CN106228013A - 一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，包括步骤1，图片获取及初始化处理；步骤2，对初始化处理后的图片进行二值化处理；步骤3，参照“悬链段”方法分析柔索结构的思想，当杆塔之间的距离为一定值时，选取顶部索曲线倾角的正割值最为独立参数，提取该独立参数，还原悬链曲线；步骤4，根据悬链曲线进行弧垂计算。本发明采用平行视角下的电力线提取，实现了平行视角下对电力线弧垂的计算。

Description

一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法

技术领域

本发明涉及一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，属于电力设备安装领域。

背景技术

弧垂是线路设计及运行维护中的重要参数之一，决定了架空线路的松紧程度，弧垂的大小直接影响到线路的安全稳定运行。弧垂应满足现在运行中任何气象条件下的应力都不超过最大值，且满足耐震条件，使导线任何点对地面、水面、被跨物之间的距离符合设计要求，保证线路安全运行的表征参数。

为了使架空线路保持符合规定的运行安全度，设计部门要求施工时针对不同的架空线温度进行架设，以保持相应的水平张车。线档内架空线的最大弧垂与架空线的水平张力有直接关系，紧线施工就是通过控制连续档各观测段的观测档架空线最大弧垂间接使得整个耐张段的架空线水平张力皆符合设计要求。

在目前基于图像处理技术的弧垂计算方法，都是垂直视角方法提取电力线，从图像中取出电力线的两个端点和垂点，从而计算弧垂，但是摄像机安装复杂，环境要求苛刻，大多数情况无法进行垂直视角观察电力线。由于垂直视角下检测电力线弧垂对现场环境要求太高，为了能实时检测电力线弧垂，并且满足目前摄像机都安装在电力线的杆塔上的情况，研究水平视角下的电力线弧垂检测将是必不可少的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，包括以下步骤，

步骤1，图片获取及初始化处理；

步骤2，对初始化处理后的图片进行二值化处理；

步骤3，参照“悬链段”方法分析柔索结构的思想，当杆塔之间的距离为一定值时，选取顶部索曲线倾角的正割值最为独立参数，提取该独立参数，还原悬链曲线；

步骤4，根据悬链曲线进行弧垂计算。

图片获取及初始化处理的过程为，

S11，获取变电站视频监控系统的实时视频数据；

S12：获取实时视频中的某一帧图片；

S13：对该帧图片进行处理，并裁剪边缘；

S14：对裁剪后的图片进行灰度处理，转换为灰度图片。

对初始化处理后的图片进行二值化处理的过程为，

S21，将初始化处理后的图片采用局部梯度进行滤波平滑处理，得到滤波后的图片；

S22：对图片进行二值化处理，得到二值化图片。

独立参数提取的过程为，

S31，获取部分线路的两侧端点坐标，计算连接两端点坐标的直线的斜率k，得到两端点连接的直线方程；

S32，利用点到直线的距离公式，求出点到直线的最大距离，对应的点即为切点，从而得到切点坐标；

S33，斜率k即为顶部索曲线倾角的正切值，根据正切值可得顶部索曲线倾角的正割值；切点坐标即为顶点坐标。

悬链曲线的状态方程为，

y＝ach(x/a+archn-l/a)-ach(archn-l/a)+y₀

其中，(l,h)为切点坐标，y₀为靠摄像机近的端点纵坐标，(x,y)为悬链曲线上点的坐标，n为顶部索曲线倾角的正割值，a为待求系数，ch为双曲余弦函数。

弧垂计算的过程为，

S41，对不同时刻中间线路段的每个像素点的斜率进行计算；

S42，计算不同时刻中间线路段中像素点斜率相同点之间的像素距离；

S43，根据多次计算结果，可获得弧垂变化范围，取计算结果的最大值为当前弧垂值，弧垂最大值对应弧垂上的点为弧垂最低点。

通过摄像机标定技术，可有效计算出弧垂变化情况，具体公式入下，

(Hr2-Hr1)/Hrs＝M*(Hp2-Hp1)/Hps

其中，Hr2、Hp2分别为某一时刻弧垂点高度和图片中弧垂点对应的像素点高度，Hr1、Hp1分别为另一时刻弧垂点高度和图片中弧垂点对应的像素点高度，M为坐标变换关系式，Hrs、Hps为标准值。

本发明所达到的有益效果：1、本发明采用平行视角下的电力线提取，实现了平行视角下对电力线弧垂的计算；2、本发明易于实现和应用，摄像机安装在杆塔上即可实现弧垂检测。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为独立参数提取坐标图。

图3为摄像机安装示意图。

图4为摄像机拍摄的图片。

图5为不同时刻的线段取不同切点计算最低弧垂的图片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，包括以下步骤：

步骤1，图片获取及初始化处理。

图片获取及初始化处理的过程为：

S11，获取变电站视频监控系统的实时视频数据；

S12：获取实时视频中的某一帧图片；

S13：对该帧图片进行处理，并裁剪边缘；

S14：对裁剪后的图片进行灰度处理，转换为灰度图片。

步骤2，对初始化处理后的图片进行二值化处理。

对初始化处理后的图片进行二值化处理的过程为：

S21，将初始化处理后的图片采用局部梯度进行滤波平滑处理，得到滤波后的图片；

S22：对图片进行二值化处理，得到二值化图片。

步骤3，参照“悬链段”方法分析柔索结构的思想，当杆塔之间的距离为一定值时，选取顶部索曲线倾角的正割值最为独立参数，提取该独立参数，还原悬链曲线。

如图2所示，独立参数提取的过程为：

S31，获取部分线路的两侧端点坐标，计算连接两端点坐标的直线的斜率k，得到两端点连接的直线方程；

图中两个端点坐标分别为(x₀,y₀)、(x_n,y_n)，两个端点之间的连线为L；

S32，利用点到直线的距离公式，求出点到直线的最大距离，对应的点即为切点，从而得到切点坐标，即图中的(l,h)，L1为切线，θ为顶部索曲线倾角；

S33，斜率k即为顶部索曲线倾角的正切值，根据正切值可得顶部索曲线倾角的正割值；切点坐标即为顶点坐标。

悬链曲线的状态方程为，

y＝ach(x/a+archn-l/a)-ach(archn-l/a)+y₀

其中，(l,h)为切点坐标，y₀为靠摄像机近的端点纵坐标，(x,y)为悬链曲线上点的坐标，n为顶部索曲线倾角的正割值，即secθ＝n，a为待求系数，ch为双曲余弦函数。

步骤4，根据悬链曲线进行弧垂计算。

在实际中，摄像机安装位置如图3所示，即重杆塔1的顶点拍摄到杆塔2的顶点，其对应的成像如图4所示，摄像机的安装位置距离导线距离非常近，在成像平面上已到达图片的边缘，根据摄像机标定理论，在摄像机坐标、图片坐标、世界坐标之间的关系中，此时的线路弧垂最大值即为图片中满足一定斜率的线路像素点为最低点。

根据摄像机标定理论，通过多幅图片的多次计算，得到线路弧垂计算的参考点，并依据该参考点进行弧垂计算。

弧垂计算的过程为：

S41，对不同时刻中间线路段的每个像素点的斜率进行计算；

S42，计算不同时刻中间线路段中像素点斜率相同点之间的像素距离；

S43，根据多次计算结果，可获得弧垂变化范围，取计算结果的最大值为当前弧垂值，弧垂最大值对应弧垂上的点为弧垂最低点。

如图5所示，L1和L2分别是不同时刻中间线路段图片，通过对L1、L2中间线段的每个像素点的斜率进行计算，进一步计算L1与L2中像素点斜率相同点之间像素距离，如上图所示的D1和D2，从而得到两条线段之间的最大距离，根据多次计算结果，可获得弧垂变化范围，取计算结果的最大值为当前弧垂值，弧垂最大值对应弧垂上的点为弧垂最低点。

假设线路弧垂的参考基点高度坐标为Hr0，对应图片中的像素点高度为Hp0，在某一时刻的线路弧垂点高度坐标为Hr1，对应图片中的像素高度为Hp1，则实际的线路弧垂值Hr为：

Hr＝abs(Hr1-Hr0)

式中，abs表示取绝对值，图片中的像素高度为：

Hp＝abs(Hp1-Hp0)

则Hp与Hr之间的关系可以表示为(基于线路弧垂点在图像中位于中心点偏下，且左右摆动距离较小)：

Hr＝M*Hp

其中，M为坐标变换关系式，由于Hp0、Hr0、Hr1在计算过程中均为未知数，考虑采用了相对值的表达方式，即在另一时刻的线路弧垂点高度坐标为Hr2，对应图像中的像素高度为Hp2，则实际的线路弧垂值Hr为：

Hr＝abs(Hr2-Hr0)

图像中的像素高度为：

Hp＝abs(Hp2-Hp0)

两个时刻下的弧垂实际值和像素差满足以下的条件：

(Hr2-Hr1)＝M*(Hp2-Hp1)

假定线路设定的标准值为Hrs、Hps的情况下，则存在以下关系：

(Hr2-Hr1)/Hrs＝M*(Hp2-Hp1)/Hps

通过上述表达式，可以看出，像素值的变化差值直观反映出线路弧垂的变化情况，并为后续的线路弧垂数据分析提供一定的依据。

上述采用平行视角下的电力线提取，实现了平行视角下对电力线弧垂的计算；并且易于实现和应用，摄像机安装在杆塔上即可实现弧垂检测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，图片获取及初始化处理；

步骤2，对初始化处理后的图片进行二值化处理；

步骤3，参照“悬链段”方法分析柔索结构的思想，当杆塔之间的距离为一定值时，选取顶部索曲线倾角的正割值最为独立参数，提取该独立参数，还原悬链曲线；

步骤4，根据悬链曲线进行弧垂计算。

2.根据权利要求1所述的一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，其特征在于：图片获取及初始化处理的过程为，

S11，获取变电站视频监控系统的实时视频数据；

S12，获取实时视频中的某一帧图片；

S13，对该帧图片进行处理，并裁剪边缘；

S14，对裁剪后的图片进行灰度处理，转换为灰度图片。

3.根据权利要求1所述的一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，其特征在于：对初始化处理后的图片进行二值化处理的过程为，

S21，将初始化处理后的图片采用局部梯度进行滤波平滑处理，得到滤波后的图片；

S22：对图片进行二值化处理，得到二值化图片。

4.根据权利要求1所述的一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，其特征在于：独立参数提取的过程为，

S31，获取部分线路的两侧端点坐标，计算连接两端点坐标的直线的斜率k，得到两端点连接的直线方程；

S32，利用点到直线的距离公式，求出点到直线的最大距离，对应的点即为切点，从而得到切点坐标；

S33，斜率k即为顶部索曲线倾角的正切值，根据正切值可得顶部索曲线倾角的正割值；切点坐标即为顶点坐标。

5.根据权利要求4所述的一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，其特征在于：悬链曲线的状态方程为，

y＝ach(x/a+archn-l/a)-ach(archn-l/a)+y₀

其中，(l,h)为切点坐标，y₀为靠摄像机近的端点纵坐标，(x,y)为悬链曲线上点的坐标，n为顶部索曲线倾角的正割值，a为待求系数，ch为双曲余弦函数。

6.根据权利要求1所述的一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，其特征在于：弧垂计算的过程为，

S41，对不同时刻中间线路段的每个像素点的斜率进行计算；

S42，计算不同时刻中间线路段中像素点斜率相同点之间的像素距离；

S43，根据多次计算结果，可获得弧垂变化范围，取计算结果的最大值为当前弧垂值，弧垂最大值对应弧垂上的点为弧垂最低点。

7.根据权利要求6所述的一种电力线段平行视角下的弧垂计算方法，其特征在于：通过摄像机标定技术，可有效计算出弧垂变化情况，具体公式入下，

(Hr2-Hr1)/Hrs＝M*(Hp2-Hp1)/Hps

其中，Hr2、Hp2分别为某一时刻弧垂点高度和图片中弧垂点对应的像素点高度，Hr1、Hp1分别为另一时刻弧垂点高度和图片中弧垂点对应的像素点高度，M为坐标变换关系式，Hrs、Hps为标准值。