CN105047450B - 一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统及方法，包括视频传感器、视频采集单元、储存器、触头图像处理单元、运算处理单元、触头状态及联锁继电器、视频信号输出单元和触头状态输出单元。本发明通过安装在高压开关壳体上的视频传感器采集触头图像，然后对触头图像进行图像识别获取触头位置状态，最后根据触头状态获取开关位置并提供开关联锁节点。通过本发明，可提供直接可靠的高压开关设备开关位置指示和联锁节点，有效的避免了因为机械故障引起的开关指示位置状态与实际不相符的情况。

Description

一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统及方法

【技术领域】

本发明属于智能电网高压电器智能在线监测设备技术领域，具体涉及一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统及方法。

【背景技术】

高压开关是电力系统中的重要组成设备之一，它是保护电力系统运行安全和控制电力系统电路的重要设备，因此高压开关的运行状态关系到整个电力系统的安全。

高压开关设备结构复杂，长期运行过程中由于不可预见的机械故障，常造成开关触头的分合指示状态与触头实际的分合状态不相符的情况，或者是分合不到位的情况，导致了高压联锁机制失效，如果在这种状态下操作高压开关，就会产生高压开关操作事故。

为了能够直接监测开关的分合状态，并把该状态引入高压开关联锁回路中，避免高压开关运行事故的出现，本发明提出了基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统及方法。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统及方法，有效地解决高压开关分合状态的监测问题，有效防止因为高压开关机械故障导致分合状态指示与实际不相符，出现开关联锁失效的问题。

本发明实现隔离开关、接地开关和快速接地开关的开关状态监测，并提供开关联锁节点供开关控制回路使用。本发明还可提供视频信号输出和触头状态输出数字接口，实现对高压开关触头状态的远程监测。

本发明的技术方案是：

一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统，包括视频传感器、视频采集单元、储存器、触头图像处理单元、运算处理单元、触头状态及联锁继电器、视频信号输出单元和触头状态输出单元；所述视频传感器用于采集高压开关触头的图像信息，所述视频传感器的输出端与视频采集单元的输入端连接，视频采集单元对图像信息进行数字化处理后存储在存储器中，触头图像处理单元获取存储器中的触头图像，并对图像进行识别，获得触头的分合状态并数字化；运算处理单元根据触头图像的分合状态，控制触头状态联锁继电器切换节点，并控制触头状态输出和视频信号输出。

所述视频传感器安装在高压开关触头断口上方的观察窗上，具有独立光源以实现对触头图像的采集。

所述视频信号输出和触头状态输出接口采用基于TCP/IP的以太网实现对触头图像信息的实时输出和触头分合状态的实时输出，实现高压开关触头状态的实时在线监测。

一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁方法，利用视频传感器采集高压开关触头的图像信息，该图像信息被数字化后，利用触头图像处理单元对数字化后的图像信息进行识别，以获得触头的分合闸状态，最后根据触头的分合闸状态，控制触头状态联锁继电器切换节点。

所述触头图像处理单元通过触头上的标记识别触头是否分合闸到位，通过识别断口的距离识别触头是否分闸到位。

触头图像处理单元对数字化后的图像信息进行识别的具体方法包括以下步骤：

(1)获取动触头轮廓图；

(2)获取实时采集的触头图像，对该图像进行处理，获取动触头二值化后的图像，然后对该图像进行合闸标示线识别；

(3)如果识别出标示线，则控制联锁继电器节点到合闸指示位置；反之，提取动触头的轮廓图，将动触头的轮廓图与完整动触头轮廓图长度进行除法运算，如果结果等于0则分闸到位，输出分闸到位结果，控制联锁继电器节点到分闸指示位置；如果计算结果等于大于0小于1，则触头处于中间状态，输出实际计算结果，控制联锁继电器节点到故障指示位置；如果计算结果等于1，则动触头已经接触到了触头座位，但是没有合闸到位，控制联锁继电器节点到故障指示位置。

步骤(1)中获取标准合图像和标准分图像的动触头轮廓图的具体方法为：首先获取合闸到位的标准合图像和分闸到位的标准分图像，然后对图像进行灰度处理，把图像转换为灰度图像；使用合闸灰度图像与分闸灰度图像进行求差处理，获得只有动触头的灰度图像；获得动触头灰度图像后，对灰度图像进行二值化处理，并进行滤波，获得触头二值化后的图像；对触头二值化图像进行轮廓识别获取动触头轮廓图。

步骤(2)中获取实时采集的触头图像，对该图像进行处理，获取动触头二值化后的图像的具体方法为：获取实时触头图像，对图像进行灰度处理和图像增强；灰度化的图像与标准分图像的灰度图像进行求差处理，获得动触头图像；获得触头灰度图像后，对灰度图像进行二值化处理，并进行滤波，获得触头二值化后的图像。

与现有技术相比，本发明至少具有具有以下有益效果：本发明通过对触头位置进行视频采集，并使用图像处理的方法实现了对开关触头分合状态的自动识别，并把识别结果通过继电器反馈在开关操作回路中实现开关联锁，有效的避免了高压开关违反联锁关系操作，从而防止了高压开关事故的发生。

【附图说明】

图1示出了本发明系统的原理图。

图2示出了本发明触头图像识别过程。

图3示出了本发明触头标识线。

图4示出了本发明图像处理原理图。

图5示出了本发明系统逻辑关系图。

图6示出了本发明系统工作流程图。

【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。

一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统，包括视频传感器、视频采集单元、储存器、触头图像处理单元、运算处理单元、触头状态及联锁继电器、视频信号输出单元和触头状态输出单元。通过视频传感器采集高压开关触头图像信息，传感器与视频采集单元采用电缆相连接，视频采集单元对图像信息进行数字化后存储在存储器中；触头图像处理单元获取存储器中的触头图像，并对图像进行自动识别，获得触头的分合状态并数字化；运算处理单元根据触头图像的分合状态，控制触头状态联锁继电器切换节点，并控制触头状态输出和视频信号输出；

所述视频传感器安装在高压开关触头断口上方的观察窗上，具有独立光源可实现对触头图像的采集。所述的视频采集单元负责对视频信号进行采集和编码，并把图像信息存储在存储器中。所述的触头图像处理单元为触头图像分合状态的自动分析单元，它通过触头上的标记识别触头是否分合闸到位，通过识别断口的距离识别触头是否分闸到位。所述的触头状态及联锁继电器由运算处理单元控制节点切换，运算处理单元根据图像处理单元的分析结果，对触头状态及联锁节继电器进行控制；如果是分闸状态，则分闸节点闭合，如果是合闸状态，则合闸节点闭合；通过继电器节点为高压开关控制回路提供开关联锁节点。视频信号输出和触头状态输出接口采用基于TCP/IP的以太网实现对触头图像信息的实时输出和触头分合状态的实时输出，使用这两个接口可实现高压开关触头状态的实时在线监测。

如图1所示，本发明提供了基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统，包括视频传感器、视频采集单元、储存器、触头图像处理单元、运算处理单元、触头状态及联锁继电器、视频信号输出单元和触头状态输出单元。视频传感器安装在高压开关一次本体上，获取开关触头的实时图像；视频传感器与视频采集单元相连接，视频采集单元采集触头的图像并经过运算处理器进行编码和压缩存储在存储器中；触头图像处理单元根据存储器中的触头图像和预先获得的标准触头分合图像对当前触头图像进行性识别，识别结果存储在存储器中；运算处理器监测存储器中的触头识别结果，如果得到的结果是合闸，就发送控制命令，控制触头状态机连锁继电器切换到合闸位置，同时运算处理单元把识别结果和图像通过视频信号输出接口和触头状态输出接口发送至监测后台；运算处理器监测存储器中的触头识别结果，如果得到的结果是分闸，就发送控制命令，控制触头状态机连锁继电器切换到分闸位置，同时运算处理单元把识别结果和图像通过视频信号输出接口和触头状态输出接口发送至监测后台；高压开关控制回路可以根据开关联锁关系把触头状态联锁继电器的节点接入控制电气回路，实现对高压开关控制联锁，防止操作事故发生。

本实例中，触头图像处理单元是图像分析处理的软件处理模块，如图2所示，它根据当前触头图像和预先获得的标准合图像及标准分图像通过图像自动识别的方法获得触头分合状态。

如图3所示，为高压开关触头合位标识线图。在触头合到位后，两条黑色的触头合到位标识线就会露出动触头屏蔽罩，通过识别这两条合位识别线，就可以确定触头是否合到位。

图4示了触头图像处理原理图，该流程图详细得说明了触头图像的处理过程。首先，在图像识别之前，需要预先获取合闸到位的标准合图像和分闸到位的标准分图像，然后对图像进行灰度处理，把图像转换为灰度图像；使用合闸灰度图像与分闸灰度图像进行求差处理，获得只有动触头的灰度图像；获得触头灰度图像后，对灰度图像进行二值化处理，并进行滤波，获得触头二值化后的图像；对触头二值化图像进行轮廓识别获取动触头轮廓图。然后，获取实时触头图像，并对图像进行灰度处理和图像增强；灰度化的图像与标准分图像的灰度图像进行求差处理，获得动触头图像；获得触头灰度图像后，对灰度图像进行二值化处理，并进行滤波，获得触头二值化后的图像。获得触头二值化图像后，首先进行合闸标识线识别，如果识别出标识线则如图2所示输出合闸到位结果1，并控制联锁继电器节点到合闸指示位置；反之，如果没有识别出标识线则对触头图像进行轮廓提取，获得当前触头的轮廓图，并使用当前的轮廓图长度与完整触头轮廓图长度进行除法运算，如果计算结果等于0则分闸到位，输出分闸到位结果，并控制联锁继电器节点到分闸指示位置；如果计算结果等于大于0小于1，则触头处于中间状态，则输出实际计算结果，并控制联锁继电器节点到故障指示位置；如果计算结果等于1则动触头已经接触到了触头座位，但是没有合闸到位，则输出结果0.99，并控制联锁继电器节点到故障指示位置，详细的逻辑关系如图5所示。

图6示出了基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁系统的系统工作流程图，该图描述了系统工作的主要过程。其中，图像尺寸调整是为了方便程序处理，统一把图像尺寸调整到一样的尺寸。灰度处理是把彩色RBG图像换算为灰度值表示的灰度图像，灰度图像数值单一，有利于图像轮廓的处理；求差处理是把灰度化后的触头图像与标准分闸图像进行求差，从而获得只有动触头的灰度图像，为进一步图像处理做准备；合闸到位主要识别触头上的标识线，如果正确识别标识线则输出合闸到位数据，如果没有识别到触头标识线，则需要对触头进行触头长度识别；图像识别过程中，需要预先加载标准分图像和标准合图像，这两个图像为进一步图像处理的依据。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过对隔离开关、接地开关和快速接地开关的触头位置进行视频采集，并使用图像处理的方法实现了对开关触头分合状态的自动识别，并把识别结果通过继电器反馈在开关操作回路中实现开关联锁，有效的避免了高压开关违反联锁关系操作，从而防止了高压开关事故的发生。

Claims (4)

1.一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁方法，其特征在于，利用视频传感器采集高压开关触头的图像信息，该图像信息被数字化后，利用触头图像处理单元对数字化后的图像信息进行识别，以获得触头的分合闸状态，最后根据触头的分合闸状态，控制触头状态联锁继电器切换节点；

其中，触头图像处理单元对数字化后的图像信息进行识别的具体方法包括以下步骤：

(1)获取动触头轮廓图；

(2)获取实时采集的触头图像，对该图像进行处理，获取动触头二值化后的图像，然后对该图像进行合闸标示线识别；

(3)如果识别出标示线，则控制联锁继电器节点到合闸指示位置；反之，提取动触头的轮廓图，将动触头的轮廓图与完整动触头轮廓图长度进行除法运算，如果结果等于0则分闸到位，输出分闸到位结果，控制联锁继电器节点到分闸指示位置；如果计算结果等于大于0小于1，则触头处于中间状态，输出实际计算结果，控制联锁继电器节点到故障指示位置；如果计算结果等于1，则动触头已经接触到了触头座位，但是没有合闸到位，控制联锁继电器节点到故障指示位置。

2.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁方法，其特征在于，所述触头图像处理单元通过触头上的标记识别触头是否分合闸到位，通过识别断口的距离识别触头是否分闸到位。

3.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁方法，其特征在于：步骤(1)中获取标准合图像和标准分图像的动触头轮廓图的具体方法为：首先获取合闸到位的标准合图像和分闸到位的标准分图像，然后对图像进行灰度处理，把图像转换为灰度图像；使用合闸灰度图像与分闸灰度图像进行求差处理，获得只有动触头的灰度图像；获得动触头灰度图像后，对灰度图像进行二值化处理，并进行滤波，获得触头二值化后的图像；对触头二值化图像进行轮廓识别获取动触头轮廓图。

4.如权利要求1所述的一种基于图像识别技术的高压开关位置指示联锁方法，其特征在于：步骤(2)中获取实时采集的触头图像，对该图像进行处理，获取动触头二值化后的图像的具体方法为：获取实时触头图像，对图像进行灰度处理和图像增强；灰度化的图像与标准分图像的灰度图像进行求差处理，获得动触头图像；获得触头灰度图像后，对灰度图像进行二值化处理，并进行滤波，获得触头二值化后的图像。