CN104616003A - 电力线上异物类型识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力线上异物类型识别系统，设置在无人机上，所述识别系统包括航拍摄像设备、异物类型识别设备和嵌入式处理器，所述航拍摄像设备用于对电力线进行图像采集，以获得电力线图像，所述异物类型识别设备与所述航拍摄像设备连接，用于对所述电力线图像进行图像处理，以识别出所述电力线图像中的异物的类型，所述嵌入式处理器与所述异物类型识别设备连接，用于根据所述识别出的异物类型确定是否向地面电力线管理平台发出异物报警信号。通过本发明，能够快速准确地识别出供电网络的电力线上的异物类型，为供电部门对电网的维护提供有价值的参考信息。

Description

电力线上异物类型识别系统

技术领域

本发明涉及电力维护领域，尤其涉及一种电力线上异物类型识别系统。

背景技术

在输电电网的日常维护中，维护对象包括输电设备和电力线，其中输电线路因为位置固定、数量相对较少，易于维护人员定点进行检查和维修，然而，电力线作为电力的载体，其分布范围极其广泛，使用人力维护，成本较高，而且电力线一般被架在空中，很难用肉眼去观察电力线的具体情况。

但是，如果不去对电力线进行日常维护，会出现类似塑料袋、气球、风筝和树枝的异物不时将电力线缠绕的情况，这些异物使得高电压的极限放电距离缩短，严重时会危及电网安全，造成大面积停电，甚至导致严重人员伤害和设备故障。目前对电力线的日常维护还是采用人工巡线的方式，如上所述，由于电力线跨度区域广、所在地理环境复杂，人工巡线不仅给人员带来较大的工作强度，人员成本高，而且检测速度较慢，效率低下。

因此，需要一种新的电力线维护系统，能够替换人工巡线的方式，采用电子检测的方式对电力线进行快速高效的检测，并能够及时识别出电力线上异物类型，从而在维护输电电网安全运电的同时，提高了维护效率，减少了人工开销。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种电力线上异物类型识别系统，以无人机为检测平台，引入图像采集设备、图像处理设备实现对电力线上异物类型的高精度识别，引入伽利略定位设备、无线电高度传感器和气压高度传感器的测量结果对异物进行精确定位，从而实现高效的电子检测方式对艰苦的人工巡线方式的替换。

根据本发明的一方面，提供了一种电力线上异物类型识别系统，所述识别系统设置在无人机上，包括航拍摄像设备、异物类型识别设备和嵌入式处理器，所述航拍摄像设备用于对电力线进行图像采集，以获得电力线图像，所述异物类型识别设备与所述航拍摄像设备连接，用于对所述电力线图像进行图像处理，以识别出所述电力线图像中的异物的类型，所述嵌入式处理器与所述异物类型识别设备连接，用于根据所述识别出的异物类型确定是否向地面电力线管理平台发出异物报警信号。

更具体地，在所述电力线上异物类型识别系统中，还包括：存储设备，用于预先存储各种异物的基准图像模板以及预先存储异物类型报警对照表，每一种异物的基准图像模板为预先对每一种基准异物进行拍摄而获得的图像，所述异物类型报警对照表以异物类型为索引，保存了每一种异物类型的报警等级，报警等级越高，对应类型的异物对电力线的危害越大，所述存储设备还用于预先存储报警等级阈值、高度差阈值、无线电高度权重和气压高度权重；伽利略定位设备，连接伽利略导航卫星，用于接收无人机所在位置的实时定位数据；无线电高度传感器，包括无线电发射机、无线电接收机和微控制器，所述微控制器与所述无线电发射机和所述无线电接收机分别连接，所述无线电发射机向地面发射无线电波，所述无线电接收机接收地面反射的无线电波，所述微控制器根据所述无线电发射机的发射时间、所述无线电接收机的接收时间和无线电波传播速度计算无人机的实时无线电高度，所述无线电波传播速度为光速；气压高度传感器，用于根据无人机附近的气压变化，检测无人机所在位置的实时气压高度；无线通讯接口，与远端的地面电力线管理平台建立双向的无线通信链路，用于接收所述地面电力线管理平台发送的控制指令，还用于将所述嵌入式处理器发送的异物位置信息、异物报警信号和高度测量有误信号转发给所述地面电力线管理平台；所述航拍摄像设备为线阵数码航空摄影机，包括减震底架、前盖玻璃、镜头、滤镜和成像电子单元，用于对电力线进行图像采集，以获得电力线图像，所述电力线图像的分辨率为3840×2160；所述异物类型识别设备与所述航拍摄像设备和所述存储设备分别连接，包括中值滤波子设备、灰度化处理子设备、图像分割子设备和异物匹配子设备；所述中值滤波子设备与所述航拍摄像设备连接，用于对所述电力线图像进行中值滤波，以获得滤波图像；所述灰度化处理子设备与所述中值滤波子设备连接，基于滤波图像中每一个像素的RGB三颜色分量值计算每一个像素的灰度值，以获得灰度图像；所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备和所述存储设备分别连接，对于灰度图像，选取0-255每一灰度值作为分割灰度值对灰度图像进行目标和背景的图像分割，将图像分割后目标和背景的灰度值方差最大的分割灰度值作为灰度分割阈值，使用灰度分割阈值对灰度图像进行目标和背景的图像分割，即具有小于等于所述灰度分割阈值的灰度值的像素被确定为目标像素，具有大于所述灰度分割阈值的灰度值的像素被确定为背景像素，将所有目标像素组成目标子图像并输出；所述异物匹配子设备与所述图像分割子设备和所述存储设备分别连接，在目标子图像中识别出与各种异物的基准图像模板中某一种异物的基准图像模板匹配的异物图案，输出所述异物图像匹配的异物类型以及所述异物图案在所述灰度图像中的相对位置；所述嵌入式处理器与所述异物匹配子设备和所述存储设备分别连接，基于所述异物图像匹配的异物类型在所述异物类型报警对照表中查找对应的报警等级，当查找到的报警等级大于等于所述报警等级阈值时，发出异物报警信号；所述嵌入式处理器还与所述伽利略定位设备、无线电高度传感器、气压高度传感器和无线通讯接口分别连接，在所述实时气压高度和所述实时无线电高度之差大于所述高度差阈值时，发出高度测量有误信号，当所述实时气压高度和所述实时无线电高度之差小于等于所述高度差阈值时，基于所述实时气压高度、所述实时无线电高度、所述无线电高度权重和所述气压高度权重计算实时高度，并根据所述实时定位数据、所述实时高度和所述异物图案在所述灰度图像中的相对位置确定异物位置信息，所述异物位置信息包括异物长度、异物宽度以及异物的伽利略定位数据。

更具体地，在所述电力线上异物类型识别系统中，将中值滤波子设备、灰度化处理子设备、图像分割子设备和异物匹配子设备集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述电力线上异物类型识别系统中，所述灰度化处理子设备基于滤波图像中每一个像素的RGB三颜色分量值计算每一个像素的灰度值具体为：H＝0.299R+0.587G+0.114B；其中，H为每一个像素的灰度值，R，G和B分别为每一个像素的RGB三颜色分量值。

更具体地，在所述电力线上异物类型识别系统中，存储设备预先存储的所述异物类型报警对照表中的各种异物类型包括塑料袋、气球、风筝和树枝。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的电力线上异物类型识别系统的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的电力线上异物类型识别系统的实施方案进行详细说明。

现有技术中，对输电电网的电力线异物的排查主要采用人工巡线方式进行，然而，随着高电压、大功率、长距离输电线路的发展，输电网络穿越的地理环境日趋复杂，依靠人工巡线排查电力线异物变得越来越艰难。

为了降低工作强度，提高工作效率，人们开始将目光转向电子的异物识别方式，即使用高清摄像机拍摄电力线图像，以计算机智能处理的方式对电力线图像中的异物进行识别，但是，由于电力线分布的特殊性，需要一种能够灵活、快速移动的平台运载检测系统，目前，缺少这样的检测系统，而且，计算机智能处理的方式过于依靠计算机这一较大型设备，计算机智能处理的方式也没有实现对异物的准确定位。

本发明搭建了一种电力线上异物类型识别系统，以无人机为检测平台，能够根据电力管理部门的地面电力线管理平台所发送的控制指令，飞往目标电力线，以超高清图像采集和处理的方式，准确解析出异物类型，并在辅助设备的帮助下，实现对异物位置的高精度搜索。

图1为根据本发明实施方案示出的电力线上异物类型识别系统的结构方框图，所述识别系统设置在无人机上，包括航拍摄像设备1、异物类型识别设备2、存储设备3、伽利略定位设备4、无线电高度传感器5、气压高度传感器6、无线通讯接口7、供电设备8和嵌入式处理设备9，嵌入式处理设备9与航拍摄像设备1、异物类型识别设备2、存储设备3、伽利略定位设备4、无线电高度传感器5、气压高度传感器6、无线通讯接口7和供电设备8分别连接。

其中，所述航拍摄像设备1用于对电力线进行图像采集，以获得电力线图像，所述异物类型识别设备2用于对所述电力线图像进行图像处理，以识别出所述电力线图像中的异物的类型，所述嵌入式处理器3用于根据所述识别出的异物类型确定是否向地面电力线管理平台发出异物报警信号。

接着，继续对本发明的电力线上异物类型识别系统的具体结构进行进一步的说明。

存储设备3，用于预先存储各种异物的基准图像模板以及预先存储异物类型报警对照表，每一种异物的基准图像模板为预先对每一种基准异物进行拍摄而获得的图像，所述异物类型报警对照表以异物类型为索引，保存了每一种异物类型的报警等级，报警等级越高，对应类型的异物对电力线的危害越大，所述存储设备3还用于预先存储报警等级阈值、高度差阈值、无线电高度权重和气压高度权重。

伽利略定位设备4，连接伽利略导航卫星，用于接收无人机所在位置的实时定位数据。

无线电高度传感器5，包括无线电发射机、无线电接收机和微控制器，所述微控制器与所述无线电发射机和所述无线电接收机分别连接，所述无线电发射机向地面发射无线电波，所述无线电接收机接收地面反射的无线电波，所述微控制器根据所述无线电发射机的发射时间、所述无线电接收机的接收时间和无线电波传播速度计算无人机的实时无线电高度，所述无线电波传播速度为光速。

气压高度传感器6，用于根据无人机附近的气压变化，检测无人机所在位置的实时气压高度。

无线通讯接口7，与远端的地面电力线管理平台建立双向的无线通信链路，用于接收所述地面电力线管理平台发送的控制指令，还用于将所述嵌入式处理器9发送的异物位置信息、异物报警信号和高度测量有误信号转发给所述地面电力线管理平台。

所述航拍摄像设备1为线阵数码航空摄影机，包括减震底架、前盖玻璃、镜头、滤镜和成像电子单元，用于对电力线进行图像采集，以获得电力线图像，所述电力线图像的分辨率为3840×2160。

所述异物类型识别设备2与所述航拍摄像设备1和所述存储设备3分别连接，包括中值滤波子设备、灰度化处理子设备、图像分割子设备和异物匹配子设备。

所述中值滤波子设备与所述航拍摄像设备1连接，用于对所述电力线图像进行中值滤波，以获得滤波图像；所述灰度化处理子设备与所述中值滤波子设备连接，基于滤波图像中每一个像素的RGB三颜色分量值计算每一个像素的灰度值，以获得灰度图像。

所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备和所述存储设备3分别连接，对于灰度图像，选取0-255每一灰度值作为分割灰度值对灰度图像进行目标和背景的图像分割，将图像分割后目标和背景的灰度值方差最大的分割灰度值作为灰度分割阈值，使用灰度分割阈值对灰度图像进行目标和背景的图像分割，即具有小于等于所述灰度分割阈值的灰度值的像素被确定为目标像素，具有大于所述灰度分割阈值的灰度值的像素被确定为背景像素，将所有目标像素组成目标子图像并输出。

所述异物匹配子设备与所述图像分割子设备和所述存储设备3分别连接，在目标子图像中识别出与各种异物的基准图像模板中某一种异物的基准图像模板匹配的异物图案，输出所述异物图像匹配的异物类型以及所述异物图案在所述灰度图像中的相对位置。

所述嵌入式处理器9与所述异物匹配子设备和所述存储设备3分别连接，基于所述异物图像匹配的异物类型在所述异物类型报警对照表中查找对应的报警等级，当查找到的报警等级大于等于所述报警等级阈值时，发出异物报警信号。

所述嵌入式处理器9还与所述伽利略定位设备4、无线电高度传感器5、气压高度传感器6和无线通讯接口7分别连接，在所述实时气压高度和所述实时无线电高度之差大于所述高度差阈值时，发出高度测量有误信号，当所述实时气压高度和所述实时无线电高度之差小于等于所述高度差阈值时，基于所述实时气压高度、所述实时无线电高度、所述无线电高度权重和所述气压高度权重计算实时高度，并根据所述实时定位数据、所述实时高度和所述异物图案在所述灰度图像中的相对位置确定异物位置信息，所述异物位置信息包括异物长度、异物宽度以及异物的伽利略定位数据。

其中，在所述电力线上异物类型识别系统中，可以将中值滤波子设备、灰度化处理子设备、图像分割子设备和异物匹配子设备集成在一块集成电路板上；可选地，所述灰度化处理子设备基于滤波图像中每一个像素的RGB三颜色分量值计算每一个像素的灰度值具体为：H＝0.299R+0.587G+0.114B；其中，H为每一个像素的灰度值，R，G和B分别为每一个像素的RGB三颜色分量值，以及可选的，存储设备3预先存储的所述异物类型报警对照表中的各种异物类型包括塑料袋、气球、风筝和树枝。

另外，无人机(unmanned aerial vehicle或drone)，是无人驾驶飞机的简称，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。20世纪20年代最早出现，当时是作为训练用的靶机使用的。是一个许多国家用于描述最新一代无人驾驶飞机的术语。从字面上讲，这个术语可以描述从风筝，无线电遥控飞机，到V-1飞弹从发展来的巡航导弹，但是在军方的术语中仅限于可重复使用的比空气重的飞行器。

无人机用途广泛，成本低，效费比好；无人员伤亡风险；生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。侦察机用于完成战场侦察和监视、定位校射、毁伤评估、电子战等；也可民用，如边境巡逻、核辐射探测、航空摄影、航空探矿、灾情监视、交通巡逻、治安监控等。靶机可作为火炮、导弹的靶标。

采用本发明的电力线上异物类型识别系统，针对现有技术中人工巡检输电电网电力线工作效率低下且人工成本极高的技术问题，借助灵活、宽范围的无人机为电力线检测平台，将有针对性的图像采集技术、图像处理技术相结合，确定电力线的类型，基于电力线的类型的危害性确定是否进行异物报警，同时基于伽利略定位技术、无线电高度检测技术和气压检测技术及时确定异物位置，以及借助无线通信技术与地面电力线管理平台实现信息的交互，整个系统完全电子化，检测效率获得较大的提高。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种电力线上异物类型识别系统，设置在无人机上，所述识别系统包括航拍摄像设备、异物类型识别设备和嵌入式处理器，所述航拍摄像设备用于对电力线进行图像采集，以获得电力线图像，所述异物类型识别设备与所述航拍摄像设备连接，用于对所述电力线图像进行图像处理，以识别出所述电力线图像中的异物的类型，所述嵌入式处理器与所述异物类型识别设备连接，用于根据所述识别出的异物类型确定是否向地面电力线管理平台发出异物报警信号。

2.如权利要求1所述的电力线上异物类型识别系统，其特征在于，所述识别系统还包括：

存储设备，用于预先存储各种异物的基准图像模板以及预先存储异物类型报警对照表，每一种异物的基准图像模板为预先对每一种基准异物进行拍摄而获得的图像，所述异物类型报警对照表以异物类型为索引，保存了每一种异物类型的报警等级，报警等级越高，对应类型的异物对电力线的危害越大，所述存储设备还用于预先存储报警等级阈值、高度差阈值、无线电高度权重和气压高度权重；

伽利略定位设备，连接伽利略导航卫星，用于接收无人机所在位置的实时定位数据；

无线电高度传感器，包括无线电发射机、无线电接收机和微控制器，所述微控制器与所述无线电发射机和所述无线电接收机分别连接，所述无线电发射机向地面发射无线电波，所述无线电接收机接收地面反射的无线电波，所述微控制器根据所述无线电发射机的发射时间、所述无线电接收机的接收时间和无线电波传播速度计算无人机的实时无线电高度，所述无线电波传播速度为光速；

气压高度传感器，用于根据无人机附近的气压变化，检测无人机所在位置的实时气压高度；

无线通讯接口，与远端的地面电力线管理平台建立双向的无线通信链路，用于接收所述地面电力线管理平台发送的控制指令，还用于将所述嵌入式处理器发送的异物位置信息、异物报警信号和高度测量有误信号转发给所述地面电力线管理平台；

所述航拍摄像设备为线阵数码航空摄影机，包括减震底架、前盖玻璃、镜头、滤镜和成像电子单元，用于对电力线进行图像采集，以获得电力线图像，所述电力线图像的分辨率为3840×2160；

所述异物类型识别设备与所述航拍摄像设备和所述存储设备分别连接，包括中值滤波子设备、灰度化处理子设备、图像分割子设备和异物匹配子设备；所述中值滤波子设备与所述航拍摄像设备连接，用于对所述电力线图像进行中值滤波，以获得滤波图像；所述灰度化处理子设备与所述中值滤波子设备连接，基于滤波图像中每一个像素的RGB三颜色分量值计算每一个像素的灰度值，以获得灰度图像；所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备和所述存储设备分别连接，对于灰度图像，选取0-255每一灰度值作为分割灰度值对灰度图像进行目标和背景的图像分割，将图像分割后目标和背景的灰度值方差最大的分割灰度值作为灰度分割阈值，使用灰度分割阈值对灰度图像进行目标和背景的图像分割，即具有小于等于所述灰度分割阈值的灰度值的像素被确定为目标像素，具有大于所述灰度分割阈值的灰度值的像素被确定为背景像素，将所有目标像素组成目标子图像并输出；所述异物匹配子设备与所述图像分割子设备和所述存储设备分别连接，在目标子图像中识别出与各种异物的基准图像模板中某一种异物的基准图像模板匹配的异物图案，输出所述异物图像匹配的异物类型以及所述异物图案在所述灰度图像中的相对位置；

所述嵌入式处理器与所述异物匹配子设备和所述存储设备分别连接，基于所述异物图像匹配的异物类型在所述异物类型报警对照表中查找对应的报警等级，当查找到的报警等级大于等于所述报警等级阈值时，发出异物报警信号；所述嵌入式处理器还与所述伽利略定位设备、无线电高度传感器、气压高度传感器和无线通讯接口分别连接，在所述实时气压高度和所述实时无线电高度之差大于所述高度差阈值时，发出高度测量有误信号，当所述实时气压高度和所述实时无线电高度之差小于等于所述高度差阈值时，基于所述实时气压高度、所述实时无线电高度、所述无线电高度权重和所述气压高度权重计算实时高度，并根据所述实时定位数据、所述实时高度和所述异物图案在所述灰度图像中的相对位置确定异物位置信息，所述异物位置信息包括异物长度、异物宽度以及异物的伽利略定位数据。

3.如权利要求2所述的电力线上异物类型识别系统，其特征在于：

将中值滤波子设备、灰度化处理子设备、图像分割子设备和异物匹配子设备集成在一块集成电路板上。

4.如权利要求2所述的电力线上异物类型识别系统，其特征在于：

所述灰度化处理子设备基于滤波图像中每一个像素的RGB三颜色分量值计算每一个像素的灰度值具体为：

H＝0.299R+0.587G+0.114B；

其中，H为每一个像素的灰度值，R，G和B分别为每一个像素的RGB三颜色分量值。

5.如权利要求2所述的电力线上异物类型识别系统，其特征在于：

存储设备预先存储的所述异物类型报警对照表中的各种异物类型包括塑料袋、气球、风筝和树枝。