CN111521222A - 一种手车式开关柜刀闸状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手车式开关柜刀闸状态监测装置，该装置由白光照明模块、可见光成像模块、测温红外热成像模块、网络通信模块和控制板组成。具体工作时，需监测时控制板向白光照明模块发出指令，开启白光照明，可见光成像模块获取监测区域的彩色图像，基于图像方式识别位于开关柜的开关室内的刀闸的开合状态，测温红外成像模块获取监测区域的红外成像图像和在线温度监测数据，对刀闸开合状态进行复核，网络通信模块输出复核后的刀闸开合状态以及在线温度监测数据，实现刀闸状态监测。本发明提出的手车式开关柜刀闸状态监测装置可以提供实时视频，由于采用可见光相机操作人员可以看到开关柜断路器的倒闸过程和刀闸的状态以及手车室内情况。

Description

一种手车式开关柜刀闸状态监测装置

技术领域

本发明属于电力供应系统中机器或结构部件的静或动平衡的测试技术领域，具体涉及一种手车式开关柜刀闸状态监测装置。

背景技术

手车式开关柜是一种常见的电气设备，开关柜的外线先进入柜内的主控开关，然后再进入分控开关，各分路按实际的需要进行设置。主要是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备，应用非常广泛，主要用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。

众所周知，电力行业对安全性的要求非常高，虽然行业内通过规定开关柜的“五防”措施，从设备机械结构、防护以及送电、停电(检修)的操作步骤要求等多方面保证了手车式开关柜使用的安全。但是，由于操作人员无法看到开关柜手车室内的刀闸，一旦出现机械等方面的故障或人员操作失误导致刀闸开合不到位、通电工作中刀闸温度异常升高，就会引发电力事故。因此，亟需一种手车式开关柜刀闸识别检测装置及其工作方法，以解决上述问题。

现有技术中，对于手车式开关柜运行状态检测装置，申请号为CN201821051730.4的实用新型提出在手车式开关柜内设置六轴传感器和两级数据处理模块，实现将开关柜设备运行的情况数据化，方便构建更大的监控系统，但这种方案存在缺点，由于手车式开关柜的特殊性，运转手车推入或推出时，操作人员不能看到断路器刀闸行走过程。而且该方案只实现了本地状态监测显示，未能实现远程在线式监测。

发明内容

本发明针对上述问题提出一种手车式开关柜刀闸识别监测装置，用于手车式开关柜手车室内断路器刀闸监测，实现倒闸过程可视化，刀闸状态自识别，刀闸通电工作温度在线监测。包括照明模块、可见光成像模块、红外热成像测温模块以及控制模块。开启白光照明，获取可见光图像视频、红外热成像视频和温度数据，基于图像识别刀闸开合状态。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案为一种手车式开关柜刀闸状态监测装置，该装置由白光照明模块、可见光成像模块、测温红外热成像模块、网络通信模块和控制板组成。具体工作时，需监测时控制板向白光照明模块发出指令，开启白光照明，可见光成像模块获取监测区域的彩色图像，基于图像方式识别位于开关柜的开关室内的刀闸的开合状态，测温红外成像模块获取监测区域的红外成像图像和在线温度监测数据，对刀闸开合状态进行复核，网络通信模块输出复核后的刀闸开合状态以及在线温度监测数据，实现刀闸状态监测。

作为本发明的特色之一，白光照明模块可提供本地主动白光补光，适应开关室内无光环境，实现可见光成像。

上述可见光成像模块可采集开关室内刀闸的RGB彩色图像原始数据，然后传输给控制板。

上述控制板获取刀闸的RBG彩色图像原始数据后，经过图像信号处理后获取图像数据，经过图片预处理、刀闸区域分割、刀闸定位、刀闸状态分析后判断刀闸开合状态。

上述控制板还可以同时获取监测区域的红外成像图像和温度数据。

本发明还提出一种利用上述手车式开关柜刀闸状态监测装置进行基于图像的刀闸状态识别的方法，具体包含以下步骤：

S1：获取监测区域的图片并进行预处理；

S2：刀闸区域分割，使用灰度和颜色特征对图像进行二值化，将刀闸区域从图像中分割出来；

S3：刀闸定位，分离出图像前背景，在分离的前景区域内以像素点为节点构建图模型，在图的边的定义中融入刀闸臂的颜色、形状等先验知识，利用图的最大流最小割算法对图像进行分割，确定刀闸臂区域；

S4：确定刀闸状态分析，在确定刀闸位置后利用步骤S3所述先验知识在刀闸的相关位置搜索刀闸臂，根据定位的刀闸臂与刀闸之间的关系确定刀闸开合状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1，本发明提出的手车式开关柜刀闸状态监测装置可以提供实时视频，由于采用可见光相机操作人员可以看到开关柜断路器的倒闸过程和刀闸的状态以及手车室内情况。

2，本装置自带可见光补光，可适应手车室内无光环境，并基于视频图像分析判断断路器刀闸开合状态。

3，本装置还基于红外热成像测温复核断路器刀闸的开合状态，同时提供在线式刀闸实时温度监测，确保手车式开关柜断路器刀闸运行正常。

附图说明

图1为手车式开关柜刀闸状态监测装置的系统框图；

图2为本发明一个实施例的硬件原理框图；

图3为数据处理流程图；

图4为基于图像刀闸状态识别流程图。

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。

手车式开关柜手车室内断路器刀闸，在倒闸操作过程中，操作人员看不到刀闸开合闸过程，以及合闸后刀闸的状态；只能通过机械卡位等方法来判断刀闸开合状态。手车式开关柜刀闸状态监测装置，解决倒闸操作过程的可视化，刀闸状态的自识别，刀闸合闸通电后基于在线实时温度的故障监测。

图1是手车式开关柜刀闸状态监测装置的系统框图。手车式开关柜刀闸状态监测装置，包括白光照明模块、可见光成像模块、测温红外热成像模块、网络通信模块和控制板。控制板开启白光照明，从可见光成像模块获取彩色图像，基于图像方式识别开关柜开关室内刀闸开合状态；从测温红外成像模组获取红外成像图像、温度数据，复核刀闸闭合状态，同时，提供在线温度监测数据；通过网络通信模块，输出刀闸状态以及在线测温数据，实现刀闸状态监测。

白光照明模块，提供本地主动白光补光，适应开关室内无光环境，实现可见光成像。可见光成像模块，采集开关室内刀闸RGB彩色图像数据，传输给控制板。测温红外热成像模块，采用被动红外成像测温技术，提供红外热成像图像和温度数据。控制板，获取刀闸RBG彩色图像原始数据后，进过ISP(图像信号处理)处理后，获取图像数据，经过图片预处理、刀闸区域分割、刀闸定位、刀闸状态分析后，判断刀闸开合状态；同时，获取红外热成像图像和温度数据。

图2是本发明手车式开关柜刀闸状态监测装置的一个实施例的硬件原理框图。照明模块提供白光补光，可见光成像模块提供彩色图像，红外热成像模块提供红外热成像图像和温度数据，控制模块获取彩色图像和红外热成像图像后，进行刀闸状态识别，通过网络模块输出刀闸状态识别结果和在线实时温度数据。

照明模块由恒流驱动电路驱动白光LED，通过控制PWM信号调节白光照明亮度。可见光成像模块，可见光从镜头聚焦到图像传感器，中间通过滤光片滤除干扰波段光线，通过MIPI总线传输RGB原始图像数据给控制模块。红外热成像模块，监测物体(如刀闸)发出红外光线，由镜头聚焦到红外探测器，配合ADC(模数转换)和扫描读出电路，通过BT.1120视频并行总线接口传输红外热成像图像数据给控制模块。控制模块，板上有NAND存储器、SRAM静态存储器、DRAM动态存储器等提供程序运行需要的硬件环境；有图像处理单元、视频图形单元、ISP处理单元、神经网络加速引擎、视频编解码等提供图像视频算法相关处理；通过千兆网络传输数据。

图3是手车式开关柜刀闸状态监测装置的数据处理流程。手车式开关柜刀闸状态监测装置收到刀闸状态识别命令后，开启本地白光照明，获取可见光图像数据，再基于图像数据识别刀闸状态；如果是合闸操作，那么获取红外热成像数据判断刀闸工作温度；如果刀闸工作温度正常，那么判断刀闸合闸正常并输出结果，否则判断刀闸合闸异常并输出结果；如果不是合闸操作，那么输出基于图像识别判断刀闸的状态并输出结果。同时，手车式开关柜刀闸状态监测装置获取红外热成像图像和温度数据，监测刀闸温度，输出在线监测温度数据。

图4是手车式开关柜刀闸状态监测装置的基于图像刀闸状态识别流程图，包含以下步骤：

第一步，获取图片并进行预处理。首先获取彩色视频中的一帧图像，用于检测；帧图像处理，并裁剪边缘；对裁剪后的图片进行灰度处理，转化为灰度图片。

第二步，刀闸区域分割。使用灰度和颜色等特征对图像进行二值化，将刀闸区域从图像中分割出来，以便后续分析。

第三步，刀闸定位。分离出图像前背景；在分离的前景区域内以像素点为节点，构建图模型，在图的边的定义中融入刀闸臂的颜色、形状等先验知识，利用图的最大流最小割算法对图像进行分割，确定刀闸臂区域。

第四步，刀闸状态分析。在确定刀闸位置后，利用颜色、形状等先验知识在刀闸的相关位置搜索刀闸臂，根据定位的刀闸臂与刀闸之间的关系并确定刀闸开合状态。

本发明提出的手车式开关柜刀闸状态监测装置，自带白光补光可见光，相机可提供可见光图像视频，测温型红外热成像提供红外热成像图像和温度数据，因此可基于可见光图像识别判断刀闸开合状态，基于红外热成像测温数据复判刀闸合闸状态。又可以提供可见光彩色视频，实现倒闸过程可视化。本装置还提供在线测温数据，24小时监测刀闸合闸工作后是否出现故障。

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)

1.一种手车式开关柜刀闸状态监测装置，其特征在于，由白光照明模块、可见光成像模块、测温红外热成像模块、网络通信模块和控制板组成，需监测时控制板向白光照明模块发出指令，开启白光照明，可见光成像模块获取监测区域的彩色图像，基于图像方式识别位于开关柜的开关室内的刀闸的开合状态，测温红外成像模块获取监测区域的红外成像图像和在线温度监测数据，对刀闸开合状态进行复核，网络通信模块输出复核后的刀闸开合状态以及在线温度监测数据，实现刀闸状态监测。

2.根据权利要求1所述的手车式开关柜刀闸状态监测装置，其特征在于，所述白光照明模块提供本地主动白光补光，适应开关室内无光环境，实现可见光成像。

3.根据权利要求1所述的手车式开关柜刀闸状态监测装置，其特征在于，所述可见光成像模块采集开关室内刀闸的RGB彩色图像原始数据，传输给控制板。

4.根据权利要求3所述的手车式开关柜刀闸状态监测装置，其特征在于，所述控制板获取刀闸的RBG彩色图像原始数据后，经过图像信号处理后获取图像数据，经过图片预处理、刀闸区域分割、刀闸定位、刀闸状态分析后判断刀闸开合状态。

5.根据权利要求3所述的手车式开关柜刀闸状态监测装置，其特征在于，所述控制板同时获取红外成像图像和温度数据。

6.一种利用权利要求1所述的手车式开关柜刀闸状态监测装置进行基于图像的刀闸状态识别的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1：获取监测区域的图片并进行预处理；

S2：刀闸区域分割，使用灰度和颜色特征对图像进行二值化，将刀闸区域从图像中分割出来；

S3：刀闸定位，分离出图像前背景，在分离的前景区域内以像素点为节点构建图模型，在图的边的定义中融入刀闸臂的先验知识，利用图的最大流最小割算法对图像进行分割，确定刀闸臂区域；

S4：确定刀闸状态分析，在确定刀闸位置后利用步骤S3所述先验知识在刀闸的相关位置搜索刀闸臂，根据定位的刀闸臂与刀闸之间的关系确定刀闸开合状态。

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