CN115184726A - 一种智能电网故障实时监测定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能电网故障实时监测定位系统及方法，属于电网故障监测定位技术领域；通过设定常规监测方案和应急监测方案，可以自适应的对电网故障进行实时动态监测，通过对摄像图像进行预处理和特征提取，并将其若干个图像特征与对应的样本特征进行匹配分析，对已有特征与对应样本特征之间的差异，以及未有特征的位置以及面积来进行分析评估，实现了对配网故障的全面分析和评估以及实时定位；本发明用于解决现有方案中不能实现多元化的电网故障实时监测定位，并对可能存在异常的情况进行追踪核验，导致电网故障实时监测定位的整体效果不佳的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电网故障监测定位技术领域，具体涉及一种智能电网故障实时监测定位系统及方法。
背景技术
智能电网是将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网，具有提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗等多个优点，然而，智能电网的电网故障监测问题一直困扰着人们。
现有的智能电网故障实时监测定位方案在实施时，除了通过各类传感器进行数据采集和分析外，还有通过巡检4G摄像头来实时监控现场状况，避免外力破坏对高压输电线路造成损害，但是，均存在不能自适应的根据各种运行状态来实施不同类型的监测定位方案，同时也不能进一步对存在异常的情况进行追踪核验，只能进行预警提示人工进行查看，或者需要人工长时间的浏览监控视频来判断是否存在异常，导致电网故障实时监测定位的整体效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能电网故障实时监测定位系统及方法，用于解决现有方案中不能实现多元化的电网故障实时监测定位，并对可能存在异常的情况进行追踪核验，导致电网故障实时监测定位的整体效果不佳的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种智能电网故障实时监测定位系统，包括监测前端、数据传输模块和数据后端；
监测前端包含定位编号单元、反馈监测单元和图像监测单元；
定位编号单元用于对不同区域的配网设备所处的位置进行定位并标记，并根据预设的编号顺序进行编号，得到设备编号集；
反馈监测单元用于对反馈平台接收到的故障反馈进行监测，并生成核验指令；
图像监测单元用于根据核验指令以及预设的监测间隔时段，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，得到图像监测集；
数据后端包含图像处理单元和提示调控单元；
图像处理单元用于对接收到的图像监测集进行预处理和识别，得到追踪评估集和图像分析集；
提示调控单元用于根据追踪评估集和图像分析集对各个区域的配网设备的运行状态进行定位和提示。
进一步地，根据核验指令进行摄像核验的优先级大于预设的监测间隔时段进行摄像核验的优先级。
进一步地，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，包括：
获取设备编号集中编号的区域，按照预设的摄像方向以及核验指令和摄像间隔时段，提取区域中架空装置摄像视频中的图像，并按时间的顺序以及对应的区域编号进行排列组合，得到图像监测集。
进一步地，对接收到的图像监测集进行预处理和识别，包括：
获取数据监测集中各个区域架空装置运行时的图像；
对图像进行二值化处理；
获取图像中的目标特征以及对应的目标像素点；
对目标像素点进行分析，若目标像素点为黑，且与该它相邻的8个像素点均为黑，则将该目标像素点删除；
依次对所有目标特征进行遍历除去边界的每一个像素点，得到处理图像；
对处理图像建立坐标系并获取目标特征的坐标点，将依次对目标特征的坐标点进行分析评估，得到图像分析集。
进一步地，对处理图像建立坐标系并获取目标特征的坐标点，包括：
获取处理图像的中点并将其设定为坐标原点，并根据预设的坐标轴方向和坐标距离建立二维坐标系；
根据二维坐标系获取处理图像上若干个目标特征最上端的坐标并将其设定为目标坐标。
进一步地，对目标特征的坐标点进行分析评估，包括：
若目标特征的目标坐标不存在对应的样本坐标，则生成第一分析信号，根据第一分析信号对该区域中配网设备的干扰情况进行追踪，得到追踪评估集；
若目标特征的目标坐标存在对应对应的样本坐标，则生成第二分析信号，根据第二分析信号获取若干个目标坐标对应样本坐标之间的距离并将其设定为迁移度，对若干个迁移度进行分析；
若迁移度小于迁移阈值，则判定对应目标特征的运行状态正常并生成第一迁移信号；
若迁移度不小于迁移阈值，则判定对应目标特征的运行状态异常并生成第二迁移信号，根据第二迁移信号将对应的区域标记为目标区域；
第一迁移信号、第二迁移信号和目标区域构成图像分析集。
进一步地，根据第一分析信号对该区域中配网设备的干扰情况进行追踪，包括：
根据第一分析信号将对应的目标特征和目标坐标分别设定为追踪特征和追踪坐标；
将追踪坐标与预设的警戒坐标集进行匹配，若追踪坐标属于警戒坐标集，则判定对应追踪特征的干扰能力强并生成第一干扰信号；
若追踪坐标不属于警戒坐标集，则判定对应追踪特征的干扰能力弱并生成第二干扰信号；第一干扰信号和第二干扰信号构成追踪特征的初步评估集；
根据初步评估集对追踪特征的影响情况进行核验，得到追踪评估集。
进一步地，根据初步评估集对追踪特征的影响性进行核验，包括：
根据初步评估集中的第一干扰信号获取追踪特征的特征面积；
将特征面积与预设的特征面积阈值进行匹配；
若特征面积小于特征面积阈值，则判定对应追踪特征的影响性小并生成第一影响信号；
若特征面积不小于特征面积阈值且不大于特征面积阈值的m％，m为大于一百的实数，则判定对应追踪特征的影响性中等并生成第二影响信号，根据第二影响信号将对应的区域设定为第一追踪区域；
若特征面积大于特征面积阈值的m％，则判定对应追踪特征的影响性大并生成第三影响信号，根据第三影响信号将对应的区域设定为第二追踪区域；
第一影响信号、第二影响信号和第一追踪区域、第三影响信号和第二追踪区域构成追踪评估集。
进一步地，根据追踪评估集和图像分析集对各个区域的配网设备的运行状态进行定位和提示，包括：
若追踪评估集中包含第二影响信号和第三影响信号，则对第一追踪区域和第二追踪区域进行定位并对其定位结果进行告警提示；
若图像分析集中包含第二迁移信号，则对目标区域进行定位并对其定位结果进行告警提示。
为了解决问题，本发明还提出了一种智能电网故障实时监测定位方法，包括：
对不同区域的配网设备所处的位置进行定位并标记，并根据预设的编号顺序进行编号，得到设备编号集；
对反馈平台接收到的故障反馈进行监测，并生成核验指令；根据核验指令以及预设的监测间隔时段，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，得到图像监测集；
对接收到的图像监测集进行预处理和识别，得到追踪评估集和图像分析集；其中，追踪评估集包含第一影响信号、第二影响信号和第一追踪区域、第三影响信号和第二追踪区域；图像分析集包含第一迁移信号、第二迁移信号和目标区域；
根据追踪评估集和图像分析集对各个区域的配网设备的运行状态进行定位和提示。
相比于现有方案，本发明实现的有益效果：
本发明通过设定常规监测方案和应急监测方案，可以自适应的对电网故障进行实时动态监测，通过对摄像图像进行预处理和特征提取，并将其若干个图像特征与对应的样本特征进行匹配分析，对已有特征与对应样本特征之间的差异，以及未有特征的位置以及面积来进行分析评估，实现了对配网故障的全面分析和评估以及实时定位，区别于现有方案中对电网的电压、电流的运行数据的采集分析以及人工对监控视频的浏览，本发明可以提高电网故障实时监测定位的效率，并且可以自动对监测过程中存在异常的情况进行追踪和核验，可以有效提高电网故障实时监测定位的准确性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种智能电网故障实时监测定位系统的模块框图。
图2为本发明一种智能电网故障实时监测定位方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明为一种智能电网故障实时监测定位系统，包括监测前端、数据传输模块和数据后端；监测前端和数据后端之间通过数据传输模块进行和/或电气连接；
本发明实施例中的应用场景可以为架空电网的实时监测以及故障分析和定位，区别于现有方案中对电网的电压、电流的运行数据的采集分析以及人工对监控视频的浏览，本发明实施例从外部来对电网的运行情况进行间断式的摄像和分析，从外部自动监测判断架空电网的运行状态是否正常，同时可以配合现有的反馈平台的反馈自适应的调整监测的间隔时间，可以提高电网故障实时监测定位的效率，并且可以对监测过程中存在异常的情况进行追踪和核验，可以有效提高电网故障实时监测定位的准确性。
监测前端包含定位编号单元、反馈监测单元和图像监测单元；
定位编号单元用于对不同区域的配网设备所处的位置进行定位并标记，并根据预设的编号顺序进行编号，得到设备编号集；
本发明实施例中，通过对不同区域的进行标记和编号的目的，是以便可以及时高效的发现异常的配网设备所在的区域位置；编号顺序可以基于现有的编号方案实施。
反馈监测单元用于对反馈平台接收到的故障反馈进行监测，并生成核验指令；
其中，根据核验指令进行摄像核验的优先级大于预设的监测间隔时段进行摄像核验的优先级；
需要说明的是，反馈平台可以为现有的故障电话反馈平台，当人员通过电话反馈用电出现异常时则生成核验指令，并根据核验指令立即对所有区域内的图像进行监测分析，来实现各个区域监测的自适应调整；
当不存在核验指令时，则进行常规的间断性的评估分析，而摄像的视频则是实时进行的，对视频中的图像进行间断性的处理和识别的目的是减少大量图像数据资源的过度使用，实现硬件资源和数据资源的合理使用。
图像监测单元用于根据核验指令以及预设的监测间隔时段，预设的监测间隔时段可以为60秒，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，得到图像监测集；
其中，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，包括：
获取设备编号集中编号的区域，按照预设的摄像方向以及核验指令和摄像间隔时段，提取区域中架空装置摄像视频中的图像，并按时间的顺序以及对应的区域编号进行排列组合，得到图像监测集；
本发明实施例中，俯视摄像的实现可以通过安装在架空装置顶部一侧或者一侧上方的摄像装置配合避雷装置进行摄像以及故障分析，区别于现有方案中需要人工对现有的实时视频进行观察发现是否存在异常，以及人工现场巡视检查是否存在异常；
本发明实施例通过提取视频中的图像并自动进行分析和评估是否存在异常以及自动告警提示，实现电网故障的智能监测定位，可以有效减少人工参与的工作量；其中，这里的异常包含缆线连接异常，例如缆线在水平方向的偏移或者断接，以及架空装置上存在异物进而导致配网故障，例如架空装置中转接线和T接杆的地方被筑巢。
数据后端包含图像处理单元和提示调控单元；
图像处理单元用于对接收到的图像监测集进行预处理和识别，得到追踪评估集和图像分析集；包括：
获取数据监测集中各个区域架空装置运行时的图像；
对图像进行二值化处理；
获取图像中的目标特征以及对应的目标像素点；
对目标像素点进行分析，若目标像素点为黑，且与该它相邻的8个像素点均为黑，则将该目标像素点删除；
依次对所有目标特征进行遍历除去边界的每一个像素点，得到处理图像；
对处理图像建立坐标系并获取目标特征的坐标点，将依次对目标特征的坐标点进行分析评估，得到图像分析集；
其中，对处理图像建立坐标系并获取目标特征的坐标点，包括：
获取处理图像的中点并将其设定为坐标原点，并根据预设的坐标轴方向和坐标距离建立二维坐标系；
根据二维坐标系获取处理图像上若干个目标特征最上端的坐标并将其设定为目标坐标；
此外，对目标特征的坐标点进行分析评估，包括：
若目标特征的目标坐标不存在对应的样本坐标，则生成第一分析信号，根据第一分析信号对该区域中配网设备的干扰情况进行追踪，得到追踪评估集；
若目标特征的目标坐标存在对应对应的样本坐标，则生成第二分析信号，根据第二分析信号获取若干个目标坐标对应样本坐标之间的距离并将其设定为迁移度，对若干个迁移度进行分析；
若迁移度小于迁移阈值，则判定对应目标特征的运行状态正常并生成第一迁移信号；
若迁移度不小于迁移阈值，则判定对应目标特征的运行状态异常并生成第二迁移信号，根据第二迁移信号将对应的区域标记为目标区域；
这里的运行状态异常是指架空装置上的缆线位置发生偏移，比如缆线断路接地，此时摄像获取到的缆线图像与正常前的缆线图像存在差异，来从缆线方面对配网设备的运行是否造成影响进行评估；
第一迁移信号、第二迁移信号和目标区域构成图像分析集；
本发明实施例中，通过对摄像视频中的图像进行处理并建立坐标系，这里建立坐标系的目的是使得监测的图像与样本图像保持一致，同时可以精准高效的获取各个特征的坐标，以便可以进行精准的分析和识别。
根据第一分析信号对该区域中配网设备的干扰情况进行追踪，包括：
根据第一分析信号将对应的目标特征和目标坐标分别设定为追踪特征和追踪坐标；
这里进行追踪的目的是对该特征的干扰以及影响情况进行验证，来对核验指令做出反馈，来从环境方面对配网设备的运行是否造成了影响进行评估；另外，这里的追踪特征是指样本图像中没有出现的特征，可能会对现有的配网运行造成影响，但是现有的配网运行故障是否与该追踪特征相关，需要进一步进行追踪核验；样本图像是指配网刚投入运行时相同位置的图像；
将追踪坐标与预设的警戒坐标集进行匹配，若追踪坐标属于警戒坐标集，则判定对应追踪特征的干扰能力强并生成第一干扰信号；
若追踪坐标不属于警戒坐标集，则判定对应追踪特征的干扰能力弱并生成第二干扰信号；第一干扰信号和第二干扰信号构成追踪特征的初步评估集；其中，警戒坐标集可以基于现有的配网故障大数据来进行设定，这里的警戒坐标集是指会影响配网运行产生短路的区域对应坐标的集合；
根据初步评估集对追踪特征的影响情况进行核验，得到追踪评估集，包括：
根据初步评估集中的第一干扰信号获取追踪特征的特征面积；其中，获取图像中特征对应的特征面积为现有的常规技术手段，例如基于Python+opencv以及cv2.connectedComponentsWithStats()函数或者cv2.contourArea()函数实现，具体的步骤这里不做赘述；
将特征面积与预设的特征面积阈值进行匹配；
若特征面积小于特征面积阈值，则判定对应追踪特征的影响性小并生成第一影响信号；
若特征面积不小于特征面积阈值且不大于特征面积阈值的m％，m为大于一百的实数，可以取值为130，则判定对应追踪特征的影响性中等并生成第二影响信号，根据第二影响信号将对应的区域设定为第一追踪区域；
若特征面积大于特征面积阈值的m％，则判定对应追踪特征的影响性大并生成第三影响信号，根据第三影响信号将对应的区域设定为第二追踪区域；
第一影响信号、第二影响信号和第一追踪区域、第三影响信号和第二追踪区域构成追踪评估集。
需要说明的是，这里获取追踪特征的特征面积并进行分析的目的是用来验证追踪特征存在造成的影响，追踪特征的不同特征面积带来的影响不同，比如不同面积的鸟巢，或者不同面积的缠绕物；本发明实施例中基于追踪特征的特征面积越大，对应的影响性越大来判断的；
提示调控单元用于根据追踪评估集和图像分析集对各个区域的配网设备的运行状态进行定位和提示，包括：
若追踪评估集中包含第二影响信号和第三影响信号，则对第一追踪区域和第二追踪区域进行定位并对其定位结果进行告警提示；
若图像分析集中包含第二迁移信号，则对目标区域进行定位并对其定位结果进行告警提示。
本发明实施例中，分别从实时图像与样本图像之间的差异来进行分析验证，包含已有特征和未有特征来从图像方面对配网故障进行分析和评估，同时对已有特征与对应样本特征之间的差异，以及未有特征的位置以及面积来进行分析评估，实现了对配网故障的全面分析和评估以及实时定位。
实施例二
如图2所示，一种智能电网故障实时监测定位方法，具体的步骤包括：
对不同区域的配网设备所处的位置进行定位并标记，并根据预设的编号顺序进行编号，得到设备编号集；
对反馈平台接收到的故障反馈进行监测，并生成核验指令；根据核验指令以及预设的监测间隔时段，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，得到图像监测集；
对接收到的图像监测集进行预处理和识别，得到追踪评估集和图像分析集；其中，追踪评估集包含第一影响信号、第二影响信号和第一追踪区域、第三影响信号和第二追踪区域；图像分析集包含第一迁移信号、第二迁移信号和目标区域；
根据追踪评估集和图像分析集对各个区域的配网设备的运行状态进行定位和提示。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的发明实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，包括监测前端、数据传输模块和数据后端；
监测前端包含定位编号单元、反馈监测单元和图像监测单元；
定位编号单元用于对不同区域的配网设备所处的位置进行定位并标记，并根据预设的编号顺序进行编号，得到设备编号集；
反馈监测单元用于对反馈平台接收到的故障反馈进行监测，并生成核验指令；
图像监测单元用于根据核验指令以及预设的监测间隔时段，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，得到图像监测集；
数据后端包含图像处理单元和提示调控单元；
图像处理单元用于对接收到的图像监测集进行预处理和识别，得到追踪评估集和图像分析集；
提示调控单元用于根据追踪评估集和图像分析集对各个区域的配网设备的运行状态进行定位和提示。
2.根据权利要求1所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，包括：
获取设备编号集中编号的区域，按照预设的摄像方向以及核验指令和摄像间隔时段，提取区域中架空装置摄像视频中的图像，并按时间的顺序以及对应的区域编号进行排列组合，得到图像监测集。
3.根据权利要求1所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，对接收到的图像监测集进行预处理和识别，包括：
获取数据监测集中各个区域架空装置运行时的图像；对图像进行二值化处理；获取图像中的目标特征以及对应的目标像素点；
对目标像素点进行分析，若目标像素点为黑，且与该它相邻的8个像素点均为黑，则将该目标像素点删除；
依次对所有目标特征进行遍历除去边界的每一个像素点，得到处理图像；对处理图像建立坐标系并获取目标特征的坐标点，将依次对目标特征的坐标点进行分析评估，得到图像分析集。
4.根据权利要求3所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，对处理图像建立坐标系并获取目标特征的坐标点，包括：
获取处理图像的中点并将其设定为坐标原点，并根据预设的坐标轴方向和坐标距离建立二维坐标系；根据二维坐标系获取处理图像上若干个目标特征最上端的坐标并将其设定为目标坐标。
5.根据权利要求3所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，对目标特征的坐标点进行分析评估，包括：
若目标特征的目标坐标不存在对应的样本坐标，则生成第一分析信号，根据第一分析信号对该区域中配网设备的干扰情况进行追踪，得到追踪评估集；
若目标特征的目标坐标存在对应对应的样本坐标，则生成第二分析信号，根据第二分析信号获取若干个目标坐标对应样本坐标之间的距离并将其设定为迁移度，对若干个迁移度进行分析。
6.根据权利要求5所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，根据第一分析信号对该区域中配网设备的干扰情况进行追踪，包括：
根据第一分析信号将对应的目标特征和目标坐标分别设定为追踪特征和追踪坐标；将追踪坐标与预设的警戒坐标集进行匹配，若追踪坐标属于警戒坐标集，则生成第一干扰信号；若追踪坐标不属于警戒坐标集，则生成第二干扰信号；第一干扰信号和第二干扰信号构成追踪特征的初步评估集；
根据初步评估集对追踪特征的影响情况进行核验，得到追踪评估集。
7.根据权利要求5所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，对若干个迁移度进行分析，若迁移度小于迁移阈值且大于零，则生成第一迁移信号；
若迁移度不小于迁移阈值，则生成第二迁移信号并将对应的区域标记为目标区域；第一迁移信号、第二迁移信号和目标区域构成图像分析集。
8.根据权利要求6所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，根据初步评估集对追踪特征的影响性进行核验，包括：
根据初步评估集中的第一干扰信号获取追踪特征的特征面积；将特征面积与预设的特征面积阈值进行匹配，得到包含第一影响信号、第二影响信号和第一追踪区域、第三影响信号和第二追踪区域构成追踪评估集。
9.根据权利要求1所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，根据追踪评估集和图像分析集对各个区域的配网设备的运行状态进行定位和提示，包括：
根据追踪评估集中的第二影响信号和第三影响信号来对第一追踪区域和第二追踪区域进行定位并对其定位结果进行告警提示；
根据图像分析集中的第二迁移信号来对目标区域进行定位并对其定位结果进行告警提示。
10.一种智能电网故障实时监测定位方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的一种智能电网故障实时监测定位系统，其特征在于，包括：
对不同区域的配网设备所处的位置进行定位并标记，并根据预设的编号顺序进行编号，得到设备编号集；
对反馈平台接收到的故障反馈进行监测，并生成核验指令；根据核验指令以及预设的监测间隔时段，利用设备编号集对不同区域的架空装置进行俯视摄像，得到图像监测集；
对接收到的图像监测集进行预处理和识别，得到追踪评估集和图像分析集；其中，追踪评估集包含第一影响信号、第二影响信号和第一追踪区域、第三影响信号和第二追踪区域；图像分析集包含第一迁移信号、第二迁移信号和目标区域；
根据追踪评估集和图像分析集对各个区域的配网设备的运行状态进行定位和提示。
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