CN114511120B - 基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法 - Google Patents

基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，包括以下操作步骤：S1、获取相互连接的电线和电力设备的红外热像图、温度视觉图以及设备框位置；S2、边缘检测：S3、霍夫变换：找出有效线段；S4、线段拟合：计算有效线段所在的直线方程，删除与设备框不相交的线段，将剩余线段的斜率取绝对值，并计算出每条线段的斜率与其他线段斜率之间差值的平均值
Figure 529552DEST_PATH_IMAGE001
，删除
Figure 968623DEST_PATH_IMAGE001
最大的线段，然后将剩余的线段拟合呈一条直线；S5、对比框生成：将设备框沿着拟合出的直线平移，得到对比框；S6、故障判断：提取出电线温度值和电力设备温度值并进行对比，判断电力设备是否故障。本发明具有电线位置检测精准、电力设备故障判断正确率高的特点。

Description

基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法
技术领域
本发明涉及一种电线检测方法，特别是一种基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法。
背景技术
目前在多种电力设备的故障诊断规则中，需要通过电力设备和电线的温度差来判断电力设备是否存在故障，此时精准的找出与被检测电力设备相连且背景干净(即电线背景上无其他电力设备)的电线就显得尤为重要，但是由于电力设备和对比的电线的相对位置的多样性，精准的找出电线的位置比较困难，而现阶段一般采用人工的方式找出参与对比的电线，存在人工成本高、速度慢、位置不精准，导致电力设备的故障诊断容易出错等一系列问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法。本发明具有电线位置检测精准、电力设备故障判断正确率高的特点。
本发明的技术方案：基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，包括以下操作步骤：
S1、获取相互连接的电线和电力设备的红外热像图、温度视觉图以及电力设备的设备框位置；
S2、边缘检测：检测温度视觉图中所有的边缘部分，得到只有边缘信息的温度视觉图；
S3、霍夫变换：将只有边缘信息的温度视觉图采用霍夫变换找出中长度大于阈值的一系列有效的线段；
S4、线段拟合：根据线段的两端点的坐标计算出线段所在的直线方程，判断直线方程所表示的直线是否与设备框相交，若不相交，则将该直线方程所代表的线段删除，若相交，则对相交的线段的斜率取绝对值，并计算出每条线段的斜率与其他线段斜率之间差值的平均值
Figure GDA0003679697790000021
删除
Figure GDA0003679697790000022
最大的线段，然后将剩余的线段拟合成一条直线，并在直线上截取线段L；
S5、对比框生成：根据线段L与设备框的相对位置，将设备框沿着拟合出的直线平移一定距离，生成对比框，即得到对比电线的位置；
S6、故障判断：根据对比电线的位置坐标提取出电线温度值，根据电力设备的位置提取出电力设备温度值，将电线最大温度值和电力设备最大温度值进行对比，判断电力设备是否故障。
前述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法中，步骤S2中，先将温度数据图经过归一化处理，并映射到0-255之间，然后再进行边缘检测。
前述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法中，步骤S4中，直线方程所表示的直线与设备框相交的判断准则为：直线方程所表示的直线与设备框的上、下、左、右任意一条框线相交，即认为该直线方程与设备框相交。
前述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法中，步骤S4中，
Figure GDA0003679697790000023
的计算公式为：
Figure GDA0003679697790000024
其中m表示与设备框相交的线段总数，ki表示第i条线段的斜率。
前述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法中，步骤S4中，直线拟合的方法为最小二乘法拟合法。
前述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法中，步骤S4中，在直线上截取线段L的方法为：在直线上截取剩余线段的端点x最大值和端点x最小值之间的线段，即为线段L。
前述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法中，步骤S5中，平移的距离为75～225个像素点。
前述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法中，步骤S6中，位置坐标提取出温度值的处理中，若位置坐标的x方向或y方向上的最小值小于0，则将最小值置为0，若位置坐标的x方向最大值大于红外热像图的最大值Xmax，则将x的最大值置为Xmax，若位置坐标的y方向最大值大于红外热像图的最大值Ymax，将y的最大值置为Ymax。
与现有技术相比，本发明基于红外热像图、温度视觉图，在已知电力设备所在位置的情况下，运用图像处理的方法确定出电线的走向及电力设备所在位置坐标的平移方向，通过程序算法来获取电线的位置信息，根据位置信息提取温度视觉数据，然后将电线温度值和电力设备温度值进行对比，判断电力设备是否发生故障。
在相同实验环境选取1000个测试数据，结果能够满足检测要求的985个，正确率达到98.5％。本发明可代替人工检测出与被检测的电力设备相连的线段，具有得到的电线位置更精准、电力设备故障判断正确率高、检测速度更快的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是相互连接的电线和电力设备的温度视觉图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：
如图1所示，基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，包括以下操作步骤：
S1、获取相互连接的电线和电力设备的640×480红外热像图、温度视觉图以及与电线相连的电力设备的设备框位置；
温度视觉图是一个长宽与红外热像图分辨率相同的float类型二维矩阵，根据红外温度传感器采集到的温度数据对环境温度进行成像，如图2所示。矩阵中每一个元素的数值，对应环境中一块区域的实际温度值(摄氏度)，比如矩阵左上角的温度数值为37.0，则对应的环境中左上角区域的实际温度便为37.0℃。
S2、边缘检测：将温度数据图经过归一化处理，并映射到0-255之间，然后再采用Canny边缘检测法进行边缘检测，检测温度视觉图中所有的边缘部分，得到只有边缘信息的温度视觉图；
S3、霍夫变换：将只有边缘信息的温度视觉图采用霍夫变换找出温度视觉图中长度大于阈值的一系列有效的线段；本实施例中，阈值采用80，得到的线段长度大于80个像素，属于有效的线段。
S4、线段拟合：根据线段的两端点的坐标计算出所有有效的线段所在的直线方程，判断直线方程所表示的直线是否与设备框相交，直线方程所表示的直线与设备框相交的判断准则为：直线方程所表示的直线与设备框的上、下、左、右任意一条框线相交，即可认为该直线方程与设备框相交。若不相交，则将该直线方程所代表的线段删除，若相交，则对相交的线段的斜率取绝对值，并计算出每条线段的斜率与其他线段斜率之间差值的平均值
Figure GDA0003679697790000041
的计算公式为：
Figure GDA0003679697790000042
Figure GDA0003679697790000043
其中m表示与设备框相交的线段总数，ki表示第i条线段的斜率。删除
Figure GDA0003679697790000044
最大的线段，然后将剩余的线段采用最小二乘法拟合成一条直线，并在直线上截取剩余线段的端点x最大值和端点x最小值之间的线段，为线段L；
S5、对比框生成：根据线段L与设备框的相对位置，将电力设备所在的设备框沿着拟合出的直线平移75～225个像素点的距离，生成对比框，即得到对比电线的位置坐标；设备框与对比框之间有一定的间隔，且对比框不超过红外热像图范围。
S6、故障判断：根据对比电线的位置坐标提取出对比框内的所有电线温度值，根据电力设备的位置坐标提取出设备框内的所有电力设备温度值，将电线最大温度值和电力设备最大温度值进行对比，判断电力设备是否故障。
位置坐标提取出温度值的处理中，若位置坐标的x方向或y方向上的最小值小于0，则将最小值置为0，若位置坐标的x方向最大值大于红外热像图的最大值640，则将x的最大值置为640，若位置坐标的y方向最大值大于红外热像图的最大值480，将y的最大值置为480。
在相同实验环境选取1000个测试数据，结果能够满足检测要求的985个，正确率达到98.5％。本发明可代替人工检测出与被检测的电力设备相连的线段，具有得到的电线位置更精准、电力设备故障判断正确率高、检测速度更快的特点。

Claims (8)

1.基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
S1、获取相互连接的电线和电力设备的红外热像图、温度视觉图以及电力设备的设备框位置；
S2、边缘检测：检测温度视觉图中所有的边缘部分，得到只有边缘信息的温度视觉图；
S3、霍夫变换：将只有边缘信息的温度视觉图采用霍夫变换找出长度大于阈值的一系列有效的线段；
S4、线段拟合：根据线段的两端点的坐标计算出线段所在的直线方程，判断直线方程所表示的直线是否与设备框相交，若不相交，则将该直线方程所代表的线段删除，若相交，则对相交的线段的斜率取绝对值，并计算出每条线段的斜率与其他线段斜率之间差值的平均值
Figure FDA0003679697780000011
ki表示第i条线段的斜率，删除
Figure FDA0003679697780000012
最大的线段，然后将剩余的线段拟合成一条直线，并在直线上截取线段L；
S5、对比框生成：根据线段L与设备框的相对位置，将设备框沿着拟合出的直线平移一定距离，生成对比框，即得到对比电线的位置；
S6、故障判断：根据对比电线的位置坐标提取出电线温度值，根据电力设备的位置提取出电力设备温度值，将电线最大温度值和电力设备最大温度值进行对比，判断电力设备是否故障。
2.根据权利要求1所述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，其特征在于：步骤S2中，先将温度数据图经过归一化处理，并映射到0-255之间，然后再进行边缘检测。
3.根据权利要求1所述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，其特征在于：步骤S4中，直线方程所表示的直线与设备框相交的判断准则为：直线方程所表示的直线与设备框的上、下、左、右任意一条框线相交，即认为该直线方程与设备框相交。
4.根据权利要求1所述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，其特征在于：步骤S4中，
Figure FDA0003679697780000021
的计算公式为：
Figure FDA0003679697780000022
其中m表示与设备框相交的线段总数，ki表示第i条线段的斜率。
5.根据权利要求1所述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，其特征在于：步骤S4中，直线拟合的方法为最小二乘法拟合法。
6.根据权利要求1所述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，其特征在于：步骤S4中，在直线上截取线段L的方法为：在直线上截取剩余线段的端点x最大值和端点x最小值之间的线段，即为线段L。
7.根据权利要求1所述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，其特征在于：步骤S5中，平移的距离为75～225个像素点。
8.根据权利要求1所述的基于温度视觉电线的电力设备故障诊断方法，其特征在于：步骤S6中，位置坐标提取出温度值的处理中，若位置坐标的x方向或y方向上的最小值小于0，则将最小值置为0，若位置坐标的x方向最大值大于红外热像图的最大值Xmax，则将x的最大值置为Xmax，若位置坐标的y方向最大值大于红外热像图的最大值Ymax，将y的最大值置为Ymax。
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