CN111447419A - 一种智能gis压力表无线直读装置 - Google Patents

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穆科明
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Abstract

本发明公开了一种智能GIS压力表无线直读装置，该无线直读装置与GIS压力表机械连接，主要包括照明模块、成像模块、指针识别模块、图片压缩模块、无线传输模块和对前述五个模块进行供电的低功耗电池供电管理模块。该无线直读装置被唤醒工作后，照明模块启动，成像模块开始抓取表盘图片，传输给指针识别模块读取指针数值，同时图片压缩模块对表盘图片进行压缩，通过无线传输模块传输表计读数和表盘图片。照明模块提供本地主动高亮度白光照明。本发明无需布线施工，表计数据获取智能化，同时可按需提供表盘图片以及人工现场抄表，显著提高了变电站表计巡视的智能、高效特点，同时又支持人工后期的复核和核验手段，保证了抄表的正确性。

Description

一种智能GIS压力表无线直读装置
技术领域
本发明属于对被测量值的可见指示进行传递输出的测量测试技术领域，具体涉及一种智能GIS压力表无线直读装置。
背景技术
在气体绝缘变电站GIS(Gas Insulated Substation)中，大部分的电气设备都是被直接或间接密封在金属管道和套管所组成的管道树中，从外部看不到任何开关、线路和接线端子。管道树的内部全部采用SF6气体作为绝缘介质，并将所有的高压电器元件密封在接地金属筒中。要保证高压电器元件运行的可靠性，就必须经常监视各项指标，特别是SF6气体必须要达到有关标准的规定。工作人员通过观测SF6压力表的数值，来判断GIS管道树中的惰性气体SF6是否正常。
通常SF6压力表的监测需要工作人员进行人工巡视，因此需要耗费大量的人力、物力，同时还存在误抄、漏抄的风险。GIS相对于常规开放式设备的变电站占地面积小，设施建设紧凑，导致有些SF6压力表由于空间问题，巡视人员无法进入查看；同时，也很难施工布线加装有线通信设备对SF6压力表实现监测。
现有技术中，公开号为CN104006834A、名称为“变电站机械式表计数据采集及诊断系统”的发明公开了一种包含实时摄像模块、图像采集模块、图像识别模块和状态诊断模块的变电站机械式表计数据采集及诊断系统，但该系统的各模块之间是通过视频线、通讯电缆传递信号，考虑到GIS设备布局非常紧凑，这种数据采集及诊断系统的导入不仅会加剧站内空间的紧张，还有可能会带来电磁信号的干扰，导致检测数据的失真或误检。因此，针对上述问题，客观上亟需开发一种新的智能GIS压力表无线直读装置。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题提出一种无需布线施工，使用寿命长、成本低的无线抄表装置，以解决人工巡视和由通过有线连接的多个设备组成的数据采集系统的缺点。
为实现上述目的，本发明提出的技术方案为具体一种智能GIS压力表无线直读装置，该无线直读装置与GIS压力表机械连接，主要包括照明模块、成像模块、指针识别模块、图片压缩模块、无线传输模块和对前述五个模块进行供电的低功耗电池供电管理模块。该无线直读装置被唤醒工作后，照明模块启动，成像模块开始抓取表盘图片，传输给指针识别模块读取指针数值，同时图片压缩模块对表盘图片进行压缩，通过无线传输模块传输表计读数和表盘图片。
作为优选，上述照明模块提供本地主动高亮度白光照明，以适应无光照条件下的压力表拍照识别，同时还可以适应外部光照对表盘形成干扰的应用场景。
为便于人工现场复查，上述照明模块和成像模块机械连接，位于GIS压力表表盘上方，不遮挡压力表表盘。
上述无线传输模块采用低功耗无线传输技术，以有效降低智能GIS压力表无线直读装置的整体功耗。
本发明的无线直读装置工作时只开启必要的电路模块，并在工作完成后进入休眠模式，支持定时唤醒和远程无线唤醒两种模式。
利用本发明提出的智能GIS压力表无线直读装置进行智能GIS压力表表计数据采集的过程，包含以下步骤：
步骤1：智能GIS压力表无线直读装置被定时唤醒或远程无线唤醒；
步骤2：给成像电路供电，使能成像电路；
步骤3：获取压力表表盘的RGB原始图像数据；
步骤4：进行图像信号处理；
步骤5：获取压力表表盘图片，关闭成像电路；
步骤6：对获取的图片进行表指针识别，求解出压力表读数；同时进行图片压缩；
步骤7：把压力表的读数和压缩后的图片通过无线方式进行发送；
步骤8：进入低功耗休眠模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
一，本发明提出的智能GIS压力表无线直读装置采用无线通信和电池供电，无需布线施工，表计数据获取智能化，同时可按需提供表盘图片以及人工现场抄表，显著提高了变电站表计巡视的智能、高效特点，同时又支持人工后期的复核和核验手段，保证了抄表的正确性；
二，支持低功耗休眠模式和触发式工作模式，整机连续工作长，具有寿命长、成本低的优点；
三，直读装置位于表盘上部的结构采用小弯管设计，不遮挡表盘，为人工现场抄表提供方便；
四，直读装置安装方便、灵活，能解决部分表计无法通过人工常规巡视抄表问题；
附图说明
图1为智能GIS压力表无线直读装置的系统原理框图。
图2为智能GIS压力表无线直读装置的硬件原理框图。
图3为智能GIS压力表无线直读装置的数据处理流程。
图4为智能GIS压力表无线直读装置的表指针识别流程示意图。
图5为智能GIS压力表无线直读装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
图1是智能GIS压力表无线直读装置的系统原理框图。智能GIS压力表无线直读装置，包括照明模块、成像模块、指针识别模块、图片压缩模块、无线传输模块和低功耗电池供电管理模块。智能GIS压力表无线直读装置被唤醒工作后，开启白光照明，启动成像模块抓取图片；传输给指针识别模块读取指针数值，同时，图片压缩模块压缩图片；最后，通过无线传输模块传输表计读数和表盘图片。
智能GIS压力表无线直读装置采用无线通信和电池供电，方便施工安装，所以，需要低功耗电池供电管理，进入工作时只开启必要的电路模块，并在工作完成后进入休眠模式。支持定时唤醒和远程无线唤醒两种模式，满足GIS压力表不同巡检方式的应用。
照明模块，提供本地主动高亮度白光照明，适应无光照条件下的压力表拍照识别，同时，适应外部光照对表盘干扰的应用场景。
无线传输模块，采用低功耗无线传输技术(如LoRa)，有效降低智能GIS压力表无线直读装置的整体功耗，并提供表计读数或直读图片的无线传输。
指针识别模块，经过对图片进行灰度预处理，提取基本轮廓后，通过霍夫变换，找出表盘上的指针，求解出指针读数。霍夫变换常用的基本方法如下：
对于所提取到的像素点(xi，yi)，i取任意正整数，数点可连成一条直线，该直线可用下式表示：
P(y＝ax+b)
去除上述像素点，设定参数a为斜率，b为截距，则有：
Figure BDA0002486234260000041
再求解Q(a，b)的函数驻点，Q(a，b)梯度为零时，点(a，b)应当满足以下方程式：
Figure BDA0002486234260000042
解上述方程组便可以得到系数a和b：
Figure BDA0002486234260000043
Figure BDA0002486234260000044
由以上结果便可以获得满足直线的方程：y＝ax+b，即获得了指针。
图2是智能GIS压力表无线直读装置的硬件原理框图。ARM模块控制白光照明LED，成像模块获取压力表照片，通过摄像头接口传输给ARM，进行图像处理、指针识别、图片压缩，最后通过无线传输模块发送压力表读数和图片。
成像模块，光线从镜头投射到图像传感器的图像阵列上，通过在增益控制器控制下的模数转化，得到图像原始数据，进过图像信号处理后由FIFO缓冲输出。ARM模块，当智能GIS压力表无线直读装置被唤醒后，通过控制白光照明LED电源开关MOS管开启白光补光，同时从成像模块获取图像数据；通过FIFO缓冲、DMA和AHB总线的协同工作，图像数据发送到CPU，进行图像处理、指针识别、图片压缩；通过SPI串行总线，发送压力表读数和图片。无线传输模块，接收SPI总线发送的数据，经过数据缓存、协议引擎、LoRa/FSK调制，在低通滤波器、功率放下器作用下发送无线数据；通过天线接收远程发送的无线电波，经过低噪声发达器预处理，送入混频器，分理处有效频率数据，经过模数转换、带通滤波器、解调器，得到无线命令数据并发送给ARM模块。
图3为利用本发明提出的智能GIS压力表无线直读装置进行智能GIS压力表表计数据采集的过程，包含以下步骤：
步骤1：智能GIS压力表无线直读装置被定时唤醒或远程无线唤醒；
步骤2：给成像电路供电，使能成像电路；
步骤3：获取压力表表盘的RGB原始图像数据；
步骤4：进行图像信号处理；
步骤5：获取压力表表盘图片，关闭成像电路；
步骤6：对获取的图片进行表指针识别，求解出压力表读数；同时进行图片压缩(比如JPEG)；
步骤7：把压力表的读数和压缩后的图片通过无线方式进行发送；
步骤8：进入低功耗休眠模式。
图4是智能GIS压力表无线直读装置的表指针识别流程。读入图片后，对图片进行灰度化、直方图均衡化以及双边滤波预处理，获取所需的灰度图像；对提取到的灰度图像进行Canny边缘检测，提取基本轮廓；通过霍夫圆变换获取表盘轮廓，通过霍夫线变换获取图片的指针信息；最后，把指针映射成相应的角度，推算出压力表读数。
图5是智能GIS压力表无线直读装置的一个实施例的结构示意图。装置位于表盘上部的结构采用L型小弯管设计，不遮挡表盘，获取表计实时数据时支持人工现场抄表。白光LED照明1在拍摄表盘图片时开启，成像模组2包含镜头和成像电路，电池盒4内部有电池和控制电路板(包含低功耗管理电路、指针识别电路、图片压缩电路和无线传输电路等)，天线3发送和接收无线电磁波，安装支架5采用抱箍6把装置固定到压力表上。
本发明可以降低工程施工安装难度，方便实施应用，减轻巡视人员的工作量，提高巡视效率、准确率，提供实景图片，支持人工后期复核。
需要说明的是，本发明所提供的上述实施例仅具有示意性，不具有限定本发明的具体实施的范围的作用。本发明的保护范围应包括那些对于本领域的普通技术人员来说显而易见的变换或替代方案。

Claims (6)

1.一种智能GIS压力表无线直读装置，该无线直读装置与GIS压力表机械连接，其特征在于包括照明模块、成像模块、指针识别模块、图片压缩模块、无线传输模块和对前述五个模块进行供电的低功耗电池供电管理模块，该无线直读装置被唤醒工作后，照明模块启动，成像模块开始抓取表盘图片，传输给指针识别模块读取指针数值，同时图片压缩模块对表盘图片进行压缩，通过无线传输模块传输表计读数和表盘图片。
2.根据权利要求1所述的智能GIS压力表无线直读装置，其特征在于，所述照明模块提供本地主动高亮度白光照明。
3.根据权利要求1所述的智能GIS压力表无线直读装置，其特征在于，所述照明模块和成像模块机械连接，位于GIS压力表表盘上方，不遮挡气压表表盘，便于人工现场复查。
4.根据权利要求1所述的智能GIS压力表无线直读装置，其特征在于，所述无线传输模块采用低功耗无线传输技术，有效降低智能GIS压力表无线直读装置的整体功耗。
5.根据权利要求1所述的智能GIS压力表无线直读装置，其特征在于装置工作时只开启必要的电路模块，并在工作完成后进入休眠模式，支持定时唤醒和远程无线唤醒两种模式。
6.一种利用权利要求1所述的智能GIS压力表无线直读装置进行智能GIS压力表表计数据采集的方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤1：智能GIS压力表无线直读装置被定时唤醒或远程无线唤醒；
步骤2：给成像电路供电，使能成像电路；
步骤3：获取压力表表盘的RGB原始图像数据；
步骤4：进行图像信号处理；
步骤5：获取压力表表盘图片，关闭成像电路；
步骤6：对获取的图片进行表指针识别，求解出气压表读数；同时进行图片压缩；
步骤7：把气压表的读数和压缩后的图片通过无线方式进行发送；
步骤8：进入低功耗休眠模式。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112529840A (zh) * 2020-11-06 2021-03-19 广东电网有限责任公司中山供电局 一种sf6充气设备压力下降缺陷图像识别装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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