CN108168713B - 输电线路红外热成像防山火系统 - Google Patents

输电线路红外热成像防山火系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种输电线路红外热成像防山火系统。包括微气象监控装置、双目热成像云台仪、防山火控制装置、太阳能供电装置、第一支撑架和第二支撑架，防山火控制装置包括主机箱体以及主控板、电源管理芯片和无线路由器，主控板分别连接微气象监控装置、红外热成像及可见光双目摄像机、太阳能跟踪传感器、云台、电源管理芯片和无线路由器，太阳能供电装置包括太阳能电池板、蓄电池箱体和蓄电池组，太阳能电池板架设在蓄电池箱体的上方，并连接蓄电池组，蓄电池组连接电源管理芯片。与现有技术相比，本发明具有可靠性高、覆盖范围广、成本低、方便安装维护等特点，特别适应于架空电缆通道的防山火监测，且能够实现火点测距。

Description

输电线路红外热成像防山火系统
技术领域
本发明涉及一种输电线路红外热成像防山火系统。
背景技术
输电线路林区火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内可造成巨大损失的特点。因此迅速发现和扑灭林火，就成为了输电线路林区防火的重中之重。缩短火灾侦察的时间，防止火势蔓延及失控是急需解决的问题。
现有的防山火系统无能源管理，防山火装置的特殊安装位置要求各设备均为低功耗设计，同时需要尽可能的节省能量，原有系统一般采用定时巡检和关闭，在关闭期间存在监控盲区。
现有的防山火系统无摄像头防日光灼伤保护，装置监控山火时，必然存在日光直射的问题，红外热成像摄像机在非致冷焦平面阵列在太阳直射下，寿命会急剧减小，影响现场使用。目前各厂家针对此问题没有有效的解决方案。若采用早上或下午不进行监控的方式避免出现此问题，会造成监控盲区。
现有的防山火系统不能实现无火点测距功能，当发生山火时，只是通报存在火警，无法明确火点发生的距离，由于输电线路多在偏远地区，发生火灾时，需要紧急就近调用物资，如果能够给出距离杆塔的距离，能够给运维抢修人员更直观的了解，从容安排抢修事项。
红外热成像：任何物体都依据温度的不同对外进行电磁波辐射。波长为2.0～1000微米的部分称为热红外线。热红外成像通过对热红外敏感CCD对物体进行成像，能反映出物体表面的温度场。针对电力设备的热成像特点是：局部温升高，易用红外热像仪发现，如不能及时处理，情况恶化快，易形成事故，造成损失。
微型气象站：通过电容式传感器元件测量相对湿度。使用精确的电容式测量元件测量气温。采用24GHz多普勒雷达(Doppler radar)测量单个雨/雪滴落速度的方式来测量降水强度。通过滴落速度与大小的关联，计算降水量与降水强度。不同的滴落速度决定了不同的降水类型(雨/雪)。免维护测量装置使翻斗型和勺型顶盖易于操作。超声波传感器技术通常用于用于测风。测量数据以标准协议的形式，用于进一步测量。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种输电线路红外热成像防山火系统，具有可靠性高、覆盖范围广、成本低、方便安装维护等特点，特别适应于架空电缆通道的防山火监测，且能够实现火点测距，在发现火灾的或火点时，根据参考坐标，大致计算出火点间距，并能够给运维抢修人员更直观的了解，从容安排抢修事项。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种输电线路红外热成像防山火系统，包括微气象监控装置、双目热成像云台仪、防山火控制装置、太阳能供电装置、第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架和第二支撑架上下平行架设在杆塔上，所述微气象监控装置设于第二支撑架上，所述双目热成像云台仪包括红外热成像及可见光双目摄像机和太阳能跟踪传感器，所述红外热成像及可见光双目摄像机通过云台设于第二支撑架上，红外热成像及可见光双目摄像机的镜头上方设有遮阳板，所述太阳能跟踪传感器设于遮阳板上并位于红外热成像及可见光双目摄像机的镜头前方，所述防山火控制装置包括设于第二支撑架上的主机箱体以及设于主机箱体内的主控板、电源管理芯片和无线路由器，所述主控板分别连接微气象监控装置、红外热成像及可见光双目摄像机、太阳能跟踪传感器、云台、电源管理芯片和无线路由器，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板、设于第一支撑架上的蓄电池箱体和设于蓄电池箱体内的蓄电池组，所述太阳能电池板架设在蓄电池箱体的上方，并连接蓄电池组，所述蓄电池组连接电源管理芯片，并分别经一电源开关连接微气象监控装置的电源接口、红外热成像及可见光双目摄像机的电源接口、云台的电源接口和无线路由器的电源接口，每个电源开关的控制端均连接主控板；所述红外热成像及可见光双目摄像机用于实现火点测距，其实现方式为：首先，在红外热成像及可见光双目摄像机的热成像摄像机内设置梯度区域，标识相同梯度区域的空间参数；当发现热源灰度对比异常时，在热成像视频上将标识出热点；根据热点在像素图片的位置，判断该热点所在梯度区域，结合相对应梯度区域的空间参数，计算出双目摄像头到目标的实际距离，从而实现火点测距。
在本发明一实施例中，所述热成像摄像机采用固定焦距的方式，像素采用640×480，并采用热源灰度定时的扫描预制方位。
在本发明一实施例中，所述梯度区域的设置方式如下：
依据地形等坡线，将热成像摄像机监控区域按照坡度大小近似划分为多个区域，每个区域用图像坐标系表达图像矩形位置；每个区域的定义为此区域的坐标范围和X轴、Y轴比例尺及倾斜度及倾斜度变化比率；
每个区域的X轴、Y轴比例尺及倾斜度，包括该区域的X轴梯度角度、X轴梯度比例、X轴梯度变比△XTd、Y轴梯度角度、Y轴梯度比例、Y轴梯度变比△YTd；
其中，X轴梯度变比△XTd、Y轴梯度变比△Y Td均按照如下梯度变比△Ytd的确定方式确定：
设摄像机设置于摄像机视角中心与监控区域地面垂直高度为H处，在摄像机的视角监控范围设置基准参照点及第1至第n参照点，设摄像机视角中心与基准参照点的水平距离为S"，且各参照点间距距离为△S"则可得，
Jn_0＝arctg((S"+n×△S")/H)
J1_1"＝arctg(S"/H)
根据成像原理，图片上的图片像素与摄像头拍摄图片时的视线必然是垂直关系，因此
Jn_1＝90-J1_1"
Jn_2＝180-Jn_1-Jn_0
设成像图片上，摄像机视角和第1参照点连线与图片像素交点距基准参照点的图片像素长度为L1，摄像机视角和第n参照点连线与图片像素交点距基准参照点的图片像素长度为Ln，则存在以下计算公式
Ln＝n×△S"×Sin(Jn_0)/Sin(Jn_2)
L1＝△S"×Sin(J1_0)/Sin(J1_2)
其中，J1_1"为摄像机视角与基准参照点处地面的夹角，J1_0为摄像机视角与第1参照点处地面的夹角，Jn_0为摄像机视角与第n参照点处地面的夹角，Jn_1为图片像素与基准参照点处地面的锐角夹角，J1_2为图片像素与摄像机视角和第1参照点连线的钝角夹角，Jn_2为图片像素与摄像机视角和第n参照点连线的钝角夹角；
由此可得梯度变比△Td＝Ln/L1；同理，可得△Td＝Ln/Li，i＝1,2,……,n；
X轴梯度角度相当于针对已知参照点的左右方向上的高度的起伏、Y轴梯度角度相当于针对已知参照点的前后方向上高度的起伏，具体计算公式确定方式如下：
取与摄像机视角中心接近的一个点作为参照点S1，且点S1的横纵坐标值x1和y1为已知数值；
任意点N与基准参照点的像素距离
点N的相对水平方向的图片绝对角度
Xnt＝arctg(Yn/Xn)*180
点N与X轴的角度偏差
Tnx＝Xj-Tnx
点N在X轴上的投影距离
SnX＝cos(Tnx)×Sn
点N的相对垂直方向的图片绝对角度
Ynt＝arctg(Xn/Yn)*180
点N与Y轴的角度偏差
Tny＝Yj-Tny
点N在X轴上的投影距离
Sny＝cos(Tny)×Sn
由上述可得，
点N在X轴上的实际换算距离
SnX'＝SnX×Xz×△XTd
点N在Y轴上的实际换算距离
SnY'＝Sny×Yz×△YTd
由此可得，摄像机视角中心与点N的实际距离为
在本发明一实施例中，所述第一支撑架和第二支撑架的纵截面均呈倒L形状，第一支撑架包括相连接的第一支撑横梁和第一支撑竖梁，第二支撑架包括相连接的第二支撑横梁和第二支撑竖梁。
在本发明一实施例中，所述微气象监控装置包括气象仪、气象仪底座、气象仪安装底板、第一倒L型安装板和第一倒L型撑板，所述气象仪安装底板设于第二支撑横梁上，且气象仪安装底板与第二支撑横梁相垂直，所述气象仪底座设于气象仪安装底板的前端，所述气象仪设于气象仪底座上，并连接主控板，气象仪的电源接口经一电源开关连接蓄电池组，所述第一倒L型安装板包括相连接的第一安装横梁和第一安装竖梁，所述第一安装横梁与气象仪安装底板的底面连接，所述第一安装竖梁紧贴第二支撑竖梁的前侧面，所述第一倒L型撑板包括相连接的第一撑板横梁和第一撑板竖梁，所述第一撑板横梁紧贴第二支撑横梁的底面并与气象仪安装底板连接，所述第一撑板竖梁紧贴第二支撑竖梁的后侧面并与第一安装竖梁连接；所述第一撑板横梁和第一撑板竖梁之间倾斜架设有一第一支撑斜梁。
在本发明一实施例中，所述双目热成像云台仪还包括云台底座、摄像机安装底板、第二倒L型安装板和第二倒L型撑板，所述摄像机安装底板设于第二支撑横梁上，且摄像机安装底板与第二支撑横梁相垂直，所述云台底座设于摄像机安装底板的前端，所述云台设于云台底座上，所述第二倒L型安装板包括相连接的第二安装横梁和第二安装竖梁，所述第二安装横梁与摄像机安装底板的底面连接，所述第二安装竖梁紧贴第二支撑竖梁的前侧面，所述第二倒L型撑板包括相连接的第二撑板横梁和第二撑板竖梁，所述第二撑板横梁紧贴第二支撑横梁的底面并与摄像机安装底板连接，所述第二撑板竖梁紧贴第二支撑竖梁的后侧面并与第二安装竖梁连接；所述第二撑板横梁和第二撑板竖梁之间倾斜架设有一第二支撑斜梁。
在本发明一实施例中，所述防山火控制装置还包括两个主机箱体安装组件，每个主机箱体安装组件均包括一个第二L型箱体安装固定架和两个第二倒L型箱体吊板，每个第二倒L型箱体吊板均包括相连接的第二吊板横梁和第二吊板竖梁，所述第二支撑横梁位于两个第二吊板横梁之间，且两个第二吊板横梁的端部相连接，所述第二支撑竖梁位于两个第二吊板竖梁之间，且两个第二吊板竖梁的端部相连接，所述第二L型箱体安装固定架包括互相垂直连接的第二箱体安装前侧板和第二箱体安装后侧板，所述主机箱体位于第二支撑竖梁的前侧面，所述第二箱体安装前侧板与主机箱体的一侧面连接，所述第二箱体安装后侧板与位于第二支撑竖梁前侧面的第二吊板竖梁连接。
在本发明一实施例中，所述太阳能供电装置还包括两个蓄电池箱体安装组件，每个蓄电池箱体安装组件均包括一个第一L型箱体安装固定架和两个第一倒L型箱体吊板，每个第一倒L型箱体吊板均包括相连接的第一吊板横梁和第一吊板竖梁，所述第一支撑横梁位于两个第一吊板横梁之间，且两个第一吊板横梁的端部相连接，所述第一支撑竖梁位于两个第一吊板竖梁之间，且两个第一吊板竖梁的端部相连接，所述第一L型箱体安装固定架包括互相垂直连接的第一箱体安装前侧板和第一箱体安装后侧板，所述蓄电池箱体位于第一支撑竖梁的前侧面，所述第一箱体安装前侧板与蓄电池箱体的一侧面连接，所述第一箱体安装后侧板与位于第一支撑竖梁前侧面的第一吊板竖梁连接。
在本发明一实施例中，所述主控板连接有声光报警器。
在本发明一实施例中，所述主机箱体和蓄电池箱体的顶面上均设有把手。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明具有可靠性高、覆盖范围广、成本低、方便安装维护等特点，特别适应于架空电缆通道的防山火监测，且能够实现火点测距，在发现火灾的或火点时，根据参考坐标，大致计算出火点间距，并能够给运维抢修人员更直观的了解，从容安排抢修事项；具体优点如下：
(1)主控板利用红外热成像及可见光双目摄像机能够自动识别火点，实现火点间距，定位山火位置，并准确拍照和录像，通过无线路由器将数据远传到国网标准后台；
(2)主控板根据太阳能跟踪传感器采集的光照强度，对云台发出位置调整的命令，控制云台上双目摄像机的角度，从而避免摄像机镜头受阳光直接照射，有效地保护摄像机，提高使用寿命；
(3)主控板利用电源管理芯片可以获取蓄电池组的电能状态，并根据电能状态控制电源开关的工作状态。主控板还可以根据气象仪采集的降雨量数据等，来控制电源开关的工作状态，更好地实现设备的智能能源分配和管理。采用了能源管理，能够根据季节，时间，气候进行智能分配，为用户提供最大的使用时间，减少监控盲区；
(4)针对特定环境，对于安装尺寸有特殊要求的场合使用(如:输电线路(110KV及以上)铁塔)上监控输电线路走廊的火点监控，采用了各种辅助支架、箱体等保证各类硬件装置安装的稳定，其中，第一倒L型安装板和第一倒L型撑板的安装固定以及第二倒L型安装板和第二倒L型撑板的安装固定均采用“几字形”卡扣结构，安装简单方便；
(5)拆分成使用比较合适的主机箱体和蓄电池箱体，安装搬运比较方便，同时主机箱体和蓄电池箱体的顶面上均设有便于操作的把手；
(6)结构简单，施工方便，有利于整套装置的批量制造与应用。
附图说明
图1为从摄像机的视角查看场景示意图。
图2为梯度区域划分示意图。
图3为梯度变比计算原理示意图。
图4为梯度角度计算原理示意图。
图5为区域计算流程示意图。
图6为本发明输电线路红外热成像防山火系统的整体结构示意图。
图7为本发明输电线路红外热成像防山火系统内部电路连接示意图。
图8为未安装太阳能电池板时输电线路红外热成像防山火系统的前视立体示意图。
图9为未安装太阳能电池板时输电线路红外热成像防山火系统的后视立体示意图。
图中，1、微气象监控装置，11、气象仪，12、气象仪底座，13、气象仪安装底板，14、第一倒L型安装板，141、第一安装横梁，142、第一安装竖梁，15、第一倒L型撑板，151、第一撑板横梁，152、第一撑板竖梁，153、第一支撑斜梁；
2、双目热成像云台仪，21、红外热成像及可见光双目摄像机，22、太阳能跟踪传感器，23、云台，24、遮阳板，25、云台底座，26、摄像机安装底板，27、第二倒L型安装板，271、第二安装横梁，272、第二安装竖梁，28、第二倒L型撑板，281、第二撑板横梁，282、第二撑板竖梁，283、第二支撑斜梁；
3、防山火控制装置，31、主机箱体，32、主控板，33、电源管理芯片，34、无线路由器，35、第二L型箱体安装固定架，351、第二箱体安装前侧板，352、第二箱体安装后侧板，36、第二倒L型箱体吊板，361、第二吊板横梁，362、第二吊板竖梁；
4、太阳能供电装置，41、太阳能电池板，42、蓄电池箱体，43、蓄电池组，44、电源开关，45、第一L型箱体安装固定架，451、第一箱体安装前侧板，452、第一箱体安装后侧板，46、第一倒L型箱体吊板，461、第一吊板横梁，462、第一吊板竖梁；
5、第一支撑架，51、第一支撑横梁，52、第一支撑竖梁；
6、第二支撑架，61、第二支撑横梁，62、第二支撑竖梁；
7、声光报警器，8、把手，9、安装孔，10、蘑菇天线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图6-9所示，本发明一种输电线路红外热成像防山火系统，包括微气象监控装置1、双目热成像云台仪2、防山火控制装置3、太阳能供电装置4、第一支撑架5和第二支撑架6，第一支撑架5和第二支撑架6上下平行架设在杆塔上，太阳能供电装置4设置在第一支撑架5上，双目热成像云台仪2、防山火控制装置3、微气象监控装置1依次顺序设置在第二支撑架6上，第一支撑架5和第二支撑架6的纵截面均呈倒L形状，第一支撑架5包括相连接的第一支撑横梁51和第一支撑竖梁52，第二支撑架6包括相连接的第二支撑横梁61和第二支撑竖梁62。
微气象监控装置1用于实时监测温度、湿度、降雨量、风速等气象信息，并传输给防山火控制装置3中的主控板32。微气象监控装置1包括气象仪11、气象仪底座12、气象仪安装底板13、第一倒L型安装板14和第一倒L型撑板15，气象仪安装底板13设于第二支撑横梁61上，且气象仪安装底板13与第二支撑横梁61相垂直，气象仪底座12设于气象仪安装底板13的前端，气象仪11设于气象仪底座12上，第一倒L型安装板14包括相连接的第一安装横梁141和第一安装竖梁142，第一安装横梁141与气象仪安装底板13的底面连接，第一安装竖梁142紧贴第二支撑竖梁62的前侧面，第一倒L型撑板15包括相连接的第一撑板横梁151和第一撑板竖梁152，第一撑板横梁151紧贴第二支撑横梁61的底面并与气象仪安装底板13连接，第一撑板竖梁152紧贴第二支撑竖梁62的后侧面并与第一安装竖梁142连接，第一撑板横梁151和第一撑板竖梁152之间倾斜架设有一用于加强结构稳定性的第一支撑斜梁153。气象仪安装底板13、第一倒L型安装板14和第一倒L型撑板15上均设有用于可拆卸式连接的安装孔9。其中，气象仪11的信号为WXA100，集成了风速、风向、温度、湿度、大气压力共五种参数的测量，具有结构紧凑、没有任何移动部件、坚固耐用的特点，而且不需维护和现场校准。第一倒L型安装板14和第一倒L型撑板15的安装固定采用“几字形”卡扣结构，安装简单方便。
双目热成像云台仪2包括红外热成像及可见光双目摄像机21、太阳能跟踪传感器22、云台底座25、摄像机安装底板26、第二倒L型安装板27和第二倒L型撑板28，摄像机安装底板26设于第二支撑横梁61上，且摄像机安装底板26与第二支撑横梁61相垂直，云台底座25设于摄像机安装底板26的前端，云台23设于云台底座25上，红外热成像及可见光双目摄像机21设于云台23上，红外热成像及可见光双目摄像机21的镜头上方设有遮阳板24，太阳能跟踪传感器22设于遮阳板24上并位于红外热成像及可见光双目摄像机21的镜头前方，第二倒L型安装板27包括相连接的第二安装横梁271和第二安装竖梁272，第二安装横梁271与摄像机安装底板26的底面连接，第二安装竖梁272紧贴第二支撑竖梁62的前侧面，第二倒L型撑板28包括相连接的第二撑板横梁281和第二撑板竖梁282，第二撑板横梁281紧贴第二支撑横梁61的底面并与摄像机安装底板26连接，第二撑板竖梁282紧贴第二支撑竖梁62的后侧面并与第二安装竖梁272连接，第二撑板横梁281和第二撑板竖梁282之间倾斜架设有一用于加强结构稳定性的第二支撑斜梁283。摄像机安装底板26、第二倒L型安装板27和第二倒L型撑板28上均设有用于可拆卸式连接的安装孔9。其中，太阳能跟踪传感器22可采用光敏部件，太能能跟踪传感器固定在摄像机顶端，光敏部件与摄像机方向保持一致，光敏部件通过小孔感应阳光，小孔的方向与摄像机的方向保持一致，当太阳光直射到摄像机镜头时，光敏部件同时能够感应到光强。太能能跟踪传感器根据光强判断是否是阳光直射，并将光强信息发送到主控板32。红外热成像及可见光双目摄像机21可采用海康红双目摄像机。第二倒L型安装板27和第二倒L型撑板28的安装固定采用“几字形”卡扣结构，安装简单方便。
双目摄像机存在一个可见光摄像头，和另一个热成像摄像头，热成像摄像机采用固定焦距的方式像素采用640×480，采用热源灰度定时的扫描预制方位的内容。
进行火点测距时，需要首先在热成像的摄像机内设置梯度区域，标识相同区域的空间参数。
当发现热源灰度对比异常时，在热成像视频上将标识出热点。根据热点在像素图片的位置，结合区域的空间参数。能够计算出摄像头到目标的实际的距离。识别精度根据空间参数的设定进行计算获得。
梯度区域的设置计算原理如下：
针对图像分析来说，由于从摄像机的视角查看场景如图1所示。
热成像摄像机的成像画面采用固定焦距的640×480像素，固定焦距。
在图片上必然形成一个自近而远的平面图片。图片上每个位置均对应着一组三维坐标，能够体现整个图片的层次关系。
但是对于前端设备来说，采用全三维坐标确定每个图素的坐标，从计算上来说是无法保障的。必须采用近似发进行估算。
本发明采用的近似法则，是根据地形等坡线，划定区域。在么每个区域设定一组计算参量。如图2所示。
由于存在地势起伏，将整个区域分为n(图中为4个)个区域，每个区域用图像坐标系表达图像矩形位置。
梯度变比：根据图3进行三角计算
变比△Td计算公式如下：
Jn_0＝arctg((S"+n×△S")/H)
J1_1"＝arctg(S"/H)
根据成像原理，图片上的图片像素与摄像头拍摄图片时的视线必然是垂直关系，因此
Jn_1＝90-J1_1"
Jn_2＝180-Jn_1-Jn_0
设成像图片上，摄像机视角和第1参照点连线与图片像素交点距基准参照点的图片像素长度为L1，摄像机视角和第n参照点连线与图片像素交点距基准参照点的图片像素长度为Ln，则存在以下计算公式
Ln＝n×△S"×Sin(Jn_0)/Sin(Jn_2)
L1＝△S"×Sin(J1_0)/Sin(J1_2)
其中，J1_1"为摄像机视角与基准参照点处地面的夹角，J1_0为摄像机视角与第1参照点处地面的夹角，Jn_0为摄像机视角与第n参照点处地面的夹角，Jn_1为图片像素与基准参照点处地面的锐角夹角，J1_2为图片像素与摄像机视角和第1参照点连线的钝角夹角，Jn_2为图片像素与摄像机视角和第n参照点连线的钝角夹角；
由此可得梯度变比△Td＝Ln/L1；同理，可得△Td＝Ln/Li，i＝1,2,……,n；表示在知道高度和夹角的情况下，本区域内的长度估算比例可根据此计算公式形成统一的△Td计算值，并作为区域参数保存。
梯度参量：根据图4进行计算，具体如下：
任意点N与基准参照点的像素距离
点N的相对水平方向的图片绝对角度
Xnt＝arctg(Yn/Xn)*180
点N与X轴的角度偏差
Tnx＝Xj-Tnx
点N在X轴上的投影距离
SnX＝cos(Tnx)×Sn
点N的相对垂直方向的图片绝对角度
Ynt＝arctg(Xn/Yn)*180
点N与Y轴的角度偏差
Tny＝Yj-Tny
点N在X轴上的投影距离
Sny＝cos(Tny)×Sn
由上述可得，
点N在X轴上的实际换算距离
SnX'＝SnX×Xz×△XTd
点N在Y轴上的实际换算距离
SnY'＝Sny×Yz×△YTd
由此可得，摄像机视角中心与点N的实际距离为
防山火控制装置3包括设于第二支撑架6上的主机箱体31、两个主机箱体安装组件以及设于主机箱体31内的主控板32、电源管理芯片33和无线路由器34，每个主机箱体安装组件均包括一个第二L型箱体安装固定架35和两个第二倒L型箱体吊板36，每个第二倒L型箱体吊板36均包括相连接的第二吊板横梁361和第二吊板竖梁362，第二支撑横梁61位于两个第二吊板横梁361之间，且两个第二吊板横梁361的端部相连接，第二支撑竖梁62位于两个第二吊板竖梁362之间，且两个第二吊板竖梁362的端部相连接，第二L型箱体安装固定架35包括互相垂直连接的第二箱体安装前侧板351和第二箱体安装后侧板352，主机箱体31位于第二支撑竖梁62的前侧面，第二箱体安装前侧板351与主机箱体31的一侧面连接，第二箱体安装后侧板352与位于第二支撑竖梁62前侧面的第二吊板竖梁362连接，主控板32分别连接气象仪11、红外热成像及可见光双目摄像机21、太阳能跟踪传感器22、云台23、电源管理芯片33和无线路由器34，主控板32连接还有声光报警器7，可实现山火报警。第二L型箱体安装固定架35和两个第二倒L型箱体吊板36上均设有用于可拆卸式连接的安装孔9。电源管理芯片33对蓄电池电量、电池电压、充放电状态、工作温度等供电电源状态进行监测，并上传相关信息至主控板32，同时还向主控板32进行供电。无线路由器34设有两个蘑菇天线10。
太阳能供电装置4包括太阳能电池板41、设于第一支撑架5上的蓄电池箱体42、设于蓄电池箱体42内的蓄电池组43和两个蓄电池箱体安装组件，每个蓄电池箱体安装组件均包括一个第一L型箱体安装固定架45和两个第一倒L型箱体吊板46，每个第一倒L型箱体吊板46均包括相连接的第一吊板横梁461和第一吊板竖梁462，第一支撑横梁51位于两个第一吊板横梁461之间，且两个第一吊板横梁461的端部相连接，第一支撑竖梁52位于两个第一吊板竖梁462之间，且两个第一吊板竖梁462的端部相连接，第一L型箱体安装固定架45包括互相垂直连接的第一箱体安装前侧板451和第一箱体安装后侧板452，蓄电池箱体42位于第一支撑竖梁52的前侧面，第一箱体安装前侧板451与蓄电池箱体42的一侧面连接，第一箱体安装后侧板452与位于第一支撑竖梁52前侧面的第一吊板竖梁462连接，太阳能电池板41呈45度角架设在蓄电池箱体42的上方，并连接蓄电池组43，蓄电池组43连接电源管理芯片33，并分别经一电源开关44连接气象仪11的电源接口、红外热成像及可见光双目摄像机21的电源接口、云台23的电源接口和无线路由器34的电源接口，每个电源开关44的控制端均连接主控板32。第一L型箱体安装固定架45和两个第一倒L型箱体吊板46上均设有用于可拆卸式连接的安装孔9。太阳能供电装置4具有稳定电压、电流作用，具有多级防雷、充电保护、放电保护功能，具备蓄电池自动浮充、过压保护、欠压保护、过流保护等管理功能，并具备温度变化自动调整充电电压功能。
图2中实线表示数据流向，点划线表示供电流向。输电线路红外热成像防山火装置针对需要特定环境，对于安装尺寸有特殊要求的场合使用(如:输电线路(110KV及以上)铁塔)上监控输电线路走廊的火点监控，集成各类硬件装置，实现数据的采集、报警、远传、展示等功能，同时采用了各种辅助支架、箱体等保证各类硬件装置安装的稳定，输电线路红外热成像防山火装置工作原理具体如下：
1、主控板32利用红外热成像及可见光双目摄像机21能够自动识别火点，定位山火位置，并准确拍照和录像，通过无线路由器34将数据远传到国网标准后台。
2、主控板32根据太阳能跟踪传感器22采集的光照强度，对云台23发出位置调整的命令，控制云台23上双目摄像机的角度，直到太能能跟踪传感器反馈的光强信息脱离阳光直射范围值，从而避免摄像机镜头受阳光直接照射，有效地保护摄像机，提高使用寿命。
3、整个装置通过太阳能电池板41进行供电，主控板32利用电源管理芯片33可以获取蓄电池组43的电能状态，并根据电能状态控制电源开关44的工作状态，当蓄电池组43供电量不足时，则适当关闭部分能耗器件。主控板32还可以根据气象仪11采集的降雨量数据等，来控制电源开关44的工作状态，当遇到雨天时，可以关闭双目摄像机等器件，更好地实现设备的智能能源分配和管理。采用了能源管理，能够根据季节，时间，气候进行智能分配，为用户提供最大的使用时间，减少监控盲区。
拆分成使用比较合适的主机箱体31和蓄电池箱体42，安装搬运比较方便，同时主机箱体31和蓄电池箱体42的顶面上均设有便于操作的把手8。箱体全部采用不锈钢材质，具有高防护等级，并有防水防潮措施。通过箱体保护，设备具备抗干扰能力强、抗强电磁辐射、雷电冲击、高防护等级。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：包括微气象监控装置、双目热成像云台仪、防山火控制装置、太阳能供电装置、第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架和第二支撑架上下平行架设在杆塔上，所述微气象监控装置设于第二支撑架上，所述双目热成像云台仪包括红外热成像及可见光双目摄像机和太阳能跟踪传感器，所述红外热成像及可见光双目摄像机通过云台设于第二支撑架上，红外热成像及可见光双目摄像机的镜头上方设有遮阳板，所述太阳能跟踪传感器设于遮阳板上并位于红外热成像及可见光双目摄像机的镜头前方，所述防山火控制装置包括设于第二支撑架上的主机箱体以及设于主机箱体内的主控板、电源管理芯片和无线路由器，所述主控板分别连接微气象监控装置、红外热成像及可见光双目摄像机、太阳能跟踪传感器、云台、电源管理芯片和无线路由器，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板、设于第一支撑架上的蓄电池箱体和设于蓄电池箱体内的蓄电池组，所述太阳能电池板架设在蓄电池箱体的上方，并连接蓄电池组，所述蓄电池组连接电源管理芯片，并分别经一电源开关连接微气象监控装置的电源接口、红外热成像及可见光双目摄像机的电源接口、云台的电源接口和无线路由器的电源接口，每个电源开关的控制端均连接主控板；所述红外热成像及可见光双目摄像机用于实现火点测距，其实现方式为：首先，在红外热成像及可见光双目摄像机的热成像摄像机内设置梯度区域，标识相同梯度区域的空间参数；当发现热源灰度对比异常时，在热成像视频上标识出热点；根据热点在像素图片的位置，判断该热点所在梯度区域，结合相对应梯度区域的空间参数，计算出双目摄像机到目标的实际距离，从而实现火点测距；
所述梯度区域的设置方式如下：
依据地形等坡线，将热成像摄像机监控区域按照坡度大小近似划分为多个区域，每个区域用图像坐标系表达图像矩形位置；每个区域的定义为此区域的坐标范围和X轴、Y轴比例尺及倾斜度及倾斜度变化比率；
每个区域的X轴、Y轴比例尺及倾斜度，包括该区域的X轴梯度角度、X轴梯度比例、X轴梯度变比△XTd、Y轴梯度角度、Y轴梯度比例、Y轴梯度变比△YTd；
其中，X轴梯度变比△XTd、Y轴梯度变比△YTd均按照如下梯度变比△Td的确定方式确定：
设摄像机设置于摄像机视角中心与监控区域地面垂直高度为H处，在摄像机的视角监控范围设置基准参照点及第1至第n参照点，设摄像机视角中心与基准参照点的水平距离为S"，且各参照点间距距离为△S"则可得，
Jn_0＝arctg((S"+n×△S")/H)
J1_1"＝arctg(S"/H)
根据成像原理，图片上的图片像素与摄像头拍摄图片时的视线必然是垂直关系，因此
Jn_1＝90-J1_1"
Jn_2＝180-Jn_1-Jn_0
设成像图片上，摄像机视角和第1参照点连线与图片像素交点距基准参照点的图片像素长度为L1，摄像机视角和第n参照点连线与图片像素交点距基准参照点的图片像素长度为Ln，则存在以下计算公式
Ln＝n×△S"×Sin(Jn_0)/Sin(Jn_2)
L1＝△S"×Sin(J1_0)/Sin(J1_2)
其中，J1_1"为摄像机视角与基准参照点处地面的夹角，J1_0为摄像机视角与第1参照点处地面的夹角，Jn_0为摄像机视角与第n参照点处地面的夹角，Jn_1为图片像素与基准参照点处地面的锐角夹角，J1_2为图片像素与摄像机视角和第1参照点连线的钝角夹角，Jn_2为图片像素与摄像机视角和第n参照点连线的钝角夹角；
由此可得梯度变比△Td＝Ln/L1；同理，可得△Td＝Ln/Li，i＝1,2,……,n；
X轴梯度角度相当于针对已知参照点的左右方向上的高度的起伏、Y轴梯度角度相当于针对已知参照点的前后方向上高度的起伏，具体计算公式确定方式如下：
取与摄像机视角中心接近的一个点作为基准参照点S1，且点S1的横纵坐标值x1和y1为已知数值；
任意点N与基准参照点的像素距离
点N的相对水平方向的图片绝对角度
Xnt＝arctg(Yn/Xn)*180
点N与X轴的角度偏差
Tnx＝Xj-Xnt
点N在X轴上的投影距离
SnX＝cos(Tnx)×Sn
点N的相对垂直方向的图片绝对角度
Ynt＝arctg(Xn/Yn)*180
点N与Y轴的角度偏差
Tny＝Yj-Ynt
点N在Y轴上的投影距离
Sny＝cos(Tny)×Sn
由上述可得，
点N在X轴上的实际换算距离
SnX'＝SnX×Xz×△XTd
点N在Y轴上的实际换算距离
SnY'＝Sny×Yz×△YTd
由此可得，摄像机视角中心与点N的实际距离为
上述计算公式中，Xn、Yn分别为任意点N的横纵坐标值，Xj、Yj分别指的是X轴梯度角度、Y轴梯度角度，Xz、Yz分别指的是X轴梯度比例、Y轴梯度比例。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：所述热成像摄像机采用固定焦距的方式，像素采用640×480，并采用热源灰度定时的扫描预制方位。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：所述第一支撑架和第二支撑架的纵截面均呈倒L形状，第一支撑架包括相连接的第一支撑横梁和第一支撑竖梁，第二支撑架包括相连接的第二支撑横梁和第二支撑竖梁。
4.根据权利要求3所述的一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：所述微气象监控装置包括气象仪、气象仪底座、气象仪安装底板、第一倒L型安装板和第一倒L型撑板，所述气象仪安装底板设于第二支撑横梁上，且气象仪安装底板与第二支撑横梁相垂直，所述气象仪底座设于气象仪安装底板的前端，所述气象仪设于气象仪底座上，并连接主控板，气象仪的电源接口经一电源开关连接蓄电池组，所述第一倒L型安装板包括相连接的第一安装横梁和第一安装竖梁，所述第一安装横梁与气象仪安装底板的底面连接，所述第一安装竖梁紧贴第二支撑竖梁的前侧面，所述第一倒L型撑板包括相连接的第一撑板横梁和第一撑板竖梁，所述第一撑板横梁紧贴第二支撑横梁的底面并与气象仪安装底板连接，所述第一撑板竖梁紧贴第二支撑竖梁的后侧面并与第一安装竖梁连接；所述第一撑板横梁和第一撑板竖梁之间倾斜架设有一第一支撑斜梁。
5.根据权利要求3所述的一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：所述双目热成像云台仪还包括云台底座、摄像机安装底板、第二倒L型安装板和第二倒L型撑板，所述摄像机安装底板设于第二支撑横梁上，且摄像机安装底板与第二支撑横梁相垂直，所述云台底座设于摄像机安装底板的前端，所述云台设于云台底座上，所述第二倒L型安装板包括相连接的第二安装横梁和第二安装竖梁，所述第二安装横梁与摄像机安装底板的底面连接，所述第二安装竖梁紧贴第二支撑竖梁的前侧面，所述第二倒L型撑板包括相连接的第二撑板横梁和第二撑板竖梁，所述第二撑板横梁紧贴第二支撑横梁的底面并与摄像机安装底板连接，所述第二撑板竖梁紧贴第二支撑竖梁的后侧面并与第二安装竖梁连接；所述第二撑板横梁和第二撑板竖梁之间倾斜架设有一第二支撑斜梁。
6.根据权利要求3所述的一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：所述防山火控制装置还包括两个主机箱体安装组件，每个主机箱体安装组件均包括一个第二L型箱体安装固定架和两个第二倒L型箱体吊板，每个第二倒L型箱体吊板均包括相连接的第二吊板横梁和第二吊板竖梁，所述第二支撑横梁位于两个第二吊板横梁之间，且两个第二吊板横梁的端部相连接，所述第二支撑竖梁位于两个第二吊板竖梁之间，且两个第二吊板竖梁的端部相连接，所述第二L型箱体安装固定架包括互相垂直连接的第二箱体安装前侧板和第二箱体安装后侧板，所述主机箱体位于第二支撑竖梁的前侧面，所述第二箱体安装前侧板与主机箱体的一侧面连接，所述第二箱体安装后侧板与位于第二支撑竖梁前侧面的第二吊板竖梁连接。
7.根据权利要求3所述的一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：所述太阳能供电装置还包括两个蓄电池箱体安装组件，每个蓄电池箱体安装组件均包括一个第一L型箱体安装固定架和两个第一倒L型箱体吊板，每个第一倒L型箱体吊板均包括相连接的第一吊板横梁和第一吊板竖梁，所述第一支撑横梁位于两个第一吊板横梁之间，且两个第一吊板横梁的端部相连接，所述第一支撑竖梁位于两个第一吊板竖梁之间，且两个第一吊板竖梁的端部相连接，所述第一L型箱体安装固定架包括互相垂直连接的第一箱体安装前侧板和第一箱体安装后侧板，所述蓄电池箱体位于第一支撑竖梁的前侧面，所述第一箱体安装前侧板与蓄电池箱体的一侧面连接，所述第一箱体安装后侧板与位于第一支撑竖梁前侧面的第一吊板竖梁连接。
8.根据权利要求1所述的一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：所述主控板连接有声光报警器。
9.根据权利要求1所述的一种输电线路红外热成像防山火系统，其特征在于：所述主机箱体和蓄电池箱体的顶面上均设有把手。
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