CN110212644A - 隔离开关工作状态监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离开关工作状态监测系统和方法，包括控制器和状态监测设备；状态监测设备包括图像采集设备、电动云台和电动变焦镜头，图像采集设备设置在电动云台上；电动云台在控制器控制下进行旋转，其上图像采集设备随着电动云台旋转采集各带标记点的隔离开关的图像；电动变焦镜头安装在图像采集设备上：用于调节图像采集设备拍摄的焦距；控制器控制电动平台工作、电动变焦镜头变焦以及图像采集设备进行采集工作，并且根据当前采集到的隔离开关图像中标记点的位置判定隔离开关的分合闸状态；本发明能够实现大范围内多个隔离开关的监测，具有成本低、安装方便、图像采集设备控制简单以及隔离开关工作状态监测准确度和自动化程度高的优点。

Description

隔离开关工作状态监测系统和方法

技术领域

本发明属于电力检测技术领域，特别涉及一种隔离开关工作状态监测系统和方法。

背景技术

隔离开关是变电站核心设备，其作用是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，起隔离电压的作用。在变电站设备检修过程中，需要将隔离开关运动到指定位置实现电路的开合，因此隔离开关运动到位与否直接决定了线路能否正常运行。考虑到变电站线路电压可达数百千伏，电流最大可达到几十千安，隔离开关运动不到位会对设备造成极大的损害，不仅会导致极大的经济损失，更有可能出现人身伤害等重大安全生产事故。

目前，对于隔离开关是否运动到位一般采用电机信号判定配合人眼观察的方式，即通过机械作动装置中电机旋转的行程开关来判定隔离开关是否运动到位，之后通过人眼观察进行二次确认。这种方法在实际使用过程中存在较大的问题：首先，机械装置自身存在加工、安装和长期使用导致的各种间隙、磨损，电机旋转角度与隔离开关运动角度并不能够达到完全同步，因此会出现电机旋转到位而隔离开关未运动到位的情况，判定错误率高；其次，需要通过人眼进行二次确认，这种依靠经验的做法标准性差且需要耗费大量人力和时间；再次，随着我国电网技术的不断进步，基于“一键顺控”思想的智能化、自动化电网控制技术已经进入实质性实施阶段，通过肉眼进行判别的方式显然不能够满足上述要求。

考虑到隔离开关上要经过强电流，不适合安装传感器设备，因此非接触的测量手段就是最优选择方案。基于高分辨成像与数字图像分析的摄像测量方法凭借其非接触、高分辨、大范围和全场测量的优势，成为一种最适合于进行隔离开关运动状态判别的手段。但是，在使用摄像测量进行隔离开关状态判断的过程中，仍存在以下问题：摄像测量以数字相机为图像采集器件，其观测范围与测量分辨率存在天然的矛盾，即观测范围大则测量精度低。一个变电站拥有的隔离开关少则几十多则上百，单台相机的视场无法覆盖全部隔离开关。必须为每个隔离开关配置单独的图像采集设备，具有成本高、安装复杂、相机控制困难等缺陷。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种分布式隔离开关工作状态监测系统，该系统能够实现大范围内隔离开关的监测，具有成本低、安装方便、图像采集设备控制简单以及隔离开关工作状态监测准确度高的优点。

本发明的第二目的在于提供一种分布式隔离开关工作状态监测方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种隔离开关工作状态监测系统，包括控制器以及与控制器连接的状态监测设备；状态监测设备包括图像采集设备、电动云台和电动变焦镜头：

所述电动云台上设置图像采集设备：用于带动图像采集设备进行旋转；

所述图像采集设备连接控制器：用于随着电动云台旋转采集各隔离开关的图像，并且将采集到的各隔离开关的图像传送给控制器；其中，所述隔离开关上设置有标记点；

所述电动变焦镜头安装在图像采集设备上：用于在图像采集设备每次要进行拍摄时调节图像采集设备拍摄的焦距；

所述控制器连接电动云台和电动变焦镜头：用于发送运动指令给电动云台；用于发送采集控制指令给图像采集设备；用于发送变焦指令给电动变焦镜头；用于根据图像采集设备采集到的当前隔离开关图像中标记点的位置判定隔离开关的分合闸状态。

优选的，隔离开关相对运动的两臂上分别设置有多个标记点，各臂上的标记点沿着臂长方向依次设置。

优选的，所述状态监测设备为多个，各状态监测设备分别布置在变电站各个位置，用于监测变电站各个区域的隔离开关。

更进一步的，同一个隔离开关被多个状态监测设备的图像采集设备采集到图像。

优选的，还包括上位总控机，所述控制器连接上位总控机，将判定出的各隔离开关的分合闸状态传送给上位总控机；

所述控制器的个数为一个或多个，当控制器的个数为多个时，每个控制器分别连接一个或多个状态监测设备，各控制器分别连接上位总控机。

优选的，所述状态监测设备还包括与控制器或上位总控机连接的控制手柄，控制手柄上设置有电动云台旋转控制按钮和焦距调节按钮。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于本发明第一目的所述的隔离开关工作状态监测系统实现的隔离开关工作状态监测方法，步骤如下：

布置电动云台位置，确定电动云台旋转其上图像采集设备所能拍摄到的各隔离开关；

当要针对某隔离开关进行工作状态监测时；根据该隔离开关所在位置以及电动云台图像采集设备当前所在位置确定出电动云台所要进行旋转的角度，然后根据该角度信息控制电动云台旋转相应角度；

在电动云台旋转停止后，控制电动变焦镜头调节图像采集设备拍摄的焦距，之后控制器启动图像采集设备的采集工作；

图像采集设备将采集到的隔离开关图像发送给控制器，控制器识别出隔离开关中标记点，并且确定隔离开关图像中标记点的位置，然后根据隔离开关图像上标记的位置确定当前所拍摄隔离开关的工作状态。

优选的，还包括如下步骤：

控制电动云台旋转，使得图像采集设备采集各隔离开关分别在分闸和合闸状态下的图像，并且传送给控制器；

针对于各隔离开关在合闸状态下的图像，识别出隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于合闸状态下隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1_合；针对于处于隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2_合；根据斜率k1_合和斜率k2_合计算隔离开关在合闸状态下的夹角α_合；

针对于各隔离开关在分闸状态下的图像，识别出隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于分闸状态下隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1_分；针对于处于隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2_分；根据斜率k1_分和斜率k2_分计算隔离开关在分闸状态下的夹角α_分；

当要针对某隔离开关进行状态监测时，控制器通过图像采集设备获取该隔离开关图像后，识别出该隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于该隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1；针对于处于该隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2；根据斜率k1和斜率k2计算得到该隔离开关的夹角α；将该隔离开关的夹角α与该隔离开关的夹角α_合和该隔离开关的夹角α_分进行比较，根据比较结果判定该隔离开关的工作状态。

更进一步的，将隔离开关的夹角α与夹角α_合和夹角α_分进行比较，根据比较结果判定隔离开关工作状态的的方式如下：

若夹角α落入[α_合-Δα，α_合+Δα]的范围，则判定隔离开关的工作状态为合闸状态；

若夹角α落入[α_开-Δα，α_开+Δα]的范围，则判隔离开关的工作状态为分闸状态；

若夹角α均未落入[α_合-Δα，α_合+Δα]和[α_开-Δα，α_开+Δα]的范围，则判隔离开关的工作状态为异常；

其中Δα为偏差角度；

其中，夹角α_合、夹角α_分和夹角α分别为：

α_合＝arctan((k2_合-k1_合)/(1+k1_合k2_合))；

α_分＝arctan((k2_分-k1_分)/(1+k1_分k2_分))；

α＝arctan((k2-k1)/(1+k1k2))。

优选的，电动云台的旋转包括电动云台水平面旋转和上下旋转；

在隔离开关的工作状态监测阶段，当控制器接收到上位总控机发送的自动操作命令时，控制器控制电动云台自动旋转使得图像采集设备依次采集到各隔离开关的图像，具体为：

获取各隔离开关的位置，根据相邻两个隔离开关之间的位置关系，确定图像采集设备从采集当前隔离开关变换到采集相邻隔离开关时，电动云台每次要旋转的角度；

在隔离开关的工作状态监测启动后，首先将电动云台控制到图像采集设备能采集到某个隔离开关图像的位置；然后按照上述获取到的角度信息控制电动云台每次旋转相应角度，并且停留一定时间；当图像采集设备每遍历完一次所有隔离开关的图像后，控制器控制电动云台进行下一轮的旋转；

在隔离开关的工作状态监测阶段，当控制器接收到上位总控机发送的手动操作命令时，停止对电动云台的自动旋转控制；电动云台接收控制手柄通过控制器发送的运行控制信号，同时电动变焦镜头接收控制手柄通过控制器发送的焦距调节信号；

针对于每个隔离开关，当该隔离开关为第一次被采集图像时，记录该隔离开关第一次被采集时图像采集设备拍摄的焦距；当该隔离开关再被进行图像采集时，控制器根据上述记录的图像采集设备拍摄的焦距直接调节电动变焦镜头。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明隔离开关工作状态监测系统，包括控制器以及与控制器连接的状态监测设备；状态监测设备包括图像采集设备、电动云台和电动变焦镜头，图像采集设备设置在电动云台上；其中电动云台在控制器的控制下进行旋转，其上图像采集设备随着电动云台旋转采集各带标记点的隔离开关的图像，并且将采集到的各隔离开关的图像传送给控制器；电动变焦镜头安装在图像采集设备上：用于在图像采集设备每次要进行拍摄时调节图像采集设备拍摄的焦距；控制器连接电动云台和电动变焦镜头，用于控制电动平台工作、电动变焦镜头变焦以及图像采集设备进行采集工作，并且控制器根据图像采集设备采集到的当前隔离开关图像中标记点的位置判定隔离开关的分合闸状态。在本发明中，图像采集设备在电动云台的带动下能够进行旋转，此旋转可以包括电动云台水平面旋转和上下旋转，从而采集到处于电动云台外圆周一定高度范围内的隔离开关，具有能够实现变电站很大范围内隔离开关的监测，另外在控制器和电动变焦镜头的配合下，本发明图像采集设备能够在每次拍摄时进行焦距调节，采集到清晰的隔离开关图像，提高隔离开关工作状态监测的准确度，具有成本低、安装方便以及图像采集设备控制简单的优点。

(2)本发明隔离开关工作状态监测系统中，状态监测设备的个数可以为多个，各状态监测设备分别布置在变电站各个位置，用于监测变电站各个区域的隔离开关，从而实现变电站更大范围内隔离开关的监测。在上述情况下，同一个隔离开关可以通过不同位置的状态监测设备中的图像采集设备采集图像，即通过多个图像采集设备从多个方向对同一个隔离开关的工作状态进行监测，在进行工作状态监测时，可以根据多个图像采集设备采集到的图像对同一个隔离开关进行判定，进一步保证隔离开关工作状态监测的准确性，避免因为遮挡引起的观察死角。

(3)本发明隔离开关工作状态监测系统中，还包括上位总控机，控制器连接上位总控机，将判定出的各隔离开关的分合闸状态传送给上位总控机，通过上位总控机实现远程监控；在本发明中，控制器的个数可以为多个，每个控制器分别连接一个或多个状态监测设备，各控制器通过网络连接到上位总控机，可见本发明系统通过分布式架构实现了多台设备的组网，观测区域可覆盖变电站所有隔离开关。

(4)本发明隔离开关工作状态监测系统中，状态监测设备还包括与控制器或上位总控机连接的用于手动控制电动云台旋转的控制手柄，因此本发明系统可以通过手动的方式人为远程控制电动云台旋转，实现针对某个隔离开关进行专门监测，提高了系统使用的灵活性。

(5)本发明隔离开关工作状态监测方法中，在布置电动云台位置后，确定电动云台旋转其上图像采集设备所能拍摄到的各隔离开关；当要针对某隔离开关进行工作状态监测时；根据该隔离开关所在位置以及电动云台图像采集设备当前所在位置确定出电动云台所要旋转的角度，然后根据该角度信息控制电动云台旋转相应角度；在电动云台旋转停止后，控制电动变焦镜头调节获取清晰的图像，之后启动图像采集设备的采集工作；图像采集设备将采集到的隔离开关图像发送给控制器，控制器识别出隔离开关中标记点，并且确定隔离开关图像中标记点的位置，然后根据隔离开关图像上标记的位置确定当前所拍摄隔离开关的分合闸状态。通过本发明方法能够采集到处于电动云台外圆周一定范围内的隔离开关，具有能够实现变电站很大范围内隔离开关监测的优点，另外本发明方法图像采集设备能够在每次拍摄时进行焦距调节，采集到清晰的隔离开关图像，提高隔离开关工作状态监测的准确度。

(6)本发明隔离开关工作状态监测方法中，在进行实际监测之前，首先获取各隔离开关在分闸和合闸状态下的图像，并且根据隔离开关图像中标记点的位置计算出各隔离开关在分闸和合闸状态下的夹角；在隔离开关工作状态实际监测时，针对于图像采集设备当前采集到的隔离开关图像，识别出其中的标记点，并且根据标记点的位置计算出隔离开关当前夹角，将隔离开关当前夹角与隔离开关在分闸和合闸状态下的夹角进行比较，根据比较结果确定隔离开关的工作状态是分闸、合闸还是其他异常的状态。由上述可知，本发明通过隔离开关图像上标记点位置确定出隔离开关的夹角，利用夹角的大小来监测隔离开关的状态，具有隔离开关工作状态监测速度快以及精度高的优点。

(7)本发明隔离开关工作状态监测方法中，电动云台可以在控制器的控制下进行自动旋转，使得图像采集设备依次采集各隔离开关图像，从而实现监测范围内各隔离开关的轮流监控。另外电动云台也可以直接通过控制手柄进行旋转控制，因此本发明能够实现手动和自动两种监测方式。

(8)本发明隔离开关工作状态监测方法中，针对于每个隔离开关，当该隔离开关为第一次被采集图像时，记录该隔离开关第一次被采集时图像采集设备拍摄的焦距；当该隔离开关再被进行图像采集时，控制器根据上述记录的图像采集设备拍摄的焦距，直接调节电动变焦镜头，具有控制更简单、自动化程度更高的优点。

附图说明

图1是本发明隔离开关工作状态监测系统结构框图。

图2是本发明隔离开关工作状态监测系统结构示意图。

图3是本发明隔离开关工作状态监测系统中电动云台旋转方向示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例公开了一种隔离开关工作状态监测系统，如图1和2所示，包括上位总控机、与上位总控机连接的控制器5以及与控制器连接的状态监测设备；状态监测设备包括图像采集设备1、电动云台2、电动变焦镜头3、控制手柄和光源4：图像采集设备设置在电动云台上，电动变焦镜头安装在图像采集设备上，控制手柄连接控制器或上位总控机，电动云台、图像采集设备、光源和电动变焦镜头分别连接控制器，其中：

电动云台：用于带动图像采集设备进行旋转；在本实施例中，电动云台可以为一个多自由度平台，其上设置有能够驱动多自由度平台进行旋转的电机，该电机通过电机驱动器连接控制器，由控制器通过电机驱动器控制电机的工作状态。电动云台的旋转包括电动云台水平面旋转和上下旋转，如图3所示。其中电动云台水平面旋转可以使得图像采集设备采集到不同位置的隔离开关，电动云台上下旋转可以改变图像采集设备上镜头的俯仰角度，适用于各个位置不同高度的隔离开关。

控制手柄，用于通过手动的方式控制电动云台旋转，其中控制手柄上设置有电动云台旋转控制按钮以及调焦按钮，旋转控制按钮包括水平面方向旋转控制按钮和上下旋转控制按钮。

图像采集设备：用于随着电动云台旋转采集各隔离开关6的图像，并且将采集到的各隔离开关的图像传送给控制器；其中，隔离开关上设置有标记点；在本实施例中，如图1所示，隔离开关相对运动的两臂上分别设置有多个标记点，各臂上的标记点沿着臂长方向依次设置。

在本实施例中，隔离开关的每条臂上分别设置有2个标记点，当然也可以设置更多的标记点，其中隔离开关同一条臂上的标记点沿着臂长方向设置，各标记点处于同一直线上，并且该直线的方向和臂长方向一致。在本实施例中，标记点的颜色可以采用红色、蓝色、黄色等与背景具有较强对比度的颜色，标记点的形状可以设置为圆形或其他具有灰度或几何特征的形状。

光源，由高亮度LED阵列组成，用于在图像采集设备进行采集控制时打开提供照明，由控制器控制其开启和关闭。

电动变焦镜头：用于在图像采集设备每次要进行拍摄时调节图像采集设备拍摄的焦距；其中电动变焦镜头连接控制器，根据控制器发送的变焦指令对图像采集设备的焦距进行调节，使得图像采集设备采集到清晰的隔离开关图像。

控制器：用于发送运动指令给电动云台；用于发送采集控制指令给图像采集设备；用于发送变焦指令给电动变焦镜头；用于根据图像采集设备采集到的当前隔离开关图像中标记点的位置判定隔离开关的分合闸状态。在本实施例中，控制器可以是MCU(微控制单元)或FPGA(现场可编程门阵列)等器件。

上位总控机，接收控制器发送的各隔离开关的工作状态信号和隔离开关图像；发送电动云台自动操作命令或手动操作命令给控制器；当控制器接收到自动操作命令时，由其控制电动云台进行自动旋转；当控制器接收到手动操作命令时，停止其对电动云台的自动旋转控制，当电动云台连接控制器时，电动云台通过控制器接收控制手柄的运行控制指令，当电动云台连接上位总控机时，电动云台通过上位总控机和控制器接收控制手柄的运行控制指令，实现手柄控制电动云台的旋转。在本实施例中，上位总控机可以是远程设置的服务器或图像工作站，通过数据库等方式存储图像等数据。

在本实施例中，控制器获取到图像采集设备采集的隔离开关图像后，通过图像分割算法对隔离开关图像中的各标记点进行识别，并且计算各标记点的灰度重心坐标，确定隔离开关图像中标记点的位置，然后根据隔离开关图像上标记的位置判定当前所拍摄隔离开关的分合闸状态。具体判定过程可以如下：在监测前，针对于各隔离开关，首先获取各隔离开关在分闸和合闸状态下的图像，根据分闸和合闸状态下的图像中标记点的位置确定隔离开关在分闸和合闸状态下隔离开关的夹角。在监测时，针对于获取到的隔离开关的图像，根据该隔离开关图像中标记点的位置确定该隔离开关当前的夹角，与该隔离开关在分闸和合闸状态下隔离开关的夹角进行对比，若接近于与该隔离开关分闸状态下的夹角，则判定隔离开关当前为分闸状态，若接近于与该隔离开关合闸状态下的夹角，则判定隔离开关当前为合闸状态，其他情况则判断隔离开关处于异常状态。

在本实施例中，上述状态监测设备可以为多个，各状态监测设备分别布置在变电站各个位置，用于监测变电站各个区域的隔离开关。针对于一些位置比较特殊的隔离开关，同一个隔离开关可以设置被多个状态监测设备的图像采集设备采集到图像，以通过多个图像采集设备从多个方向对同一个隔离开关的工作状态进行监测，避免因为遮挡影响隔离开关工作状态监测精度的现象。

在本实施例中，控制器的个数可以为多个，每个控制器分别连接一个或多个状态监测设备，各控制器通过网络连接到上位总控机，各控制器所连接的状态监测设备分别设置在不同的区域，以分布式架构实现了多台设备的组网，观测区域可覆盖变电站所有隔离开关。

实施例2

本实施例公开了一种基于实施例1所述的隔离开关工作状态监测系统实现的隔离开关工作状态监测方法，步骤如下：

步骤S1、布置电动云台位置，确定电动云台水平面旋转一周其上图像采集设备所能拍摄到的各隔离开关。其中，隔离开关上设置有标记点；在本实施例中，如图1所示，隔离开关相对运动的两臂上分别设置有多个标记点，具体可以为隔离开关每一臂上设置有两个标记点，各臂上的标记点沿着臂长方向依次设置。

步骤S2、当要针对某隔离开关进行工作状态监测时，根据该隔离开关所在位置以及电动云台图像采集设备当前所在位置确定出电动云台所要进行旋转的角度，然后根据该角度信息控制电动云台旋转相应角度，其中电动云台所要旋转的角度包括电动云台水平面旋转的角度和上下旋转的角度。

步骤S3、在电动云台旋转停止后，控制电动变焦镜头调节图像采集设备拍摄的焦距，之后控制器启动图像采集设备的采集工作。针对于每个隔离开关，当该隔离开关为第一次被采集图像时，记录该隔离开关第一次被采集时图像采集设备拍摄的焦距；当该隔离开关再被进行图像采集时，控制器根据上述记录的图像采集设备拍摄的焦距直接调节电动变焦镜头。在本实施例中，将各隔离开关第一次被采集时图像设备拍摄的焦距均存储在控制器的配置文件中，供后续调用。

步骤S4、图像采集设备将采集到的隔离开关图像发送给控制器，控制器识别出隔离开关中标记点，并且确定隔离开关图像中标记点的位置，然后根据隔离开关图像上标记的位置确定当前所拍摄隔离开关的工作状态。

本实施例中，在隔离开关工作状态监测之前，首先控制电动云台旋转，使得图像采集设备采集各隔离开关分别在分闸和合闸状态下的图像，并且传送给控制器。

针对于各隔离开关在合闸状态下的图像，识别出隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于合闸状态下隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1_合；针对于处于隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2_合；根据斜率k1_合和斜率k2_合计算隔离开关在合闸状态下的夹角α_合；将各隔离开关在合闸状态下的夹角α_合存储在控制器的配置文件中；其中：

α_合＝arctan((k2_合-k1_合)/(1+k1_合k2_合))；

k1_合＝(y2_合-y1_合)/(x2_合-x1_合)；

k2_合＝(y4_合-y3_合)/(x4_合-x3_合)；

其中(x1_合，y1_合)为合闸状态下隔离开关图像中一个臂上的其中一个标记点的灰度重心坐标，(x2_合，y2_合)为合闸状态下隔离开关图像中一个臂上的另一个标记点的灰度重心坐标；(x3_合，y3_合)为合闸状态下隔离开关图像中另一个臂上的其中一个标记点的灰度重心坐标，(x4_合，y4_合)为合闸状态下隔离开关图像中另一个臂上的另一个标记点的灰度重心坐标。

针对于各隔离开关在分闸状态下的图像，识别出隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于分闸状态下隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1_分；针对于处于隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2_分；根据斜率k1_分和斜率k2_分计算隔离开关在分闸状态下的夹角α_分；将各隔离开关在分闸状态下的夹角α_分存储在控制器的配置文件中；其中：

α_分＝arctan((k2_分-k1_分)/(1+k1_分k2_分))；

k1_分＝(y2_分-y1_分)/(x2_分-x1_分)；

k2_合＝(y4_分-y3_分)/(x4_分-x3_分)；

其中(x1_分，y1_分)为分闸状态下隔离开关图像中一个臂上的其中一个标记点的灰度重心坐标，(x2_分，y2_分)为分闸状态下隔离开关图像中一个臂上的另一个标记点的灰度重心坐标；(x3_分，y3_分)为分闸状态下隔离开关图像中另一个臂上的其中一个标记点的灰度重心坐标，(x4_分，y4_分)为分闸状态下隔离开关图像中另一个臂上的另一个标记点的灰度重心坐标。

在步骤S4中要针对某隔离开关进行工作状态监测时，控制器通过图像采集设备获取该隔离开关图像后，识别出该隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于该隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1；针对于处于该隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2；根据斜率k1和斜率k2计算得到该隔离开关的夹角α；将该隔离开关的夹角α与该隔离开关的夹角α_合和该隔离开关的夹角α_分进行比较，根据比较结果判定该隔离开关的工作状态；其中：

α＝arctan((k2-k1)/(1+k1k2))；

k1＝(y2-y1)/(x2-x1)；

k2＝(y4-y3)/(x4-x3)；

其中(x1，y1)为隔离开关图像中一个臂上的其中一个标记点的灰度重心坐标，(x2，y2)为隔离开关图像中一个臂上的另一个标记点的灰度重心坐标；(x3，y3)为隔离开关图像中另一个臂上的其中一个标记点的灰度重心坐标，(x4，y4)为隔离开关图像中另一个臂上的另一个标记点的灰度重心坐标。

在本实施例中，上述将隔离开关的夹角α与夹角α_合和夹角α_分进行比较，根据比较结果判定隔离开关工作状态的的方式如下：

若夹角α落入[α_合-Δα，α_合+Δα]的范围，则判定隔离开关的工作状态为合闸状态；

若夹角α落入[α_开-Δα，α_开+Δα]的范围，则判隔离开关的工作状态为分闸状态；

若夹角α均未落入[α_合-Δα，α_合+Δα]和[α_开-Δα，α_开+Δα]的范围，则判隔离开关的工作状态为异常；

其中Δα为偏差角度；在本实施例中Δα可以设置为1°。

在本实施例中，隔离开关的工作状态监测可以是自动或者手动的方式；

自动方式：

在隔离开关的工作状态监测阶段，当控制器接收到上位总控机发送的自动操作命令时，控制器控制电动云台自动旋转使得图像采集设备依次采集到各隔离开关的图像，具体为：

获取各隔离开关的位置，根据相邻两个隔离开关之间的位置关系，确定图像采集设备从采集当前隔离开关变换到采集相邻隔离开关时，电动云台每次要旋转的角度，包括电动云台每次水平面旋转的角度和上下旋转的角度。

在隔离开关的工作状态监测启动后，首先将电动云台控制到图像采集设备能采集到某个隔离开关图像的位置；然后按照上述获取到的角度信息控制电动云台每次旋转相应角度，并且停留一定时间；当图像采集设备每遍历完一次所有隔离开关的图像后，控制器控制电动云台进行下一轮的旋转。

手动方式：

在隔离开关的工作状态监测阶段，当控制器接收到上位总控机发送的手动操作命令时，停止对电动云台的自动旋转控制；电动云台接收控制手柄通过控制器发送的运行控制信号，同时电动变焦镜头接收控制手柄通过控制器发送的焦距调节信号。此时图像采集设备进入了连续采集模式，将采集到的将视频流通过控制器实时回传至上位总控机，操作人员通过上位总控机可以看到实时显示的图像。在这种情况下，操作人员可以通过控制手柄，自由控制电动云台，实现某隔离开关的专门监测，也可以通过控制手柄上的变焦按钮，实时放大某个感兴趣的区域，观察细节。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离开关工作状态监测系统，其特征在于，包括控制器以及与控制器连接的状态监测设备；状态监测设备包括图像采集设备、电动云台和电动变焦镜头：

所述电动云台上设置图像采集设备：用于带动图像采集设备进行旋转；

所述图像采集设备连接控制器：用于随着电动云台旋转采集各隔离开关的图像，并且将采集到的各隔离开关的图像传送给控制器；其中，所述隔离开关上设置有标记点；

所述电动变焦镜头安装在图像采集设备上：用于在图像采集设备每次要进行拍摄时调节图像采集设备拍摄的焦距；

所述控制器连接电动云台和电动变焦镜头：用于发送运动指令给电动云台；用于发送采集控制指令给图像采集设备；用于发送变焦指令给电动变焦镜头；用于根据图像采集设备采集到的当前隔离开关图像中标记点的位置判定隔离开关的分合闸状态。

2.根据权利要求1所述的隔离开关工作状态监测系统，其特征在于，隔离开关相对运动的两臂上分别设置有多个标记点，各臂上的标记点沿着臂长方向依次设置。

3.根据权利要求1所述的隔离开关工作状态监测系统，其特征在于，所述状态监测设备为多个，各状态监测设备分别布置在变电站各个位置，用于监测变电站各个区域的隔离开关。

4.根据权利要求3所述的隔离开关工作状态监测系统，其特征在于，同一个隔离开关被多个状态监测设备的图像采集设备采集到图像。

5.根据权利要求1所述的隔离开关工作状态监测系统，其特征在于，还包括上位总控机，所述控制器连接上位总控机，将判定出的各隔离开关的分合闸状态传送给上位总控机；

所述控制器的个数为一个或多个，当控制器的个数为多个时，每个控制器分别连接一个或多个状态监测设备，各控制器分别连接上位总控机。

6.根据权利要求1所述的隔离开关工作状态监测系统，其特征在于，所述状态监测设备还包括与控制器或上位总控机连接的控制手柄，控制手柄上设置有电动云台旋转控制按钮和焦距调节按钮。

7.一种基于权利要求1至6中任一项所述的隔离开关工作状态监测系统实现的隔离开关工作状态监测方法，其特征在于，步骤如下：

布置电动云台位置，确定电动云台旋转其上图像采集设备所能拍摄到的各隔离开关；

当要针对某隔离开关进行工作状态监测时；根据该隔离开关所在位置以及电动云台图像采集设备当前所在位置确定出电动云台所要进行旋转的角度，然后根据该角度信息控制电动云台旋转相应角度；

在电动云台旋转停止后，控制电动变焦镜头调节图像采集设备拍摄的焦距，之后控制器启动图像采集设备的采集工作；

图像采集设备将采集到的隔离开关图像发送给控制器，控制器识别出隔离开关中标记点，并且确定隔离开关图像中标记点的位置，然后根据隔离开关图像上标记的位置确定当前所拍摄隔离开关的工作状态。

8.根据权利要求7所述的隔离开关工作状态监测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

控制电动云台旋转，使得图像采集设备采集各隔离开关分别在分闸和合闸状态下的图像，并且传送给控制器；

针对于各隔离开关在合闸状态下的图像，识别出隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于合闸状态下隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1_合；针对于处于隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2_合；根据斜率k1_合和斜率k2_合计算隔离开关在合闸状态下的夹角α_合；

针对于各隔离开关在分闸状态下的图像，识别出隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于分闸状态下隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1_分；针对于处于隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2_分；根据斜率k1_分和斜率k2_分计算隔离开关在分闸状态下的夹角α_分；

当要针对某隔离开关进行状态监测时，控制器通过图像采集设备获取该隔离开关图像后，识别出该隔离开关上的各标记点，并且计算出各标记点在图像中的灰度重心坐标；针对于处于该隔离开关一个臂上的标记点进行直线拟合，得到斜率k1；针对于处于该隔离开关另一个臂上的标记点其进行直线拟合，得到斜率k2；根据斜率k1和斜率k2计算得到该隔离开关的夹角α；将该隔离开关的夹角α与该隔离开关的夹角α_合和该隔离开关的夹角α_分进行比较，根据比较结果判定该隔离开关的工作状态。

9.根据权利要求8所述的隔离开关工作状态监测方法，其特征在于，将隔离开关的夹角α与夹角α_合和夹角α_分进行比较，根据比较结果判定隔离开关工作状态的的方式如下：

若夹角α落入[α_合-Δα，α_合+Δα]的范围，则判定隔离开关的工作状态为合闸状态；

若夹角α落入[α_开-Δα，α_开+Δα]的范围，则判隔离开关的工作状态为分闸状态；

若夹角α均未落入[α_合-Δα，α_合+Δα]和[α_开-Δα，α_开+Δα]的范围，则判隔离开关的工作状态为异常；

其中Δα为偏差角度；

其中，夹角α_合、夹角α_分和夹角α分别为：

α_合＝arctan((k2_合-k1_合)/(1+k1_合k2_合))；

α_分＝arctan((k2_分-k1_分)/(1+k1_分k2_分))；

α＝arctan((k2-k1)/(1+k1k2))。

10.根据权利要求7所述的隔离开关工作状态监测方法，其特征在于，电动云台的旋转包括电动云台水平面旋转和上下旋转；

在隔离开关的工作状态监测阶段，当控制器接收到上位总控机发送的自动操作命令时，控制器控制电动云台自动旋转使得图像采集设备依次采集到各隔离开关的图像，具体为：

获取各隔离开关的位置，根据相邻两个隔离开关之间的位置关系，确定图像采集设备从采集当前隔离开关变换到采集相邻隔离开关时，电动云台每次要旋转的角度；

在隔离开关的工作状态监测启动后，首先将电动云台控制到图像采集设备能采集到某个隔离开关图像的位置；然后按照上述获取到的角度信息控制电动云台每次旋转相应角度，并且停留一定时间；当图像采集设备每遍历完一次所有隔离开关的图像后，控制器控制电动云台进行下一轮的旋转；

在隔离开关的工作状态监测阶段，当控制器接收到上位总控机发送的手动操作命令时，停止对电动云台的自动旋转控制；电动云台接收控制手柄通过控制器发送的运行控制信号，同时电动变焦镜头接收控制手柄通过控制器发送的焦距调节信号；

针对于每个隔离开关，当该隔离开关为第一次被采集图像时，记录该隔离开关第一次被采集时图像采集设备拍摄的焦距；当该隔离开关再被进行图像采集时，控制器根据上述记录的图像采集设备拍摄的焦距直接调节电动变焦镜头。