CN115546148A - 数字孪生台区架空导线长度测量方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字孪生台区架空导线长度测量方法、装置、设备及介质，用于解决现有的导线长度测量方法易受环境影响导致无法准确测量的技术问题。本发明包括：获取台区架空导线图像；识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；获取所述绝缘子的经纬度信息；根据所述经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。本发明通过在获取到低压架空导线的情况下采集绝缘子的经纬度信息，来基于经纬度差异计算相邻杆塔之间的导线长度，即使架空导线受到环境的遮挡，也不会影响架空导线的长度测量，从而提高了架空导线的测量准确性。
Description
技术领域
本发明涉及导线测量技术领域，尤其涉及一种数字孪生台区架空导线长度测量方法、装置、设备及介质。
背景技术
由于低压配电网杆塔众多、走向复杂、分支密集、设备种类繁杂等，导致未对台区及台区供电范围内的末端供电网络建立起详细的电气参量、地理信息管理系统。准确的配电网线路参数是进行故障分析、潮流计算、线损计算、物理拓扑建模等应用的基础，对电力系统安全、稳定、可靠运行具有十分重要的意义。低压配电网中配电网线路电气参数只关心电路阻抗，需要获得线路的参数是线路两端的电压、电流、功率、型号、长度、线径等。
根据社会和实际需要，城市中配电网大多采用地埋电缆，但在城市近郊和农村配电网台区仍然存在大量架空线路。低压配电网中的架空导线因架设在电线杆上，走向复杂，线路参数(如长度、线径)不易于直接测量。传统的接触式测量线路长度方法为行波测距法、阻抗测距法等，非接触式测量长度方法有超声波测距、激光测距等。
然而，接触式方法需要工作人员爬杆安装测量装置，危险性大且需要大量的人力物力。此外，两种方法均易受环境影响。城市近郊和农村配电网台区的线路融于街道和居民楼中，容易被房屋、树木等干扰而无法测量。
发明内容
本发明提供了一种数字孪生台区架空导线长度测量方法、装置、设备及介质，用于解决现有的导线长度测量方法易受环境影响导致无法准确测量的技术问题。
本发明提供了一种数字孪生台区架空导线长度测量方法，包括：
获取台区架空导线图像；
识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；
获取所述绝缘子的经纬度信息；
根据所述经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。
可选地，所述识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子的步骤，包括：
按照预设重叠比例将所述台区架空导线图像切割为多个分块图像；
通过卷积神经网络对所述分块图像进行识别，得到绝缘子信息；
融合所有所述分块图像的绝缘子信息，得到所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子。
可选地，所述获取所述绝缘子的经纬度信息的步骤，包括：
通过机器视觉对所述绝缘子进行定位，得到所述绝缘子的经纬度信息。
可选地，所述根据所述经纬度计算相邻两个杆塔之间的导线长度的步骤，包括：
采用相邻两个杆塔上的绝缘子的经纬度信息，计算相邻两个杆塔上的绝缘子的弧度距离；
将所述弧度距离作为相邻两个杆塔之间的导线长度。
本发明还提供了一种数字孪生台区架空导线长度测量装置，包括：
台区架空导线图像获取模块，用于获取台区架空导线图像；
绝缘子识别模块，用于识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；
经纬度信息获取模块，用于获取所述绝缘子的经纬度信息；
导线长度计算模块，用于根据所述经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。
可选地，所述绝缘子识别模块，包括：
分块图像切割子模块，用于按照预设重叠比例将所述台区架空导线图像切割为多个分块图像；
识别子模块，用于通过卷积神经网络对所述分块图像进行识别，得到绝缘子信息；
融合子模块，用于融合所有所述分块图像的绝缘子信息，得到所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子。
可选地，所述经纬度信息获取模块，包括：
经纬度信息获取子模块，用于通过机器视觉对所述绝缘子进行定位，得到所述绝缘子的经纬度信息。
可选地，所述导线长度计算模块，包括：
弧度距离计算子模块，用于采用相邻两个杆塔上的绝缘子的经纬度信息，计算相邻两个杆塔上的绝缘子的弧度距离；
导线长度确定子模块，用于将所述弧度距离作为相邻两个杆塔之间的导线长度。
本发明还提供了一种电子设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如上任一项所述的数字孪生台区架空导线长度测量方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行如上任一项所述的数字孪生台区架空导线长度测量方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供了一种数字孪生台区架空导线长度测量方法，并具体公开了：获取台区架空导线图像；识别台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；获取绝缘子的经纬度信息；根据经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。本发明通过在获取到低压架空导线的情况下采集绝缘子的经纬度信息，来基于经纬度差异计算相邻杆塔之间的导线长度，即使架空导线受到环境的遮挡，也不会影响架空导线的长度测量，从而提高了架空导线的测量准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种数字孪生台区架空导线长度测量方法的步骤流程图；
图2为本发明另一实施例提供的一种数字孪生台区架空导线长度测量方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例提供的机器视觉成像原理图；
图4为本发明实施例提供的一种数字孪生台区架空导线长度测量装置的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种数字孪生台区架空导线长度测量方法、装置、设备及介质，用于解决现有的导线长度测量方法易受环境影响导致无法准确测量的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种数字孪生台区架空导线长度测量方法的步骤流程图。
本发明提供的一种数字孪生台区架空导线长度测量方法，具体可以包括以下步骤：
步骤101，获取台区架空导线图像；
低压台区是指某台变压器低压供电的区域。
在本发明实施例中，可以通过在RTK无人机上配置高质量摄像机来采集低压架空导线台区可见光视频和图像，得到台区架空导线图像。
步骤102，识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；
杆塔，是架空输电线路中用来支撑输电线的支撑物。杆塔多由钢材或者钢筋混凝土制成，是架空输电线路的主要支撑结构。
绝缘子，是指安装在不同电位的导体或导体与接地构件之间的能够耐受电压和机械应力作用的器件。绝缘子种类繁多、形状各异。不同类型绝缘子的结构和外形虽有较大差别，但都是由绝缘件和连接金具两大部分组成的。绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。
在本发明实施例中，低压架空导线主要由导线、杆塔、横担、绝缘子和线路金具等组成。由于架空导线都要经过绝缘子连接，因此可以将绝缘子作为关键目标，在采集得到台区架空导线图像之后，可以从中识别得到绝缘子，用于后续进行相邻杆塔间的导线长度计算。
步骤103，获取所述绝缘子的经纬度信息；
在识别得到绝缘子后，可以获取绝缘子的经纬度信息，以在后续用于相邻杆塔之间的导线长度计算。
步骤104，根据所述经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。
在获取到绝缘子的经纬度信息后，可以采用经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。
本发明通过在获取到低压架空导线的情况下采集绝缘子的经纬度信息，来基于经纬度差异计算相邻杆塔之间的导线长度，即使架空导线受到环境的遮挡，也不会影响架空导线的长度测量，从而提高了架空导线的测量准确性。
请参阅图2，图2为本发明另一实施例提供的一种数字孪生台区架空导线长度测量方法的步骤流程图。本实施例是在上述实施例的基础上进行补充和细化后得到的，具体可以包括以下步骤：
步骤201，获取台区架空导线图像；
在本发明实施例中，可以通过RTK无人机进行低压架空导线的巡检。然后通过在RTK无人机上配置像素大于200万、帧频大于20fps的高质量摄像机采集低压架空导线台区的可见光视频和图像，得到台区架空导线图像。
步骤202，按照预设重叠比例将所述台区架空导线图像切割为多个分块图像；
步骤203，通过卷积神经网络对所述分块图像进行识别，得到绝缘子信息；
步骤204，融合所有所述分块图像的绝缘子信息，得到所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；
在本发明实施例中，低压架空导线主要由导线、杆塔、横担、绝缘子和线路金具等组成。由于架空导线都要经过绝缘子连接，因此可以将绝缘子作为关键目标，在采集得到台区架空导线图像之后，可以从中识别得到绝缘子，用于后续进行相邻杆塔间的导线长度计算。
在具体实现中，在低压配电网的航拍图像中，绝缘子所占的像素比例少，并且容易被复杂背景所遮挡，因此，可以将台区架空导线图像按照预设重叠比例(如15％)通过滑动窗口切割成多个分块图像，来避免绝缘子在各个分块图像中被不完整地分割到图像边界上而导致的漏检。
在完成对台区架空导线图像的分割后，可以将分块图像输入到改进的轻量化卷积神经网络(改进YOLOv4)中来对绝缘子进行识别，得到绝缘子信息。接着将分块图像的绝缘子信息进行融合并进行非极大值抑制，从而识别得到各杆塔上的绝缘子。
进一步地，由于低压架空导线上的绝缘子目标较小、分辨率低，能提取到的特征信息较少，卷积神经网络在小目标的检测上的误差较大，检测效果不理想。因此，本发明实施例中的改进的轻量化卷积神经网络的残差块中添加了结合通道注意力和空间注意力的卷积块注意模型来提高复杂背景中绝缘子的显著性。
步骤205，获取所述绝缘子的经纬度信息；
在识别得到绝缘子后，可以获取绝缘子的经纬度信息，以在后续用于相邻杆塔之间的导线长度计算。
在一个示例中，获取绝缘子的经纬度信息可以包括：通过机器视觉对绝缘子进行定位，得到绝缘子的经纬度信息。
在具体实现中，机器视觉成像的原理如图3所示，假设RTK无人机上的摄像头的光轴Zc垂直于拍摄目标平面。目标物体上的一点Pc在相机坐标系下的坐标为[Xc，Yc，Zc]，投影到成像平面上的P’，其在图像物理坐标系下的坐标为[X’，Y’]。XO’Y是成像平面，XcOcYc是相机平面，Oc为光心。
由三角形相似原理，可以得出：
其中，f为间距。如果目标物体在光轴上，即Xc＝Yc＝0，则目标物体在成像平面的原点处，如果目标物体不在光轴上，即Xc≠Yc≠0，则目标物体在成像平面的某P’处，根据此原理，识别目标物体的图像，通过成像平面上的坐标[X’，Y’]，计算Xc、Yc，当Xc、Yc越趋向于0，则表示目标物体在光轴上。因为无人机的规格通常比较小，因此可以将无人机的重心位置等同于摄像头的光心位置。根据此原理，调节无人机的位姿，使得相机垂直于地面，即光轴与目标平面垂直。当关键目标绝缘子落入成像平面的原点处，记录此时的高精度经纬度(可通过配置在RTK无人机上的高精度RTK导航定位系统获取)即为绝缘子的经纬度信息。
步骤206，根据所述经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。
在本发明实施例中，根据经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度的步骤，可以包括以下子步骤：
S61，采用相邻两个杆塔上的绝缘子的经纬度信息，计算相邻两个杆塔上的绝缘子的弧度距离；
S62，将所述弧度距离作为相邻两个杆塔之间的导线长度。
在具体实现中，可以通过以下公式计算得到相邻两个杆塔之间的导线长度L：
其中，(Aj，Aw)和(Bj，Bw)分别为相邻的有导线连接的两个杆塔的绝缘子A、B的经纬度信息，R为地球半径。通过计算A、B在地球上的弧度距离，可以得到A、B所在的杆塔之间的导线的导线长度。
本发明通过在获取到低压架空导线的情况下采集绝缘子的经纬度信息，来基于经纬度差异计算相邻杆塔之间的导线长度，即使架空导线受到环境的遮挡，也不会影响架空导线的长度测量，从而提高了架空导线的测量准确性。
请参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种数字孪生台区架空导线长度测量装置的结构框图。
本发明实施例提供了一种数字孪生台区架空导线长度测量装置，包括：
台区架空导线图像获取模块401，用于获取台区架空导线图像；
绝缘子识别模块402，用于识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；
经纬度信息获取模块403，用于获取所述绝缘子的经纬度信息；
导线长度计算模块404，用于根据所述经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。
在本发明实施例中，所述绝缘子识别模块402，包括：
分块图像切割子模块，用于按照预设重叠比例将所述台区架空导线图像切割为多个分块图像；
识别子模块，用于通过卷积神经网络对所述分块图像进行识别，得到绝缘子信息；
融合子模块，用于融合所有所述分块图像的绝缘子信息，得到所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子。
在本发明实施例中，所述经纬度信息获取模块403，包括：
经纬度信息获取子模块，用于通过机器视觉对所述绝缘子进行定位，得到所述绝缘子的经纬度信息。
在本发明实施例中，所述导线长度计算模块404，包括：
弧度距离计算子模块，用于采用相邻两个杆塔上的绝缘子的经纬度信息，计算相邻两个杆塔上的绝缘子的弧度距离；
导线长度确定子模块，用于将所述弧度距离作为相邻两个杆塔之间的导线长度。
本发明实施例还提供了一种电子设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行本发明实施例所述的数字孪生台区架空导线长度测量方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行本发明实施例所述的数字孪生台区架空导线长度测量方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种数字孪生台区架空导线长度测量方法，其特征在于，包括：
获取台区架空导线图像；
识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；
获取所述绝缘子的经纬度信息；
根据所述经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子的步骤，包括：
按照预设重叠比例将所述台区架空导线图像切割为多个分块图像；
通过卷积神经网络对所述分块图像进行识别，得到绝缘子信息；
融合所有所述分块图像的绝缘子信息，得到所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述绝缘子的经纬度信息的步骤，包括：
通过机器视觉对所述绝缘子进行定位，得到所述绝缘子的经纬度信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述经纬度计算相邻两个杆塔之间的导线长度的步骤，包括：
采用相邻两个杆塔上的绝缘子的经纬度信息，计算相邻两个杆塔上的绝缘子的弧度距离；
将所述弧度距离作为相邻两个杆塔之间的导线长度。
5.一种数字孪生台区架空导线长度测量装置，其特征在于，包括：
台区架空导线图像获取模块，用于获取台区架空导线图像；
绝缘子识别模块，用于识别所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子；
经纬度信息获取模块，用于获取所述绝缘子的经纬度信息；
导线长度计算模块，用于根据所述经纬度信息计算相邻杆塔之间的导线长度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述绝缘子识别模块，包括：
分块图像切割子模块，用于按照预设重叠比例将所述台区架空导线图像切割为多个分块图像；
识别子模块，用于通过卷积神经网络对所述分块图像进行识别，得到绝缘子信息；
融合子模块，用于融合所有所述分块图像的绝缘子信息，得到所述台区架空导线图像中各杆塔上的绝缘子。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述经纬度信息获取模块，包括：
经纬度信息获取子模块，用于通过机器视觉对所述绝缘子进行定位，得到所述绝缘子的经纬度信息。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述导线长度计算模块，包括：
弧度距离计算子模块，用于采用相邻两个杆塔上的绝缘子的经纬度信息，计算相邻两个杆塔上的绝缘子的弧度距离；
导线长度确定子模块，用于将所述弧度距离作为相邻两个杆塔之间的导线长度。
9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的数字孪生台区架空导线长度测量方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-4任一项所述的数字孪生台区架空导线长度测量方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211227725.5A CN115546148A (zh) | 2022-10-09 | 2022-10-09 | 数字孪生台区架空导线长度测量方法、装置、设备及介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211227725.5A CN115546148A (zh) | 2022-10-09 | 2022-10-09 | 数字孪生台区架空导线长度测量方法、装置、设备及介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115546148A true CN115546148A (zh) | 2022-12-30 |
Family
ID=84734488
Family Applications (1)
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| CN202211227725.5A Pending CN115546148A (zh) | 2022-10-09 | 2022-10-09 | 数字孪生台区架空导线长度测量方法、装置、设备及介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN115546148A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116014901A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-04-25 | 四川航洋电力工程设计有限公司 | 基于数字孪生技术实现输变电设备工作状态监控方法 |
-
2022
- 2022-10-09 CN CN202211227725.5A patent/CN115546148A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116014901A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-04-25 | 四川航洋电力工程设计有限公司 | 基于数字孪生技术实现输变电设备工作状态监控方法 |
| CN116014901B (zh) * | 2023-03-24 | 2023-06-06 | 四川航洋电力工程设计有限公司 | 基于数字孪生技术实现输变电设备工作状态监控方法 |
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