CN112419284A - 基于输电线路部分图像的弧垂测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，包括S1获取输电线路部分图像；S2提取步骤S1中部分图像中的输电线路的几何特征。S3基于S2中获取的几何特征建立部分输电线路悬链线模型。S4根据图像几何特征关系，求取步骤S3中未知参数使部分输电线路悬链线模型成为完整输电线路悬链线模型。S5根据几何关系建立完整输电线路的两端点连线的直线方程模型。S6根据几何关系、基于步骤S5和步骤S4的两模型，建立弧垂值模型。本发明通过无人机航拍获取部分图像，依靠图像处理技术，基于图像上的几何关系，采用单一变量确定输电线路悬链线模型，进而间接获得弧垂距离，能够极大地降低时间与人力成本，提高工作效率。

Description

基于输电线路部分图像的弧垂测量方法

技术领域

本发明涉及输电线路弧垂测量方法，具体涉及一种基于输电线路部分图像的弧垂测量方法。

背景技术

输电线路弧垂是线路安全运行的主要指标，也是输电线路建设和维护过程中的关键参数之一。弧垂是指在平坦地面上，相邻两基电杆上导线悬挂高度相同时，导线最低点与两悬挂点间连线的垂直距离。

一般地，由于导线自重会形成轻微的弧垂；导线弧垂过大或过小都会影响线路的安全：过小的弧垂值容易导致杆塔和导线内部承受过大的拉力而发生导线断股甚至断裂事故，过大的弧垂值则容易导致导线与地物发生放电事故。因此，定期监测输电线路的最大弧垂，是电网维护工作的重要内容。

目前电力系统巡检作业过程中，最常用输电线路弧垂测量方式有两种：

一是人工采用经纬仪或全站仪进行测量计算，所采用的方法有等长法、异长法、角度法、平视法等。该测量方式操作繁琐，工作量大、作业效率较低，存在测量的弧垂与实际输电线路的弧垂误差较大的问题，且不易在峡谷、密林、高山等复杂环境下实施。

二是基于导线应力、温度、倾角等物理量来实时测量弧垂的测量装置，并且己在输电线路弧垂测量中得到应用。此类测量方式具有较高的创新性，并有效地提高了检测效率，但是生产安装成本和维护成本较高，不适合大范围长期使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，包括

S1获取输电线路的部分图像；

S2提取步骤S1中部分图像中的输电线路的几何特征；

S3基于S2中获取的几何特征建立部分输电线路悬链线模型；

S4根据图像几何特征关系，求取步骤S3中未知参数使部分输电线路悬链线模型成为完整输电线路悬链线模型；

S5根据几何关系建立完整输电线路的两端点连线的直线方程模型；

S6根据几何关系、基于步骤S5和步骤S4的两模型，建立弧垂值模型。

优选的：S1中的部分图像通过无人机航拍获得。对拍摄之后的图像进行预处理，包括如下步骤：

1)对无人机航拍所得输电线路部分图像进行中值滤波；

2)采用Canny边缘检测算子对滤波后的图像进行边缘检测；

3)边缘检测得到线路的两条边缘，参照曲线平滑的思想，采用两条边缘线的中间线来代替悬链线。

采用数字图像处理所用的坐标约定，选取曲线顶部倾角的正割值作为独立变量求解，即可确定部分输电线路的悬链线状态方程。

优选的：S2步骤中部分图像中的输电线路的几何特征的提取过程如下：

S21建立直角坐标系；

S23将曲线通过数字图像处理放入约定的坐标中；

S24根据几何关系获取部分曲线的两端点坐标(x₀,y₀)、(L₀,H₀)；曲线切点坐标(l,h)。

优选的：步骤S3建立的部分输电线路悬链线模型：

其中，secθ＝n，θ为曲线顶部倾角，a为待求系数；(l,h)是曲线切点坐标，(x₀,y₀)是部分曲线端点坐标。

优选的：步骤S4的具体过程如下：

S41通过部分图像上曲线的几何关系对正割值进行求解而获得a值；

S42将a值带入到步骤S3步骤所建立的部分输电线路悬链线模型获得无未知参数的完整输电线路悬链线模型。

优选的：步骤S41中的具体几何关系如下：

S411获取部分输电线路图像的两端点坐标(x₀,y₀)、(L₀,H₀)，

S412计算连接两端点直线的斜率k，得到两端点连接的直线方程；

S413利用点到直线的距离公式，求出点到直线的最大距离，对应的点即为切点，切点坐标为(l,h)；则k即为曲线顶部倾角的正切值tanθ，设secθ＝n；则

切点坐标即为顶点坐标(l,h)；将顶点坐标带入悬链线方程，由

解出a。

优选的：步骤S5中完整输电线路的两端点的直线方程模型，建立过程如下：

S51根据固定档距L，确定完整导线曲线两端点的横坐标：

L′为实拍部分线路曲线的水平距离，L₁和L₂分别是为原点到悬链线两端点的水平距离，x₁和x₂为完整悬链线两端点横坐标的坐标值；

S52根据完整输电线路悬链线模型获得x₁对应的y₁、x₂对应的y₂；

S53确定完整输电线路的两端点连线的直线方程模型为

优选的：步骤S6中的弧垂值模型如下：

其中令

当

时，secθ＝n，θ为曲线顶部倾角，求得最大弧垂值f_max。

本发明的技术效果是：

本发明通过无人机航拍或是其他方式获取输电线路部分图像，依靠图像处理技术，基于图像上的几何关系，采用单一变量确定输电线路悬链线模型，进而间接获得弧垂距离，能够极大地降低时间与人力成本，提高工作效率。

本发明提出的输电线路弧垂测量方法采用不接触的检测方法，取代了人工检测，主要依靠无人机航拍和图像处理技术完成，可行性高且易于实施，测量过程更加灵活，且不受峡谷、密林、高山等复杂环境的限制，适用范围较广。

本发明提出的输电线路弧垂测量方法通过单一独立变量即可确定输电线路悬链线模型，计算过程简便。本发明提出的输电线路弧垂测量方法节约了大量时间与人力成本，极大地提高了工作效率与测量精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1所示为本发明的工作流程示意图。

图2所示为输电线路悬链线模型参数提取示意图。

图3所示为完整悬链线模型还原的测量数值示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

基于输电线路部分图像的弧垂测量方法。本方法通过无人机技术获取输电线路部分图像，再利用图像处理技术进行部分图像特征提取；当输电线路档距一定时，通过单一独立变量即可确定输电线路悬链线状态，选取曲线顶部倾角的正割值作为独立变量求解，即可确定输电线路悬链线模型；最后，根据悬链线模型可得出输电线路的弧垂计算式。

图1所示为本发明的弧垂测量方法流程图。预先控制无人机飞行获取输电线路初始状态信息，然后控制无人机拍摄输电线路部分图像。

图像预处理部分：对无人机航拍所得输电线路部分图像进行中值滤波；采用Canny边缘检测算子对滤波后的图像进行边缘检测；边缘检测得到线路的两条边缘，参照曲线平滑的思想，可以采用两条边缘线的中间线来代替悬链线，以更加准确地反应线路的趋势。

如图2所示为输电线路悬链线模型参数提取示意图，当悬链线档距一定时，通过单一独立变量即可确定输电线路悬链线状态。

首先，采用数字图像处理所用的坐标约定，选取曲线顶部倾角的正割值作为独立变量求解，定义secθ＝n，θ为曲线顶部倾角，则部分输电线路悬链线状态方程为：

式中，a为待求系数，(l,h)是曲线切点坐标，(x₀,y₀)是部分曲线端点坐标。

然后，获取部分输电线路图像的两端点坐标(x₀,y₀)、(L₀,H₀)，计算连接两端点直线的斜率k，得到两端点连接的直线方程；利用点到直线的距离公式，求出点到直线的最大距离，对应的点即为切点，切点坐标为(l,h)；k即为顶部索曲线倾角的正切值tanθ，则

切点坐标即为顶点坐标(l,h)；将顶点坐标带入悬链线方程，由

解出a，即可确定完整输电线路悬链线模型参数。

如图3所示为完整悬链线模型还原的测量数值示意图。

通过求得的悬链线方程绘制出曲线在原图像大小范围内的部分，即为还原的部分曲线图像；求取完整曲线两端点的横坐标，还原出完整输电线路悬链线模型，两端点横坐标可由下式计算得到。

式中，L为固定档距，L′为实拍部分线路曲线的水平距离，L₁和L₂分别是为原点到悬链线两端点的水平距离，x₁和x₂为完整悬链线两端点横坐标的坐标值。

最后，输电线弧垂计算，提取完整悬链线两端点坐标(-x₁,y₁)，(x₂,y₂)，确定连接悬链线两端点的直线方程为

输电线路弧垂模型是将连接悬链线两端点的直线方程减去悬链线方程即得：

secθ＝n，θ为曲线顶部倾角；

令

当

时，求得最大弧垂值f_max。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，其特征在于：包括

S1获取输电线路的部分图像；

S2提取步骤S1中部分图像中的输电线路的几何特征；

S3基于S2中获取的几何特征建立部分输电线路悬链线模型；

S4根据图像几何特征关系，求取步骤S3中未知参数使部分输电线路悬链线模型成为完整输电线路悬链线模型；

S5根据几何关系建立完整输电线路的两端点连线的直线方程模型；

S6根据几何关系、基于步骤S5和步骤S4的两模型，建立弧垂值模型。

2.根据权利要求1所述的基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，其特征在于：S1中的部分图像通过无人机航拍获得。

3.根据权利要求1所述的基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，其特征在于：S2步骤中部分图像中的输电线路的几何特征的提取过程如下：

S21建立直角坐标系；

S23将曲线通过数字图像处理放入约定的坐标中；

S24根据几何关系获取部分曲线的两端部坐标(x₀,y₀)、(L₀,H₀)；曲线切点坐标(l,h)。

4.根据权利要求3所述的基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，其特征在于：步骤S3建立的部分输电线路悬链线模型：

其中，secθ＝n，θ为曲线顶部倾角，a为待求系数；(l,h)是曲线切点坐标，(x₀,y₀)是部分曲线端点坐标。

5.根据权利要求4所述的基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，其特征在于：步骤S4的具体过程如下：

S41通过部分图像上曲线的几何关系对正割值进行求解而获得a值；

S42将a值带入到步骤S3步骤所建立的部分输电线路悬链线模型获得无未知参数的完整输电线路悬链线模型。

6.根据权利要求5所述的基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，其特征在于：步骤S41中的具体几何关系如下：

S411获取部分输电线路图像的两端点坐标(x₀,y₀)、(L₀,H₀)，

S412计算连接两端点直线的斜率k，得到两端点连接的直线方程；

S413利用点到直线的距离公式，求出点到直线的最大距离，对应的点即为切点，切点坐标为(l,h)；则k即为曲线顶部倾角的正切值tanθ，设secθ＝n；则

切点坐标即为顶点坐标(l,h)；将顶点坐标带入悬链线方程，由

解出a。

7.根据权利要求6所述的基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，其特征在于：步骤S5中完整输电线路的两端点的直线方程模型，建立过程如下：

S51根据固定档距L，确定完整导线曲线两端点的横坐标：

L′为实拍部分线路曲线的水平距离，L₁和L₂分别是为原点到悬链线两端点的水平距离，x₁和x₂为完整悬链线两端点横坐标的坐标值；

S52根据完整输电线路悬链线模型获得x₁对应的y₁、x₂对应的y₂；

S53确定完整输电线路的两端点连线的直线方程模型为

8.根据权利要求7所述的基于输电线路部分图像的弧垂测量方法，其特征在于：步骤S6中的弧垂值模型如下：

其中令

当

时，求得最大弧垂值f_max。

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