CN110289687A - 一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统 - Google Patents

一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，基于图像采集，应用图像分析技术，能够自动发现开闭所内部环境，因冷热变化所引起冷凝水或者冰块、附结在设备上的凝露现象，并智能判断严重等级、进行相应除霜控制，从而减少凝露给设备带来短路等其他恶劣影响，通过实际实施应用，可以及时检测出开闭所内的凝露现象，并且分析危险等级，不仅提高了系统检测手段的冗余性，提高了系统的稳定性；而且可以提高系统的智能性，减少人员的工作。

Description

一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统
技术领域
本发明涉及一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，属于开闭所冷凝监控技术领域。
背景技术
开闭所是配电网底层最基本的单元，是电力由高压向低压输送的关键环节之一。随着经济的发展，城区土地可谓寸土寸金，能提供给供电设备使用的空间往往是小区的地下室，使得地下开闭所数量逐年增加。地下开闭所空间狭小，空气无法形成对流；同时地下室电缆沟中很容易出现渗水、积水、结冰现象，加上电缆管、沟封堵不严实，造成地下开闭所及开关柜内潮气重、湿度大。当开关柜壁的温度低于湿空气的露点温度时，就会形成凝露。
当前，大部分开闭所都是无人值守，凝露使电气设备产生的放电现象通常不会被及时发现和处理，对供电安全造成威胁。经研究发现，控制电缆沟内的湿度是解决开关柜凝露问题的重中之重。对此，诸如文献《开闭所智能防凝露装置的研制与应用》(《电力安全技术》，第20卷，2018年第10期)、专利《一种防潮防凝露开闭所》(专利号CN208690808U)、专利《种用于户外开闭所的排水型冷凝除湿装置》(专利号CN201621177716.X)，均考虑了开闭所中的这个问题，具体设计出一套湿度测量装置来监测开闭所内电缆沟的湿度；当湿度超出设定值时，启动开闭所内的湿度控制设备，将电缆沟内的湿度控制在合理范围内，实现开闭所湿度的自动控制。
另外，例如《一种开闭所供电环境监测控制系统》(专利号CN201720062723.3)，公开了开始配备摄像机和传感器对开闭所进行多方面的监测和保护。但是湿度计长期在开闭所这样的恶劣环境下使用，会减少寿命年限、或者产生异常、或者除湿装置工作异常，从而会引起执行器判断失误，产生凝露，引起开闭所的事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，能够自动发现开闭所内部环境，因冷热变化所引起冷凝水或者冰块、附结在设备上的凝露现象，并智能判断严重等级、进行相应除霜控制，从而减少凝露给设备带来短路等其他恶劣影响。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，用于针对开闭所内的凝露实现图像检测，开闭所内固定设置除湿机、以及各个固定角度的图像捕获装置，各个图像捕获装置共同实现对开闭所内电气设备的覆盖式拍摄，基于对开闭所内温度、湿度的实时检测，当温度、湿度分别均低于预设温度阈值、预设湿度阈值时，触发开闭所内光源工作照明，并周期控制各个图像捕获装置工作捕获图像，同时分别针对各幅捕获图像执行如下步骤：
步骤A.获得捕获图像中预设定位点位置所对应的电气设备表面图像，然后进入步骤B；
步骤B.针对电气设备表面图像进行灰度处理更新，并分别获得各个像素点的灰度值，然后进入步骤C；
步骤C.根据电气设备表面图像中各像素点的灰度值，按灰度值小于灰度阈值T1的像素点的灰度值设为0，灰度值不小于灰度阈值T1的像素点的灰度值设为1，针对电气设备表面图像进行二值化处理，然后进入步骤D；
步骤D.判断电气设备表面图像中是否存在灰度值为1的像素点，是则表示开闭所内出现凝露，达到预设开闭所A级危险等级，控制针对开闭所进行除霜操作，否则判断开闭所内未出现凝露。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括如下步骤，步骤D中达到预设开闭所A级危险等级后，进入步骤E；
步骤E.去除电气设备表面图像中灰度值为1、且面积小于预设第一面积阈值T2的区域，获得电气设备表面滤波图像，然后进入步骤F；
步骤F.分别获得电气设备表面滤波图像中、各灰度值为1的连通区域的面积，并获得其中的最大面积，判断该最大面积是否小于预设第二面积阈值T3，是则表示图像捕获装置镜头表面未出现露珠；否则表示图像捕获装置镜头表面出现了凝露的露珠，并保持控制针对开闭所进行除霜操作。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括如下步骤，所述步骤F中，当所述最大面积小于预设第二面积阈值T3，则表示图像捕获装置镜头表面未出现露珠，并进入步骤G；
步骤G.针对电气设备表面图像表面构建二维坐标系，并进入步骤H；
步骤H.分别针对电气设备表面滤波图像中各灰度值为1的连通区域，首先获得连通区域的中心位置坐标，然后在电气设备表面图像中，采用区域生长树方法，以该中心位置坐标出发，沿其左上、正上、右上、左、右方向进行痕迹提取，即获得该中心位置坐标所对应的运动轨迹；由此获得电气设备表面滤波图像中各灰度值为1的连通区域的中心位置坐标、分别对应于电气设备表面图像中的运动轨迹，作为电气设备表面图像中的各条凝露轨迹，然后进入步骤I；
步骤I.分别获得电气设备表面图像中各条凝露轨迹的长度，并判断电气设备表面图像中、是否存在长度大于预设长度阈值T4的凝露轨迹，是则表示开闭所达到预设开闭所B级危险等级，控制针对开闭所进行除霜操作，并进入步骤J；否则表示开闭所仍处于预设开闭所A级危险等级，保持控制针对开闭所进行除霜操作；
步骤J.判断电气设备表面图像中、长度大于预设长度阈值T4的凝露轨迹的数目是否大于预设数目阈值T5，是则表示开闭所达到预设开闭所C级危险等级，控制针对开闭所进行除霜操作；否则表示开闭所仍处于预设开闭所B级危险等级，保持控制针对开闭所进行除霜操作。
作为本发明的一种优选技术方案：执行步骤I至步骤J的同时，还包括执行如下步骤：
步骤IJ.判断开闭所内温度是否低于零度，是则表示电气设备表面图像中各条凝露轨迹为电气设备表面的结冰，否则表示电气设备表面图像中各条凝露轨迹为电气设备表面的流水。
作为本发明的一种优选技术方案：所述开闭所中还设置报警器，当所述开闭所依次达到预设开闭所A级危险等级、预设开闭所B级危险等级、预设开闭所C级危险等级时，分别控制报警器执行三种不同形式的报警。
作为本发明的一种优选技术方案：所述报警器包括声音报警器、光线报警器和远程报警器。
本发明所述一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，基于图像采集，应用图像分析技术，能够自动发现开闭所内部环境，因冷热变化所引起冷凝水或者冰块、附结在设备上的凝露现象，并智能判断严重等级、进行相应除霜控制，从而减少凝露给设备带来短路等其他恶劣影响，通过实际实施应用，可以及时检测出开闭所内的凝露现象，并且分析危险等级，不仅提高了系统检测手段的冗余性，提高了系统的稳定性；而且可以提高系统的智能性，减少人员的工作。
附图说明
图1是本发明设计基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统中方法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明所设计基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，应用原理为：当相机拍摄到冷凝水或者冰块时，在光线上会产生反射的高亮度白光，而开闭所内部的设备均为亚光材料，不应出现有高强度白光，所以一旦检测出有多个白光的点，即可以判断出可能已经产生了凝露现象。同时，可以根据短距离白光的点的连线，可以判断出凝露现象已经形成了运动的水流，说明现象已经十分严重，如果水流数量多，那么已经十分危险了。
因此，本发明设计了一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，用于针对开闭所内的凝露实现图像检测，开闭所内固定设置除湿机、报警器、以及各个固定角度的图像捕获装置，各个图像捕获装置共同实现对开闭所内电气设备的覆盖式拍摄，基于对开闭所内温度、湿度的实时检测，当温度、湿度分别均低于预设温度阈值、预设湿度阈值时，触发开闭所内光源工作照明，并周期控制各个图像捕获装置工作捕获图像，同时分别针对各幅捕获图像，按图1所示，执行如下步骤。
步骤A.获得捕获图像中预设定位点位置所对应的电气设备表面图像，然后进入步骤B。
步骤B.针对电气设备表面图像进行灰度处理更新，并分别获得各个像素点的灰度值，然后进入步骤C。
步骤C.根据电气设备表面图像中各像素点的灰度值，按灰度值小于灰度阈值T1的像素点的灰度值设为0，灰度值不小于灰度阈值T1的像素点的灰度值设为1，针对电气设备表面图像进行二值化处理，然后进入步骤D。
步骤D.判断电气设备表面图像中是否存在灰度值为1的像素点，是则表示开闭所内出现凝露，达到预设开闭所A级危险等级，控制报警器执行相应形式的报警，控制针对开闭所进行除霜操作，然后进入步骤E；否则判断开闭所内未出现凝露。
步骤E.去除电气设备表面图像中灰度值为1、且面积小于预设第一面积阈值T2的区域，获得电气设备表面滤波图像，然后进入步骤F。
步骤F.分别获得电气设备表面滤波图像中、各灰度值为1的连通区域的面积，并获得其中的最大面积，判断该最大面积是否小于预设第二面积阈值T3，是则表示图像捕获装置镜头表面未出现露珠，并进入步骤G；否则表示图像捕获装置镜头表面出现了凝露的露珠，并保持控制针对开闭所进行除霜操作。
步骤G.针对电气设备表面图像表面构建二维坐标系，并进入步骤H。
步骤H.分别针对电气设备表面滤波图像中各灰度值为1的连通区域，首先获得连通区域的中心位置坐标。
这里不同于传统的区域生长树的像素点的左上、正上、右上、左、右、左下、正下、右下的8个方向生长的探索过程，为了减少计算资源，考虑到水渍只会沿重力下降的过程，所以只考虑像素点的左上、正上、右上、左、右的5个方向的生长，从而减少了计算量；即然后在电气设备表面图像中，采用区域生长树方法，以该中心位置坐标出发，沿其左上、正上、右上、左、右方向进行痕迹提取，即获得该中心位置坐标所对应的运动轨迹；区域生长树方法是经典算法，其内容在此不再赘述。
由此获得电气设备表面滤波图像中各灰度值为1的连通区域的中心位置坐标、分别对应于电气设备表面图像中的运动轨迹，作为电气设备表面图像中的各条凝露轨迹，然后进入步骤I。
步骤I.分别获得电气设备表面图像中各条凝露轨迹的长度，并判断电气设备表面图像中、是否存在长度大于预设长度阈值T4的凝露轨迹，是则表示开闭所达到预设开闭所B级危险等级，控制报警器执行相应形式的报警，控制针对开闭所进行除霜操作，并进入步骤J；否则表示开闭所仍处于预设开闭所A级危险等级，保持控制报警器执行相应形式的报警。
步骤J.判断电气设备表面图像中、长度大于预设长度阈值T4的凝露轨迹的数目是否大于预设数目阈值T5，是则表示开闭所达到预设开闭所C级危险等级，控制报警器执行相应形式的报警，控制针对开闭所进行除霜操作；否则表示开闭所仍处于预设开闭所B级危险等级，保持控制报警器执行相应形式的报警。
上述执行步骤I至步骤J的同时，还包括执行如下步骤IJ。
步骤IJ.判断开闭所内温度是否低于零度，是则表示电气设备表面图像中各条凝露轨迹为电气设备表面的结冰，否则表示电气设备表面图像中各条凝露轨迹为电气设备表面的流水。
实际应用实施中，当开闭所内温度、湿度分别均低于预设温度阈值、预设湿度阈值时，触发开闭所内光源工作照明，并周期控制各个图像捕获装置工作捕获图像，同时分别针对各幅捕获图像执行上述步骤，同时当执行上述过程，使得开闭所内温度、湿度没有均低于预设温度阈值、预设湿度阈值时，则即跳出上述执行步骤，停止图像捕获装置的周期工作，关闭开闭所内的光源，实际应用中，基于上述方案的实施，开闭所内固定设置工控机、除湿机、报警器、温湿度传感器、以及各个固定角度的图像捕获装置，除湿机、报警器、温湿度传感器、以及各个图像捕获装置分别与工控机相连接，工控机并取电对与其相连各个装置进行供电，实际应用当中，工控机为研华组装工控机IPC-610L，对于其中的报警器，具体可以设计采用声音报警器、光线报警器和远程报警器，进而实现不同形式的报警，或者不同形式组合式报警，其中，声音和光线报警器采用的是LTE-1101J旋转爆闪警报灯，远程短信报警器采用的是YeeCOM工业GPRS DTU；各个图像捕获装置均设计采用摄像机，具体应用Balser的500万像素普通面阵摄像机；开闭所内的光源，设计采用今日视电公司的55W面阵光源，能够使得开闭所内光照更加均匀；温湿度传感器设计采用温湿度变送器SHT20传感器模块；除湿机采用的是两台DOROSIN/多乐信DR-1382除湿机。
上述技术方案所设计基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，实际应用中，基于图像采集，应用图像分析技术，能够自动发现开闭所内部环境，因冷热变化所引起冷凝水或者冰块、附结在设备上的凝露现象，并智能判断严重等级、进行相应除霜控制，从而减少凝露给设备带来短路等其他恶劣影响，通过实际实施应用，可以及时检测出开闭所内的凝露现象，并且分析危险等级，不仅提高了系统检测手段的冗余性，提高了系统的稳定性；而且可以提高系统的智能性，减少人员的工作。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，用于针对开闭所内的凝露实现图像检测，其特征在于：开闭所内固定设置除湿机、以及各个固定角度的图像捕获装置，各个图像捕获装置共同实现对开闭所内电气设备的覆盖式拍摄，基于对开闭所内温度、湿度的实时检测，当温度、湿度分别均低于预设温度阈值、预设湿度阈值时，触发开闭所内光源工作照明，并周期控制各个图像捕获装置工作捕获图像，同时分别针对各幅捕获图像执行如下步骤：
步骤A.获得捕获图像中预设定位点位置所对应的电气设备表面图像，然后进入步骤B；
步骤B.针对电气设备表面图像进行灰度处理更新，并分别获得各个像素点的灰度值，然后进入步骤C；
步骤C.根据电气设备表面图像中各像素点的灰度值，按灰度值小于灰度阈值T1的像素点的灰度值设为0，灰度值不小于灰度阈值T1的像素点的灰度值设为1，针对电气设备表面图像进行二值化处理，然后进入步骤D；
步骤D.判断电气设备表面图像中是否存在灰度值为1的像素点，是则表示开闭所内出现凝露，达到预设开闭所A级危险等级，控制针对开闭所进行除霜操作，否则判断开闭所内未出现凝露。
2.根据权利要求1所述一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，其特征在于，还包括如下步骤，步骤D中达到预设开闭所A级危险等级后，进入步骤E；
步骤E.去除电气设备表面图像中灰度值为1、且面积小于预设第一面积阈值T2的区域，获得电气设备表面滤波图像，然后进入步骤F；
步骤F.分别获得电气设备表面滤波图像中、各灰度值为1的连通区域的面积，并获得其中的最大面积，判断该最大面积是否小于预设第二面积阈值T3，是则表示图像捕获装置镜头表面未出现露珠；否则表示图像捕获装置镜头表面出现了凝露的露珠，并保持控制针对开闭所进行除霜操作。
3.根据权利要求2所述一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，其特征在于，还包括如下步骤，所述步骤F中，当所述最大面积小于预设第二面积阈值T3，则表示图像捕获装置镜头表面未出现露珠，并进入步骤G；
步骤G.针对电气设备表面图像表面构建二维坐标系，并进入步骤H；
步骤H.分别针对电气设备表面滤波图像中各灰度值为1的连通区域，首先获得连通区域的中心位置坐标，然后在电气设备表面图像中，采用区域生长树方法，以该中心位置坐标出发，沿其左上、正上、右上、左、右方向进行痕迹提取，即获得该中心位置坐标所对应的运动轨迹；由此获得电气设备表面滤波图像中各灰度值为1的连通区域的中心位置坐标、分别对应于电气设备表面图像中的运动轨迹，作为电气设备表面图像中的各条凝露轨迹，然后进入步骤I；
步骤I.分别获得电气设备表面图像中各条凝露轨迹的长度，并判断电气设备表面图像中、是否存在长度大于预设长度阈值T4的凝露轨迹，是则表示开闭所达到预设开闭所B级危险等级，控制针对开闭所进行除霜操作，并进入步骤J；否则表示开闭所仍处于预设开闭所A级危险等级，保持控制针对开闭所进行除霜操作；
步骤J.判断电气设备表面图像中、长度大于预设长度阈值T4的凝露轨迹的数目是否大于预设数目阈值T5，是则表示开闭所达到预设开闭所C级危险等级，控制针对开闭所进行除霜操作；否则表示开闭所仍处于预设开闭所B级危险等级，保持控制针对开闭所进行除霜操作。
4.根据权利要求3所述一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，其特征在于：执行步骤I至步骤J的同时，还包括执行如下步骤：
步骤IJ.判断开闭所内温度是否低于零度，是则表示电气设备表面图像中各条凝露轨迹为电气设备表面的结冰，否则表示电气设备表面图像中各条凝露轨迹为电气设备表面的流水。
5.根据权利要求3或4所述一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，其特征在于：所述开闭所中还设置报警器，当所述开闭所依次达到预设开闭所A级危险等级、预设开闭所B级危险等级、预设开闭所C级危险等级时，分别控制报警器执行三种不同形式的报警。
6.根据权利要求5所述一种基于图像分析的开闭所智能冷凝控制系统，其特征在于：所述报警器包括声音报警器、光线报警器和远程报警器。
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