB颜色空间表示分割后的子区域；

222)统计每个子区域的RGB图的颜色特征，并计算每个子区域的规范化直方图，通过选择Bhatlacha系数来度量各个子区域间的相似度，计算公式为：

$\mathrm{\ρ}(R,Q)=\underset{u=1}{\overset{4096}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{\mathrm{Hist}}_R^u\·{\mathrm{Hist}}_Q^u};$

其中，ρ(R,Q)为子区域R和Q间的相似度，为子区域R的规范化直方图，为子区域Q的规范化直方图，u为直方图的第u个箱格；

223)通过最大相似度的区域融合算法对区域分割后的图像进行区域融合，融合算法的条件为：

$\underset{i=\mathrm{1,2},...,q}{\max }\mathrm{\ρ}(Q,S_i^Q)$

其中，为Q的所有相邻区域的集合，为Q与它所有相邻区域的相似性，

找到与Q的相似性最大的相邻子区域，将其与Q进行区域融合；

23)对标准图片和实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行配准，若配准结果不满足要求，则导线或牵引线已经脱离滑轮上的滑槽，若配准结果满足要求，则导线或牵引线在滑轮上的滑槽内正常运行。

3)角度传感器获取牵引板相对于基准线的倾斜角度，并将该数据经过模数转换器转换后，经过无线发射模块和路由器发送到工控机中；

4)工控机判定架空线铺设过程中牵引相对于基准线的倾斜角度是否出现超过阈值，若超过阈值，则进行报警，若没有超过阈值，则返回步骤1).

在实验室完成视频监控系统和平衡装置的组装和调试后，将移植了视频服务器软件的ARM板卡和5V恒流供电电源、烧录完程序的瑞萨单片机板及角度传感器和3.3V供电电源分别一起组装在本实验室采用的3D打印机打印出来的模型中，视频监控模型外部冗留出一个USB插口，用于连接免驱USB插头的S606摄像头，最后封装，为了获得良好的监控质量，现场作业中装置的组装和调试也是一个非常重要的环节。视频监控装置安置在放线滑车与地面成65°角的上方，保证能监控到导线、牵引线和滑轮的整个接触面，这样安置的效果是能够在导线被牵引的过程中，滑轮的滑动与导线及牵引线的接触状况全部都在摄像头的监控下，给监控人员提供一个良好的视频画面。平衡测量装置被固定在牵引板铁板的正中间，以保证测量的准确性。

在实际施工现场中，根据整个施工分布范围具体要求，准备足够的路由器，副路由器挂载在主路由器上，然后均匀散开，保证各个路由器在中继的范围之内。视频监控装置和平衡装置被固定在所要监控的位置，并保证有路由器可以挂载。监控装置监控的实时画面经过无线路由器传输，而平衡装置采集到数据经过wifi232发射，经过无线传输给地面工作站的客户接收端。在施工过程中监控系统完成对滑车穿线状态的监控，在此过程中需要监控牵引绳通过滑轮时，是否在最中间的线槽，导线通过时是否分别在对应的线槽内。如果牵引绳或者导线没有在相应的槽内，应该产生一个报警信号提示工作人员停止牵引和放线操作，暂停牵张机动作。这种方式能够在上述的异常情况减少对导线的伤害和扭曲，以及牵引的障碍。在有导线转角的地方，能提供清晰的监控画面，帮助施工人员调整牵引机的牵引速度和张力机的放线速度，不至于使导线脱落。经过系统的对比便可以判定是否发生故障，当判定为故障行为时会触发报警系统，工作人员可以及时终止施工并调整。

图3是视频监控系统的在PC端的显示界面，在摄像头画面监控部分，有多摄像头画面的切换。目前，市场上有很多接收装置，如手机、计算机等都装有无限的接收器，能够对WIFI、蓝牙、无线网络以及3G移动网络进行识别，并接收这些无线网络中的数据，所以接收装置在生活中已经被大家所熟知。针对本系统我们采用能搜索WIFI信号的无线接收装置，并采用相应的接收界面，能够将数据进行全部读取。这个过程是数据传输过程中的重要部分，它主要包括一部分内部的寄存器、暂存器，将接受来的数据进行转化和存储，为后面的运算做准备。接收装置同样由主ARM板卡或者其他嵌入式装置为载体，将数据接收装置与ARM卡或其他嵌入式装置直接连接，进行数据交换。我们在对系统设计时，对数据存储模块的定义要尽量详尽，考虑数据的调用是否方便。

图4为手机客户端的显示界面，用以平衡装置显示的牵引板倾斜角度数据。牵引板倾斜角度采集数据通过WIFI232的Station/AP无线组网方式能够形成一个有效的无线网络平台，对数据进行交换和采集。能够对本系统提供良好的无线传输的保证，同时由于该板卡的工作电压和电流比较低，可以采用市场上现有的手机充电电源，参数：容量3.7V 14500mAH，输出电压5V,最大电流3A.可利用简单的稳压模块将输出的电压稳定到3.3V左右。便可实现该电压要求。

实验室采用3D打印机制作外观装置，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。由于其在制造工艺方面的创新，被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。整个系统的抗干扰能力强，并且可以根据自身要求设置无线密码，避免他人盗网或窃取施工数据。装置制作采用3D打印技术，能根据具体要求制作自己所期望的外观形状，一定程度上能应用在多种天气情况下。这套装置的研发可以大大提高工作效率，保证工作人员的安全。

Claims (10)

1.一种架空线铺设的智能监控系统，用于在架空线铺设过程中监控牵引板放线和放线滑车跳槽，其特征在于，包括依次连接的现场检测装置(1)、无线网组(2)和数据处理装置(3)，所述的现场检测装置(1)包括设置在放线滑车上的网络摄像机(11)、设置在牵引板上的角度传感器(12)、图像转换器(13)、模数转换器(14)、无线发射模块(15)和电源(16)，所述的网络摄像机(11)通过图像转换器(13)与无线发射模块(15)连接，所述的角度传感器(12)通过模数转换器(14)与无线发射模块(15)连接，所述的无线发射模块(15)与无线网组(2)连接，所述的电源(16)分别与网络摄像机(11)、角度传感器(12)、图像转换器(13)、模数转换器(14)和无线发射模块(15)连接。

2.根据权利要求1所述的一种架空线铺设的智能监控系统，其特征在于，所述的无线网组(2)包括网络服务器(21)、主路由器(22)和副路由器(23)，所述的副路由器(23)设有多个，并且分别与主路由器(22)和无线发射模块(15)连接，所述的主路由器(22)分别与网络服务器(21)和数据处理装置(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种架空线铺设的智能监控系统，其特征在于，所述的数据处理装置(3)包括工控机(31)、显示器(32)和报警器(33)，所述的工控机(31)分别与主路由器(22)、显示器(32)和报警器(33)连接。

4.根据权利要求3所述的一种架空线铺设的智能监控系统，其特征在于，所述的数据处理装置(3)还包括手机客户端(34)，所述的手机客户端(34)与主路由器(22)连接。

5.根据权利要求1所述的一种架空线铺设的智能监控系统，其特征在于，所述的角度传感器(12)为三轴角度传感器，所述的三轴角度传感器采用微型电容式MMA7361芯片。

6.根据权利要求1所述的一种架空线铺设的智能监控系统，其特征在于，所述的网络摄像机(11)的镜头轴线与水平面呈65度角。

7.根据权利要求1所述的一种架空线铺设的智能监控系统，其特征在于，所述的无线发射模块(15)为USR-WIFI232-B模块。

8.一种应用如权利要求1所述的架空线铺设的智能监控系统的智能监控方法， 其特征在于，包括以下步骤：

1)网络摄像机实时地获取滑车上滑轮、导线及牵引线的状况图像，并将该图像经过图像转换器转换格式后，经过无线发射模块和路由器发送到网络服务器中；

2)工控机通过路由器从网络服务器获取滑车的状况图像，判定导线和牵引线是否时刻处于滑轮上的滑槽内，若是，则进行步骤3)，若否，则停止放线，进行修复并返回步骤1)；

3)角度传感器获取牵引板相对于基准线的倾斜角度，并将该数据经过模数转换器转换后，经过无线发射模块和路由器发送到工控机中；

4)工控机判定架空线铺设过程中牵引相对于基准线的倾斜角度是否出现超过阈值，若超过阈值，则进行报警，若没有超过阈值，则返回步骤1)。

9.根据权利要求8所述的一种架空线铺设的智能监控方法，其特征在于，所述的步骤2)中导线和牵引线是否时刻处于滑轮上的滑槽内的判定方法包括以下步骤：

21)工控机获取正常工作状态下的滑车运行图，并将此图作为标准图片；

22)分别将标准图片和实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行分割和融合；

23)对标准图片和实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行配准，若配准结果不满足要求，则导线或牵引线已经脱离滑轮上的滑槽，若配准结果满足要求，则导线或牵引线在滑轮上的滑槽内正常运行。

10.根据权利要求9所述的一种架空线铺设的智能监控方法，其特征在于，所述的步骤22)中的分割和融合的方法包括以下步骤：

221)通过Meanshift算法对实时获取的网络摄像机拍摄到的滑车运行图像进行区域分割，并且采用空间量化为4096个箱格的RGB颜色空间表示分割后的子区域；

222)统计每个子区域的RGB图的颜色特征，并计算每个子区域的规范化直方图，通过选择Bhatlacha系数来度量各个子区域间的相似度，计算公式为：

其中，ρ(R,Q)为子区域R和Q间的相似度，为子区域R的规范化直方图，为子区域Q的规范化直方图，u为直方图的第u个箱格；

223)通过最大相似度的区域融合算法对区域分割后的图像进行区域融合，融合算法的条件为：

其中，为Q的所有相邻区域的集合，q为Q所有相邻区域的个数，为Q与它所有相邻区域的相似性，

找到与Q的相似性最大的相邻子区域，将其与Q进行区域融合。