CN105180832B - 一种电缆弯曲度测量方法 - Google Patents

Abstract

一种电缆弯道弯曲度测量方法，包括如下步骤：S1:采集电缆弯道上任意距离相近的三点到观测点之间的距离，根据所述三个距离信息，利用三点法计算出电缆弯道的初始弯曲度ρ′；S2：采集电缆弯道图像信息，根据所述图像信息得到电缆弯道的补偿弯曲度ρ″；S3：根据初始弯曲度ρ′及补偿弯曲度ρ″，得到精确的弯曲度ρ；本发明从电缆弯道图像中提取电缆弯道信息，根据该信息对通过激光测距方法求得的电缆弯曲度进行补偿，所有计算均在数字处理器内进行，具有精确度高、即时性强、处理速度快、能够在复杂的地形下实现较远距离的测量的优点。

Description

一种电缆弯曲度测量方法

技术领域

本发明涉及一种电缆弯曲度测量方法。

背景技术

当前，输电电缆工程普遍采用交联聚乙烯绝缘电缆，电缆安装敷设时，在弯曲段各曲线处会产生不同方向拉伸力，产生导致电缆损坏的压力。电缆的弯曲半径越小，对电缆芯产生的压缩拉伸越厉害，对电缆芯的绝缘损害越大。特别是高压电缆，可能会造成不可逆的损害。电缆设计规程对弯曲半径有明确规定，如110KV电缆敷设时弯曲半径要求20D(D为电缆本体直径),运行时要求弯曲半径为15D。

输电电缆敷设施工过程中及工程验收时，需对输电电缆的弯曲度进行测量，以确保电缆的安全及可靠性。为了得到电缆的弯曲度，一种传统的方法是人工用测量尺来测量，但一些施工范围地形复杂，管线繁多，可用人工手持测量尺进行测量的场合有限；另一种方法是由激光测距仪测量电缆弯道曲面上的点，将得到的长度和角度数据进行运算，进而得到弯曲度值，该方法易于实现，应用较为广泛，但很多因素会对这种方法的精度产生影响，如传感器的初始调零误差、传感器的随机误差、传感器数据的读取的准确性；还有一种方法是运用图像处理方法，但是图像处理方法一方面对硬件要求高，另一方面算法复杂且一般都在PC机上实现，即时性低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种可在复杂地形下实现较远距离测量、准确性高、即时性强的电缆弯曲度测量方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种电缆弯道弯曲度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1:采集电缆弯道上任意距离相近的三点到观测点之间的距离，根据所述三个距离信息，利用三点法计算出电缆弯道的初始弯曲度ρ′；

S2：采集电缆弯道图像信息，根据所述图像信息得到电缆弯道的补偿弯曲度ρ″；

S3：根据初始弯曲度ρ′及补偿弯曲度ρ″，得到精确的弯曲度ρ。

进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：

S21：采集电缆弯道图像；

S22：对电缆弯道图像进行分割；

S23：对分割后的电缆弯道图像进行中值滤波；

S24：对进行中值滤波后的图像进行图像锐化及利用Roberts算法进行边沿处理；

S25：对经步骤S24处理后的图像利用道格拉斯-普客法进行抽稀处理；

S26：对抽稀后的图像进行数据拟合，求得电缆弯道曲线方程f(x)：

f(x)＝ε₀+ε₁x+ε₂x²+ε₃x³+…，其中，ε₀、ε₁、ε₂…为曲线拟合常数，x为经过抽稀处理后的图像上的点的位置变量；

S27：根据电缆弯道的曲线方程求出补偿弯曲度ρ″：

ρ″＝(1+f′(x)^{^2})^{^3/2}/f″(x)

进一步的，步骤S3具体为：

首先根据初始弯曲度ρ′及补偿弯曲度ρ″计算出电缆弯道的实际弯曲度ρ：

ρ＝αρ′+βρ″

其中，α、β为加权系数，α+β＝1；

其次将所述实际弯曲度ρ分别反馈至步骤S1及步骤S26，再次计算ρ′、ρ″，并调整加权系数α、β，以得到更精确的实际弯曲度ρ。

本发明具有如下有益效果：

本发明从电缆弯道图像中提取电缆弯道信息，根据该信息对通过激光测距方法求得的电缆弯曲度进行补偿，所有计算均在数字处理器内进行，具有精确度高、即时性强、处理速度快、能够在复杂的地形下实现较远距离的测量的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1为电缆弯曲度测量装置。

图2为本发明流程图。

图3为观测点正对电缆弯道凹槽的三点法示意图。

图4为观测点在电缆弯道凹槽另一面的三点法示意图。

图5为三个激光测距仪的安装结构示意图。

具体实施方式

如图1所示电缆弯曲度测量装置，包括电源模块、距离探测模块、图像获取模块、数字处理器以及显示模块，所述电源模块分别与距离探测模块、图像获取模块、数字处理器、显示模块连接，所述数字处理器输入端还与距离探测模块及图像获取模块连接，所述数字处理器输出端与显示模块连接，其中，所述距离探测模块包括三个激光测距仪，用于测量电缆弯道上的点到观测点的距离，每个激光测距仪可测得电缆弯道上任意一点与观测点的距离，并将距离信息送入数字处理器，所述图像获取模块为摄像头，用于采集电缆弯道的图像并将图像信息送入数字处理器，所述数字处理器根据距离信息和图像信息进行处理，得到电缆的弯曲度，所述显示模块为液晶显示屏，用于实时显示数字处理器处理的结果。

如图2所示为电缆弯曲度测量方法的流程图，电缆弯曲度按照以下步骤进行测量：

S1:采集电缆弯道上任意距离相近的三点到观测点之间的距离，根据所述三个距离信息，利用三点法计算出电缆弯道的初始弯曲度ρ′；

S2：采集电缆弯道图像信息，根据所述图像信息得到电缆弯道的补偿弯曲度ρ″；

S3：根据初始弯曲度ρ′及补偿弯曲度ρ″，得到精确的弯曲度ρ。

步骤S1具体包括如下内容：

首先，采用三台激光测距仪分别测量电缆弯道上任意距离相近的三点到观测点的距离为L1、L2、L3，其中一点为待测点，另外两点为参考点，并将距离信息送入数字处理器；

其次，数字处理器根据距离信息L1、L2、L3，计算出经过待测点及两参考点的圆的半径，所述初始弯曲度ρ′即为所述半径的倒数。

在本实施例中，计算ρ′的详细实施步骤为：

如图3所示，以观测点为坐标原点O(0,0)建立坐标系，设待测点B坐标为(Xb,Yb),参考点A、C分别位于待测点B两侧，坐标分别为A(Xa,Ya)、C(Xc,Yc)，L1即为线段OA的距离，L2为线段OB的距离，L3为线段OC的距离，过A、B、C三点构建一个圆，设该圆的圆心为D(m,n)，半径为r，根据L1、L2、L3计算出步骤S13所述圆的半径r，待测点B点的初始弯曲度ρ′即为该圆的半径r的倒数，即

其中，半径r的具体计算方法为：

根据条件建立以下方程：

X_a ²+Y_a ²＝L₁ ² (1)

X_b ²+Y_b ²＝L₂ ² (2)

X_c ²+Y_c ²＝L₃ ² (3)

|AB|²＝L₁ ²+L₂ ²-2L₁L₂cosθ₁＝(X_a-X_b)²+(Y_a-Y_b)² (4)

|BC|²＝L₂ ²+L₃ ²-2L₂L₃cosθ₂＝(X_b-X_c)²+(Y_b-Y_c)² (5)

|AC|²＝L₁ ²+L₃ ²-2L₁L₃cos(θ₁+θ₂)＝(X_a-X_c)²+(Y_a-Y_c)² (6)

(X_a-m)²+(Y_a-n)²＝r² (7)

(X_b-m)²+(Y_b-n)²＝r² (8)

(X_c-m)²+(Y_c-n)²＝r² (9)

联立方程(1)^～(9)可求得圆半径r；

在方程(4)～(6)中，θ₁、θ₂为三个激光测距仪之间的角度，三个激光测距仪的安装结构如图5所示。

若考虑电缆本体直径D，则初始曲率ρ′还受D的影响，如图3所示，当观察点O在电缆弯道凹槽内侧且测量电缆弯道内侧的初始弯曲度时，初始弯曲度当观察点O在电缆弯道凹槽内侧且测量电缆弯道外侧的初始弯曲度时，初始弯曲度如图4所示，当观察点O在电缆弯道凹槽外侧且测量管道外侧的初始弯曲度时，初始弯曲度当观察点O在电缆弯道凹槽外侧且测量管道内侧的初始弯曲度时，初始弯曲度

在用三点法测量时，若要使测量结果更加精确，需要保证激光测距仪与电缆弯道在同一水平面上，若两者不在同一水平面，会导致测得的电缆弯曲度变小，因此需要通过对电缆弯道图像信息进行分析，从而对三点法测得的初始曲率进行补偿。

步骤S2包括以下步骤：

S21：采集电缆弯道图像；

S22：对电缆弯道图像进行分割；

S23：对分割后的电缆弯道图像进行中值滤波；

S24：对进行中值滤波后的图像进行图像锐化及利用Roberts算法进行边沿处理；

S25：对经步骤S24处理后的图像利用道格拉斯-普客法进行抽稀处理；

S26：对抽稀后的图像进行数据拟合，求得电缆弯道曲线方程f(x)：

f(x)＝ε₀+ε₁x+ε₂x²+ε₃x³+…，

其中，ε₀、ε₁、ε₂…为曲线拟合常数，x为抽稀处理后的图像上的点的位置变量；

S27：数字处理器根据电缆弯道的曲线方程求出补偿弯曲度ρ″：

ρ″＝(1+f′(x)^{^2})^{^3/2}/f″(x)

计算出初始曲率ρ′和补偿曲率ρ″后，进入步骤S3，其中，步骤S3具体为：

首先将数字处理器根据初始弯曲度ρ′及补偿弯曲度ρ″计算出电缆弯道的实际弯曲度ρ：

ρ＝αρ′+βρ″

其中，α、β为加权系数，α+β＝1；

其次将所述实际弯曲度ρ分别反馈至步骤S1及步骤S26，再次计算ρ′、ρ″，并调整加权系数α、β，以得到更精确的实际弯曲度ρ。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (1)

1.一种电缆弯道弯曲度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1:采集电缆弯道上任意距离相近的三点到观测点之间的距离，根据所述三个距离信息，利用三点法计算出电缆弯道的初始弯曲度ρ′，当观察点在电缆弯道凹槽内侧且测量电缆弯道内侧的初始弯曲度时，初始弯曲度当观察点O在电缆弯道凹槽内侧且测量电缆弯道外侧的初始弯曲度时，初始弯曲度当观察点O在电缆弯道凹槽外侧且测量管道外侧的初始弯曲度时，初始弯曲度当观察点O在电缆弯道凹槽外侧且测量管道内侧的初始弯曲度时，初始弯曲度其中，r为经过所述距离相近的三点的圆的半径，D为电缆直径；

S2：采集电缆弯道图像信息，根据所述图像信息得到电缆弯道的补偿弯曲度ρ″；

S3：根据初始弯曲度ρ′及补偿弯曲度ρ″，得到精确的弯曲度ρ；

所述步骤S2包括以下步骤：

S21：采集电缆弯道图像；

S22：对电缆弯道图像进行分割；

S23：对分割后的电缆弯道图像进行中值滤波；

S24：对进行中值滤波后的图像进行图像锐化及利用Roberts算法进行边沿处理；

S25：对经步骤S24处理后的图像利用道格拉斯-普客法进行抽稀处理；

S26：对抽稀后的图像进行数据拟合，求得电缆弯道曲线方程f(x)：

f(x)＝ε₀+ε₁x+ε₂x²+ε₃x³+…，其中，ε₀、ε₁、ε₂…为曲线拟合常数，x为经过抽稀处理后的图像上的点的位置变量；

S27：根据电缆弯道的曲线方程求出补偿弯曲度ρ″：

ρ″＝(1+f′(x)^{^2})^{^3/2}/f″(x)；

步骤S3具体为：

首先根据初始弯曲度ρ′及补偿弯曲度ρ″计算出电缆弯道的实际弯曲度ρ：

ρ＝αρ′+βρ″

其中，α、β为加权系数，α+β＝1；

其次将所述实际弯曲度ρ分别反馈至步骤S1及步骤S26，再次计算ρ′、ρ″，并调整加权系数α、β，以得到更精确的实际弯曲度ρ。