CN109188429B - 基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法及监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，包括以下步骤：通过雷达对指定区域进行扫描获取雷达回波信息；通过双波段热成像摄像机获取指定区域的热成像信息，所述雷达回波信息与热成像信息同步获取；将所述雷达回波信息与所述热成像信息发送至监测后台，所述监测后台根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息。本发明通过雷达获取指定区域的山火信息，并以双波段热成像摄像机作为辅助探测，主要采集疑似山火区域的高分辨率红外图像，通过图像识别方式，完成对输电线路山火区域的进一步精细探测，相比于现有技术中的技术方案，大大提高了山火检测的准确性，有助于保障重要输电通道的稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及山火监测领域，具体涉及基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法及监测系统。
背景技术
山火是一种发生在林野，以燃烧野草和冠林为主，难以控制的火情。在全球气候变暖等气候异常因素的影响下，温度高、湿度小、持续干旱和风速大的高火险天气出现的频率逐渐增高，全球每年山火爆发次数呈现上升趋势。我国电网具有广域分布、几何尺寸大的特征，非常容易受到山火等自然灾害的威胁。近年来，随着电力资源的开发，越来越多的输电线路穿过高山峻岭地带，这些地区独特的地形地貌、气候条件极易引发山火，轻则引起输电线路跳闸，重则造成烧毁铁塔，引起长时间的不可恢复的重大电力事故。
近年来，由于输电线路在线传感监测装置的普遍应用，利用多数据融合的山火发展趋势预测逐渐成为主流。中国专利文献公开的《基于电网GIS的山火与气象结合的趋势预判方法》(专利号201510452744.1)与《多数据融合的森林火灾智能识别系统和方法》(专利号201510311371.6)都是综合利用红外热像仪、数字摄像机、地理信息系统等监测设备的数据信息实现数据融合以达到森林火灾预测的目的。其主要不足在于其虽然能实现山火的早期预警，但由于缺少对山火趋势预测的自评估手段，因此此类预测方式的准确性难以得到保证，此外由于缺失广域监测环节，此类预测方式也难以进行中长期山火趋势分析。中国专利文献公开的《一种安装于输电铁塔的山火监测激光雷达系统》(专利号201520808159.6)与一种输电线路走廊周边山火发展趋势预测方法、专利号201610606098.4，研制了基于激光雷达的山火监测系统，并能实现山火蔓延趋势预测功能。其主要不足在于仅依赖激光雷达进行的山火预警与趋势预测，系统误报率高，监测范围窄且由于激光功率大，在供电不足的地区难以实现应用。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供基于雷达和双波段热成像摄像机的山火监测方法。
为实现上述目的，本发明提供一种基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法及监测系统。
本发明第一部分提供一种基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，包括以下步骤：
通过雷达对指定区域进行扫描获取雷达回波信息；通过双波段热成像摄像机获取指定区域的热成像信息，所述雷达回波信息与热成像信息同步获取；将所述雷达回波信息与所述热成像信息发送至监测后台，所述监测后台根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息。
作为一种可选方案，所述根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息具体为：判断所述雷达回波信息的雷达回波强度是否小于预设值L，若否，则判断为无火情；若是，则进入步骤A；
A.判断所述雷达回波信号的雷达回波高度是否小于5公里，若否，则判断为降水或其它回波，若是，则进入步骤B；
B.判断所述雷达回波的雷达回波速度场是否为扩散式变化；若否，则判断为降水或其它回波，若是，则判断为山火雷达回波；
判断所述热成像信息的图像灰度值是否高于预设值M，若否，则判断为无火情；若是，则判断指定区域内具有山火目标。
作为一种可选方案，所述步骤A还包括：将雷达天线的仰角设置为0.5度或1.5度。
作为一种可选方案，所述预设值L为35dBz。
作为一种可选方案，所述判断所述雷达回波的雷达回波速度场是否为扩散式变化具体为：若所述雷达回波速度场在多普勒速度图上表现为辐散特征则判定为扩散式变化。
作为一种可选方案，所述预设值M为45。
作为一种可选方案，所述双波段热成像摄像机设置在所述雷达上，与雷达天线采用硬连接联动的方式。
作为一种可选方案，所述雷达回波强度根据雷达气象方程式获得，所述雷达气象方程式为：
式中，Pr是雷达接收到的回波功率的平均值；Pt是雷达发射的脉冲功率；Ge是雷达天线的有效增益；θ、
分别是天线的水平波束宽度和垂直波束宽度；τ是发射脉冲宽度；λ是雷达工作波长；C是电磁波的传播速度3×108m/s；ψ是降水区在整个雷达波束宽度和脉冲空间长度1/2τc所组成的空间中的充实系数；K是电磁波在空间传播时的衰减因子；m是雨水的复折射指数；R是目标的距离；Z是雷达回波强度；Ln2为2的自然对数，取0.69315。
本发明第二部分提供一种基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测系统，所述输电线路监测系统包括雷达，双波段摄像机以及监测后台；所述雷达用于对指定区域进行扫描获取雷达回波信息，并将所述雷达回波信息发送至所述监测后台；所述双波段摄像机用于取指定区域的热成像信息，并将所述热成像信息发送至所述监测后台；所述雷达回波信息与热成像信息同步获取；所述监测后台用于根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息。
作为一种可选方案，所述监测后台包括判断模块，所述判断模块用于判断指定区域内的山火目标信息；
所述判断模块判断指定区域内的山火目标信息具体为：判断所述雷达回波信息的雷达回波强度是否小于预设值L，若否，则判断为无火情；若是，则进入步骤A；
A.判断所述雷达回波信号的雷达回波高度是否小于5公里，若否，则判断为降水或其它回波，若是，则进入步骤B；
B.判断所述雷达回波的雷达回波速度场是否为扩散式变化；若否，则判断为降水或其它回波，若是，则判断为山火雷达回波；
判断所述热成像信息的图像灰度值是否高于预设值M，若否，则判断为无火情；若是，则判断指定区域内具有山火目标。
本发明的优点在于：本发明基于雷达和双波段热成像技术，通过雷达提供指定区域的山火信息，并以双波段热成像摄像机作为辅助探测，主要采集疑似山火区域的高分辨率红外图像，通过图像识别方式，完成对输电线路山火区域的进一步精细探测，相比于现有技术中的技术方案，大大提高了山火检测的准确性，有助于保障重要输电通道的稳定运行。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法流程另一示意图；
图3为本发明实施例提供的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测系统的模块示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合具体的实施例，对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
如图1所示本发明实施例提供的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法流程示意图，本发明实施例提供监测方法，包括以下步骤：
通过雷达对指定区域进行扫描获取雷达回波信息；通过双波段热成像摄像机获取指定区域的热成像信息，所述雷达回波信息与热成像信息同步获取；将所述雷达回波信息与所述热成像信息发送至监测后台，所述监测后台根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息。
利用雷达在指定区域内进行实时立体扫描，并通过设置在雷达上的双波段热成像摄像机同步进行数据采集，并一起发送给监测后台，监测后台实时获取雷达采集到的山火目标的雷达回波信息及双波段热成像摄像机采集到的山火目标的热成像信息，即得指定区域内的山火目标信息。
本实施例通过雷达提供指定区域的山火信息，并以双波段热成像摄像机作为辅助探测，主要采集疑似山火区域的高分辨率红外图像，通过图像识别方式，完成对输电线路山火区域的进一步精细探测，相比于现有技术中的技术方案，大大提高了山火检测的准确性，有助于保障重要输电通道的稳定运行。
可选的，如图2所示的本发明实施例提供的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法流程另一示意图，所述根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息具体为：判断所述雷达回波信息的雷达回波强度是否小于预设值L，若否，则判断为无火情；若是，则进入步骤A；
A.判断所述雷达回波信号的雷达回波高度是否小于5公里，若否，则判断为降水或其它回波，若是，则进入步骤B；
B.判断所述雷达回波的雷达回波速度场是否为扩散式变化；若否，则判断为降水或其它回波，若是，则判断为山火雷达回波；
判断所述热成像信息的图像灰度值是否高于预设值M，若否，则判断为无火情；若是，则判断指定区域内具有山火目标。
监测后台实时监控获得的指定区域内的山火目标信息，当检测到雷达回波时，判断山火目标的雷达回波强度是否小于预设值L，若否，则判断为无初始火情，若是，则通过监测后台发送抬高雷达天线仰角信号并抬高雷达天线仰角后，判断指定区域内的火山目标的雷达回波高度是否小于5公里，若否，则判断为降水或其它回波，若是，则进入步骤A。
步骤A具体为：获取雷达回波高度小于5公里的山火目标信息，判断该山火目标信息的雷达回波速度场是否为扩散式变化；若否，则判断为降水或其它回波，若是，则判断为山火雷达回波。
在判断为山火雷达回波之后，获取山火雷达回波同一时刻的热成像的信息，判断辐射能量转换后的图像灰度值是否高于预设值M，若否，则不是山火，继续进行监测；若是，则判断为山火。
可选的，上述雷达天线的仰角设置为0.5度或1.5度。
可选的，所述预设值L取值35dBz。
可选的，所述扩散式变化的判断方法为雷达回波速度场在多普勒速度图上表现为辐散特征。
可选的，所述预设值M取值45。
可选的，所述双波段热成像摄像机和雷达天线采用硬连接联动的方式，并通过采用回波强度、速度和回波对应点辐射能量联合判断的方式，确保雷达回波和热成像信息在时间和空间位置的一致性。
可选的，双波段热成像摄像机为双光谱相机，双光谱相机的型号为TTVC4516-2075KHM-IP(PT)；雷达的型号为WHNR-SHLD-1000；
本实施例中，雷达通过监测山火燃烧产生的烟尘等颗粒物来完成山火的识别，监测原理同降水粒子的监测相同，故所述雷达强度回波强度可根据雷达气象方程式获得，所述雷达气象方程式为：
式中，Pr是雷达接收到的回波功率的平均值(W)；Pt是雷达发射的脉冲功率(W)；Ge是雷达天线的有效增益；θ、
分别是天线的水平波束宽度和垂直波束宽度(弧度)；τ是发射脉冲宽度(s)；λ是雷达工作波长(m)；C是电磁波的传播速度3×108(m/s)；ψ是降水区在整个雷达波束宽度和脉冲空间长度(1/2τc)所组成的空间中的充实系数；K是电磁波在空间传播时的衰减因子；m是雨水的复折射指数；R是目标的距离(m)；Z是雷达回波强度；Ln2为2的自然对数，取0.69315。
实施例二
请参照图3所示的本发明实施例提供的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测系统的模块示意图，所述输电线路监测系统包括雷达，双波段摄像机以及监测后台；所述雷达用于对指定区域进行扫描获取雷达回波信息，并将所述雷达回波信息发送至所述监测后台；所述双波段摄像机用于取指定区域的热成像信息，并将所述热成像信息发送至所述监测后台；所述雷达回波信息与热成像信息同步获取；所述监测后台用于根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息。
可选的，所述监测后台包括判断模块，所述判断模块用于判断指定区域内的山火目标信息；
所述判断模块判断指定区域内的山火目标信息具体为：判断所述雷达回波信息的雷达回波强度是否小于预设值L，若否，则判断为无火情；若是，则进入步骤A；
A.判断所述雷达回波信号的雷达回波高度是否小于5公里，若否，则判断为降水或其它回波，若是，则进入步骤B；
B.判断所述雷达回波的雷达回波速度场是否为扩散式变化；若否，则判断为降水或其它回波，若是，则判断为山火雷达回波；
判断所述热成像信息的图像灰度值是否高于预设值M，若否，则判断为无火情；若是，则判断指定区域内具有山火目标。
本实施例提供的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测系统具体工作流程及工作原理可参照实施例一，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过雷达对指定区域进行扫描获取雷达回波信息；
通过双波段热成像摄像机获取指定区域的热成像信息，所述雷达回波信息与热成像信息同步获取；
将所述雷达回波信息与所述热成像信息发送至监测后台，所述监测后台根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息；所述根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息具体为：
判断所述雷达回波信息的雷达回波强度是否小于预设值L，若否，则判断为无火情；若是，则进入步骤A；
A.判断所述雷达回波的雷达回波高度是否小于5公里，若否，则判断为降水或其它回波，若是，则进入步骤B；
B.判断所述雷达回波的雷达回波速度场是否为扩散式变化；若否，则判断为降水或其它回波，若是，则判断为山火雷达回波；
判断所述热成像信息的图像灰度值是否高于预设值M，若否，则判断为无火情；若是，则判断指定区域内具有山火目标。
2.根据权利要求1所述的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，其特征在于，所述步骤A还包括：
将雷达天线的仰角设置为0.5度或1.5度。
3.根据权利要求2所述的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，其特征在于，所述预设值L为35dBz。
4.根据权利要求2所述的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，其特征在于，所述判断所述雷达回波的雷达回波速度场是否为扩散式变化具体为：
若所述雷达回波速度场在多普勒速度图上表现为辐散特征则判定为扩散式变化。
5.根据权利要求2所述的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，其特征在于，所述预设值M为45。
6.根据权利要求2所述的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，其特征在于，所述双波段热成像摄像机设置在所述雷达上，与雷达天线采用硬连接联动的方式。
7.根据权利要求2至6任一项所述的基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测方法，所述雷达回波强度根据雷达气象方程式获得，所述雷达气象方程式为：
式中，Pr是雷达接收到的回波功率的平均值；Pt是雷达发射的脉冲功率；Ge是雷达天线的有效增益；θ、
分别是天线的水平波束宽度和垂直波束宽度，φ是天线的水平波束宽度和垂直波束宽度的乘积；τ是发射脉冲宽度；λ是雷达工作波长；C是电磁波的传播速度3×108m/s；ψ是降水区在整个雷达波束宽度和脉冲空间长度1/2τc所组成的空间中的充实系数；K是电磁波在空间传播时的衰减因子；m是雨水的复折射指数；R是目标的距离；Z是雷达回波强度；Ln2为2的自然对数，取0.69315。
8.基于雷达和双波段摄像机的输电线路监测系统，其特征在于，所述输电线路监测系统包括雷达，双波段摄像机以及监测后台；
所述雷达用于对指定区域进行扫描获取雷达回波信息，并将所述雷达回波信息发送至所述监测后台；
所述双波段摄像机用于取指定区域的热成像信息，并将所述热成像信息发送至所述监测后台；所述雷达回波信息与热成像信息同步获取；
所述监测后台用于根据所述雷达回波信息及所述热成像信息，获取指定区域内的山火目标信息；所述监测后台包括判断模块，所述判断模块用于判断指定区域内的山火目标信息；
所述判断模块判断指定区域内的山火目标信息具体为：
判断所述雷达回波信息的雷达回波强度是否小于预设值L，若否，则判断为无火情；若是，则进入步骤A；
A.判断所述雷达回波的雷达回波高度是否小于5公里，若否，则判断为降水或其它回波，若是，则进入步骤B；
B.判断所述雷达回波的雷达回波速度场是否为扩散式变化；若否，则判断为降水或其它回波，若是，则判断为山火雷达回波；
判断所述热成像信息的图像灰度值是否高于预设值M，若否，则判断为无火情；若是，则判断指定区域内具有山火目标。
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| CN (1) | CN109188429B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007015631A1 (en) * | 2005-08-04 | 2007-02-08 | Isenteck Enc Co., Ltd. | Smart video monitoring system and method communicating with auto-tracking radar system |
| CN106157178A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-23 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 一种输电线路走廊周边山火发展趋势预测方法 |
| CN106228734A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-12-14 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 一种基于小型雷达的山火监测与定位方法 |
| CN108205862A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-06-26 | 厦门亿力吉奥信息科技有限公司 | 输电线路山火防护系统 |
-
2018
- 2018-08-30 CN CN201811003156.XA patent/CN109188429B/zh active Active
Patent Citations (4)
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