CN105811578A - 输电线路监控平台及其电源监控算法和图像预警算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路监控平台，包括电源模块、监控模块、信号传输模块、主控端和报警模块；电源模块为监控模块和信号传输模块供电，监控模块对输电线路进行监控，将监控画面通过信号传输模块上传到主控端；主控端控制电源模块的供电，根据监控画面对输电线路状态进行分析，通过报警模块进行报警。本发明还公开了输电线路监控平台的监控方法，包括电源远程监控算法和图像预警分析算法。本发明能够对输电线路的运行情况和周边潜在的威胁进行图像识别，并根据识别结果进行预警，实现输电线路的实时监控，不需要人为干预，而且能够实时预警，且预警准确可靠。
Description
技术领域
本发明属于监控领域，具体涉及一种输电线路监控平台及其电源监控算法和图像预警算法。
背景技术
随着社会经济的发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对电力供应的质量（稳定性、持续性及伴随的服务）要求越来越高，输电线路安全作为电网安全的重要组成部分，直接关系到社会的稳定和生产发展。
近年来，输电线路外部环境日趋复杂，危及输电线路运行安全的外力因素呈现多样化：如山火、固定或移动机械施工、户外广告或庆典、违章建房、山体滑坡等隐患造成的输电线路跳闸事故频发，极大地影响了电网安全稳定运行，给社会生产生活带来极大的不便。传统的线路运维方式不仅需要大量的人力资源，且由于人工巡护的局限性，导致隐患发现率低、处置时效性差、隐患管控效果不到位等问题始终存在。
目前国内对输电线路的在线监测应用，主要应用为在杆塔上安装摄像头，采集图像数据，通过3G网络将数据传输至监控中心，在监控中心LED大屏上监视设备运行动态，但是该套设备依然需要人工实时对监控中心的画面进行判断；设备虽然采集了线路运行环境数据信息，但是数据量大，难以提取有效信息；运维人员需要实时对输电线路的运行画面进行监视，费时费力，且运行成本极高。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够对输电线路进行实时监控、不需要人为干预、而且能够实时报警的输电线路监控平台。
本发明的目的之二在于提供一种所述的输电线路监控平台的电源监控算法。
本发明的目的之三在于提供一种所述的输电线路监控平台的图像预警算法。
本发明提供的这种输电线路监控平台，包括电源模块、监控模块、信号传输模块、主控端和报警模块；监控模块和信号传输模块由电源模块供电，监控模块安装在输电线路上，用于对输电线路的运行状态进行监控，并将实时监控画面通过信号传输模块上传到主控端；主控端用于控制电源模块的供电，同时也根据接收到的输电线路实时监控画面对输电线路的运行状态进行分析，并适时通过报警模块进行报警。
所述的电源模块包括太阳能电池板、太阳能控制器、电源恒压器、蓄电池、蓄电池保护器、远程控制单元和微电脑时控电源开关；太阳能电池板通过电源恒压器为监控模块供电，太阳能电池板也通过太阳能控制器与蓄电池连接并充电；蓄电池通过蓄电池保护器与监控模块连接并供电；远程控制单元与太阳能控制器、电源恒压器和蓄电池保护器连接，用于接收主控端发出的控制命令对电源模块进行管理控制，也用于将电源模块所在位置的温度信息上传给主控端；微电脑时控电源开关与太阳能控制器、蓄电池保护器和远程控制单元连接，用于控制太阳能电池板对蓄电池的充放电，以及定时重新启动远程控制单元，保证远程控制单元的控制性能。
所述的监控模块为高清、高速、低功耗球形摄像机。
所述的信号传输模块为4G无线路由器。
本发明提供的这种所述的输电线路监控平台的电源监控算法，包括如下步骤：
S1.获取监测点的GIS地理位置信息；
S2.根据步骤S1获取的GIS地理位置信息建立监测点的天气信息数据库，记录监测点的天气信息情况；
S3.系统发送指令，命令远程控制单元返回监测点电源模块所在位置的温度信息和监控模块的监控画面信息；
S4.系统根据返回的温度信息和监控画面信息，做出相应的控制指令如下：
①若系统在规定时间内返回温度信息和画面信息，则设备正常过工作；
②若未在规定时间内返回温度信息且在规定时间内返回画面信息，则系统认定设备正常工作，并对本次信息交互过程进行记录；
③若在规定时间内返回温度信息且未在规定时间内返回画面信息，则系统认定设备工作异常，直接报警请求人工干预；
④若连续两天，监测点均未在规定时间内返回温度信息且未在规定时间内返回画面信息，则系统认定设备工作异常，直接报警请求人工干预；
⑤若监测点在系统发送指令C分钟以后才返回温度信息和画面信息，C为正整数，则认为监测点的蓄电池电量不足，系统控制监测点进行蓄电池充电作业。
本发明还提供了一种所述的输电线路监控平台的图像预警算法，包括如下步骤：
S1.建立输电线路的正常运行数据库和异常运行数据库，数据库中分别存储输电线路正常运行和异常运行时的画面信息、天气信息和温度信息，并设定第一匹配标准阈值、第二匹配标准阈值和不匹配标准阈值，且第二匹配标准阈值大于第一匹配标准阈值；
S2.系统将监控模块传回的监控画面信息与正常运行数据库、异常运行数据库中的画面数据进行图片匹配；
S3.将监控画面存入相应的数据库，并根据步骤S2得到的图片匹配结果，若监测点运行正常则不作处理，若监测点运行异常则报警。
所述的图片匹配，具体包括如下步骤：
1）.若监控画面信息与异常运行数据库中的画面信息匹配结果高于第一匹配标准阈值，则认为此时监测点运行异常，存储监控画面信息到异常运行数据库，并报警；
若监控画面信息与异常运行数据库中的画面信息匹配结果低于不匹配标准阈值，则将监控画面信息与与正常运行数据库中的画面信息进行匹配；
2）.将监控画面信息与正常运行数据库中的画面信息进行匹配：
若监控画面信息与正常运行数据库中前Q天同时间段的画面信息匹配结果高于第一匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库，Q为正整数；
若监控画面信息与正常运行数据库中前Q天同时间段的画面信息匹配结果低于第一匹配标准阈值，则将监控画面信息与正常运行数据库中相同日期的前M天、后N天的画面信息进行图片匹配，M和N为正整数；
3）.根据步骤2）得到的匹配结果：
若匹配结果高于第二匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库；
若匹配结果低于第一匹配标准阈值，则获取正常运行数据库中的天气信息、温度信息与监测点的天气信息、温度信息相似（比如相差20%以内）的画面信息，再与监控画面信息进行图片匹配；
4）.根据步骤3）得到的匹配结果：
若匹配结果高于第二匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库；
若匹配结果低于第一匹配标准阈值，则请求人工干预。
所述的图片匹配，为采用以下算法进行图片匹配：
S1.设定相似度阈值Z，Z取值在0~100%之间；
S2.将两幅需要匹配的图片缩小到相同的尺寸；
S3.将步骤S2得到的图片转换为64阶灰度图片；
S4.将步骤S3得到的灰度图片，计算所有像素的平均灰度值；
S5.将每个图片中各个像素的灰度值与步骤S4得到的平均灰度值进行比较，得到图片的指纹图：
像素点灰度值≥平均灰度值，则次像素点记为1；
像素点灰度值＜平均灰度值，则次像素点记为1；
S6.将步骤S5得到的两张指纹图，采用如下算式判断两张图片是否匹配：
若（A/B）＞Z，则认为该两张图片匹配；
若（A/B）≤Z，则认为该两张图片不匹配；
其中A为两张指纹图中相同的数据位数，B为指纹图中的数据总位数。
本发明以输电线路监控平台作为硬件载体，通过监控模块对输电线路进行图像采集，并通过相应的图片匹配算法、电源远程监控算法和图像预警分析算法对输电线路的运行状态进行监控和预警；本发明提供的这种输电线路监控平台和监控方法，能够对输电线路的运行情况和周边潜在的威胁进行图像识别，并根据识别结果进行预警，本发明能够实现输电线路的实时监控，不需要人为干预，而且能够实时预警，且预警准确可靠。
附图说明
图1为本发明的输电线路监控平台的功能模块图。
图2为本发明的电源模块功能模块图。
图3为本发明的电源远程监控算法流程图。
图4为本发明的图像预警分析算法流程图。
图5为本发明的图片匹配算法流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的输电线路监控平台的功能模块图：本发明提供的这种输电线路监控平台，包括电源模块、监控模块、信号传输模块、主控端和报警模块；电源模块与监控模块、信号传输模块连接并供电，监控模块安装在输电线路上，用于对输电线路的运行状态进行监控，并将实时监控画面通过信号传输模块上传到主控端；主控端用于控制电源模块的供电，同时也根据接收到的输电线路实时监控画面对输电线路的运行状态进行分析，并适时通过报警模块进行报警。
所述的监控模块为高清、高速、低功耗球形摄像机。
所述的信号传输模块为4G无线路由器。
如图2所示为本发明的电源模块功能模块图：电源模块包括太阳能电池板、太阳能控制器、电源恒压器、蓄电池、蓄电池保护器、远程控制单元和微电脑时控电源开关；太阳能电池板通过电源恒压器为监控模块供电，太阳能电池板也通过太阳能控制器与蓄电池连接并充电；蓄电池通过蓄电池保护器与监控模块连接并供电；远程控制单元与太阳能控制器、电源恒压器和蓄电池保护器连接，用于接收主控端发出的控制命令对电源模块进行管理控制，也用于将电源模块所在位置的温度信息上传给主控端；微电脑时控电源开关与太阳能控制器、蓄电池保护器和远程控制单元连接，用于控制太阳能电池板对蓄电池的充放电，以及定时重新启动远程控制单元，保证远程控制单元的控制性能。
如图3所示为本发明的电源远程监控算法流程图：电源远程监控算法包括如下步骤：
S1.获取监测点的GIS地理位置信息；
S2.根据步骤S1获取的GIS地理位置信息建立监测点的天气信息数据库，记录监测点的天气信息情况；
S3.系统发送指令，命令远程控制单元返回监测点电源模块所在位置的温度信息和监控模块的监控画面信息；
S4.系统根据返回的温度信息和监控画面信息，做出相应的控制指令如下：
①若系统在规定时间内返回温度信息和画面信息，则设备正常过工作；
②若未在规定时间内返回温度信息且在规定时间内返回画面信息，则系统进行记录；
③若在规定时间内返回温度信息且未在规定时间内返回画面信息，则系统直接报警，发送信息给运行维护人员，请求人工干预；
④若连续两天，监测点均未在规定时间内返回温度信息且未在规定时间内返回画面信息，则系统直接报警，发送信息给运行维护人员，请求人工干预；
⑤若监测点在系统发送指令C分钟（比如30分钟）以后才返回温度信息和画面信息，C为正整数，则认为监测点的蓄电池电量不足，系统控制监测点进行蓄电池充电作业。
如图4所示为本发明的图像预警分析算法流程图：图像预警分析算法具体包括如下步骤：
S1.建立输电线路的正常运行数据库和异常运行数据库，数据库中分别存储输电线路正常运行和异常运行时的画面信息、天气信息和温度信息，并设定第一匹配标准阈值（比如60%）、第二匹配标准阈值（比如80%）和不匹配标准阈值（比如5%），且第二匹配标准阈值大于第一匹配标准阈值；
S2.系统将监控模块每天传回的监控画面信息与正常运行数据库、异常运行数据库中的画面数据进行图片匹配；
S3.将监控画面存入相应的数据库，并根据步骤S2得到的图片匹配结果，进行如下处理：
1）.若监控画面信息与异常运行数据库中的画面信息匹配结果高于第一匹配标准阈值，则认为此时监测点运行异常，存储监控画面信息到异常运行数据库，并报警；
若监控画面信息与异常运行数据库中的画面信息匹配结果低于不匹配标准阈值，则将监控画面信息与正常运行数据库中的画面信息进行匹配；
2）.将监控画面信息与正常运行数据库中的画面信息进行匹配：
若监控画面信息与正常运行数据库中前Q天（比如前三天）同时间段的画面信息匹配结果高于第一匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库，Q为正整数；
若监控画面信息与正常运行数据库中前Q天同时间段的画面信息匹配结果低于第一匹配标准阈值，则将监控画面信息与正常运行数据库中相同日期的前M天、后N天（比如前三天和后三天）的画面信息进行图片匹配，M和N为正整数；
3）.根据步骤2）得到的匹配结果：
若匹配结果高于第二匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库；
若匹配结果低于第一匹配标准阈值，则获取正常运行数据库中的天气信息、温度信息与监测点的天气信息、温度信息相近（比如相差20%以内）的画面信息，再与监控画面信息进行图片匹配；
4）.根据步骤3）得到的匹配结果：
若匹配结果高于第二匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库；
若匹配结果低于第一匹配标准阈值，则请求人工干预。
如图5所示为本发明的图片匹配算法流程图：图片匹配算法具体包括如下步骤：
S1.设定相似度阈值Z，Z取值在0~100%之间；
S2.将两幅需要匹配的图片缩小到相同的尺寸；
S3.将步骤S2得到的图片转换为64阶灰度图片；
S4.将步骤S3得到的灰度图片，计算所有像素的平均灰度值；
S5.将每个图片中各个像素的灰度值与步骤S4得到的平均灰度值进行比较，得到图片的Hash值：
像素点灰度值≥平均灰度值，则次像素点记为1；
像素点灰度值＜平均灰度值，则次像素点记为0；
S6.将步骤S5得到的Hash值，采用如下算式判断两张图片是否匹配：
若（A/B）＞Z，则认为该两张图片匹配；
若（A/B）≤Z，则认为该两张图片不匹配；
其中A为Hash值中相同的数据位数，B为Hash值的数据总位数。
Claims (8)
1.一种输电线路监控平台，包括电源模块、监控模块和信号传输模块，其特征在于还包括主控端和报警模块；监控模块和信号传输模块由电源模块供电，监控模块安装在输电线路上，用于对输电线路的运行状态进行监控，并将实时监控画面通过信号传输模块上传到主控端；主控端用于控制电源模块的供电，同时也根据接收到的输电线路实时监控画面对输电线路的运行状态进行分析，并适时通过报警模块进行报警。
2.根据权利要求1所述的输电线路监控平台，其特征在于所述的电源模块包括太阳能电池板、太阳能控制器、电源恒压器、蓄电池、蓄电池保护器、远程控制单元和微电脑时控电源开关；太阳能电池板通过电源恒压器为监控模块供电，太阳能电池板也通过太阳能控制器与蓄电池连接并充电；蓄电池通过蓄电池保护器与监控模块连接并供电；远程控制单元与太阳能控制器、电源恒压器和蓄电池保护器连接，用于接收主控端发出的控制命令对电源模块进行管理控制，也用于将电源模块所在位置的温度信息上传给主控端；微电脑时控电源开关与太阳能控制器、蓄电池保护器和远程控制单元连接，用于控制太阳能电池板对蓄电池的充放电，以及定时重新启动远程控制单元，保证远程控制单元的控制性能。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路监控平台，其特征在于所述的监控模块为高清、高速、低功耗球形摄像机。
4.根据权利要求1或2所述的输电线路监控平台，其特征在于所述的信号传输模块为4G无线路由器。
5.一种权利要求1~4之一所述的输电线路监控平台的电源监控算法，其特征在于包括如下步骤：
S1.获取监测点的GIS地理位置信息；
S2.根据步骤S1获取的GIS地理位置信息建立监测点的天气信息数据库，记录监测点的天气信息情况；
S3.系统发送指令，命令远程控制单元返回监测点电源模块所在位置的温度信息和监控模块的监控画面信息；
S4.系统根据返回的温度信息和监控画面信息，做出相应的控制指令如下：
①若系统在规定时间内返回温度信息和画面信息，则设备正常过工作；
②若未在规定时间内返回温度信息且在规定时间内返回画面信息，则系统进行记录；
③若在规定时间内返回温度信息且未在规定时间内返回画面信息，则系统直接报警，发送信息给运行维护人员，请求人工干预；
④若连续两天，监测点均未在规定时间内返回温度信息且未在规定时间内返回画面信息，则系统直接报警，发送信息给运行维护人员，请求人工干预；
⑤若监测点在系统发送指令C分钟以后才返回温度信息和画面信息，则认为监测点的蓄电池电量不足，系统控制监测点进行蓄电池充电作业，C为正整数。
6.一种权利要求1~4之一所述的输电线路监控平台的图像预警算法，其特征在于包括如下步骤：
S1.建立输电线路的正常运行数据库和异常运行数据库，数据库中分别存储输电线路正常运行和异常运行时的画面信息、天气信息和温度信息，并设定第一匹配标准阈值、第二匹配标准阈值和不匹配标准阈值，且第二匹配标准阈值大于第一匹配标准阈值；
S2.系统将监控模块传回的监控画面信息与正常运行数据库、异常运行数据库中的画面数据进行图片匹配；
S3.将监控画面存入相应的数据库，并根据步骤S2得到的图片匹配结果，若监测点运行正常则不作处理，若监测点运行异常则报警。
7.根据权利要求6所述的输电线路监控平台的图像预警算法，其特征在于步骤S2所述的图片匹配，具体包括如下步骤：
1）.若监控画面信息与异常运行数据库中的画面信息匹配结果高于第一匹配标准阈值，则认为此时监测点运行异常，存储监控画面信息到异常运行数据库，并报警；
若监控画面信息与异常运行数据库中的画面信息匹配结果低于不匹配标准阈值，则将监控画面信息与与正常运行数据库中的画面信息进行匹配；
2）.将监控画面信息与正常运行数据库中的画面信息进行匹配：
若监控画面信息与正常运行数据库中前Q天同时间段的画面信息匹配结果高于第一匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库，Q为正整数；
若监控画面信息与正常运行数据库中前Q天同时间段的画面信息匹配结果低于第一匹配标准阈值，则将监控画面信息与正常运行数据库中相同日期的前M天、后N天的画面信息进行图片匹配，M和N为正整数；
3）.根据步骤2）得到的匹配结果：
若匹配结果高于第二匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库；
若匹配结果低于第一匹配标准阈值，则获取正常运行数据库中的天气信息、温度信息与监测点的天气信息、温度信息相差20%以内的画面信息，再与监控画面信息进行图片匹配；
4）.根据步骤3）得到的匹配结果：
若匹配结果高于第二匹配标准阈值，则认为此时监测点运行正常，存储监控画面信息到正常运行数据库；
若匹配结果低于第一匹配标准阈值，则请求人工干预。
8.根据权利要求5所述的输电线路监控平台的监控方法，其特征在于所述的图片匹配，为采用以下算法进行图片匹配：
S1.设定相似度阈值Z，Z取值在0~100%之间；
S2.将两幅需要匹配的图片缩小到相同的尺寸；
S3.将步骤S2得到的图片转换为64阶灰度图片；
S4.将步骤S3得到的灰度图片，计算所有像素的平均灰度值；
S5.将每个图片中各个像素的灰度值与步骤S4得到的平均灰度值进行比较，得到图片的Hash值：
像素点灰度值≥平均灰度值，则次像素点记为1；
像素点灰度值＜平均灰度值，则次像素点记为0；
S6.将步骤S5得到的Hash值，采用如下算式判断两张图片是否匹配：
若（A/B）＞Z，则认为该两张图片匹配；
若（A/B）≤Z，则认为该两张图片不匹配；
其中A为Hash值中相同的数据位数，B为Hash值的数据总位数。
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