CN115902870A

CN115902870A - 输电线路外破隐患距离可视化监控方法及系统

Info

Publication number: CN115902870A
Application number: CN202211397697.1A
Authority: CN
Inventors: 孟秋实; 何泽斌; 瞿源浩; 张竞; 卢海; 单鲁平; 邱烜
Original assignee: Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2022-11-09
Filing date: 2022-11-09
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本发明公开了一种输电线路外破隐患距离可视化监控方法及系统，所述方法包括：获取外破入侵对象的点云数据和图像，同时通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离；对所述点云数据和所述图像进行融合显示，并提供告警数据展示及管理、外破隐患的态势分析及统计报表。本发明可以实现输电线路外破隐患距离的可视化，并准确地检测输电线路通道内危险外破物的入侵距离。

Description

输电线路外破隐患距离可视化监控方法及系统

技术领域

本发明涉及一种输电线路外破隐患距离可视化监控方法及系统，属于输电线路监测领域。

背景技术

传统输电线路外破隐患可视化监控装置以AI识别的方式判断是否有施工机械等外破隐患物体入侵输电线路并进行告警，但是无法检测外破隐患物体到输电线路的距离，导致每日告警图片数量巨大，并且绝大多数告警图片对输电线路不构成外破隐患，甚至还存在将铁塔上的角钢误识别成外破隐患的现象。为此，监控人员不得不在图片和视频中寻找参照物来目测异物和线路之间的距离，即通过人眼对告警图片进行挨个审查，并最终向班组设备主人告警。此外，还有一种三维激光雷达+可视化方案，此方案通过三维激光雷达测量出隐患的安全距离，但是由于三维激光雷达的数据量大，处理数据的性能要求高，从而导致处理器需要消耗的功耗较高，而且激光雷达会受到电磁场的干扰，从而影响距离判断。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种输电线路外破隐患距离可视化监控方法、装置、系统、计算机设备及存储介质，其可以达到距离可视化的目的，实现准确地检测输电线路通道内危险外破物的入侵距离，提升告警响应速度，进一步提升输电线路运行安全。

本发明的第一个目的在于提供一种输电线路外破隐患距离可视化监控方法。

本发明的第二个目的在于提供一种输电线路外破隐患距离可视化监控装置。

本发明的第三个目的在于提供一种输电线路外破隐患距离可视化监控系统。

本发明的第四个目的在于提供一种计算机设备。

本发明的第五个目的在于提供一种存储介质。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种输电线路外破隐患距离可视化监控方法，所述方法包括：

获取外破入侵对象的点云数据和图像，同时通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离；

对所述点云数据和所述图像进行融合显示，并提供告警数据展示及管理、外破隐患的态势分析及统计报表。

进一步的，所述通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离，包括：

根据希尔伯特滤波，完成脉冲调幅信号的检波，得到脉冲调制信号，其中，所述脉冲调幅信号由微波光子雷达本体发出并由外破入侵对象反射；

根据雷达系统经验信噪比设定的幅度门限值，通过门限检测测量脉冲幅度；

将测量得到的脉冲幅度的一半更新为新的门限值；

根据新的门限值，通过门限检测测量脉冲到达时间和脉冲宽度，进而得到外破入侵对象与微波光子雷达本体的距离；

以输电线路通道作为参考，根据外破入侵对象与微波光子雷达本体的距离，计算外破入侵对象与输电线路的距离；

其中，边缘计算网关为以上操作提供算法运行环境。

进一步的，在所述通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离中，还包括：

根据FPGA三光梳的雷达信号瞬时频率测量解算算法，对反射后多频点进行测量，同时使用ADC+FPGA进行实时频率解算。

进一步的，所述方法还包括：通过边缘计算网关和摄像云台球机跟踪外破入侵对象。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种输电线路外破隐患距离可视化监控装置，所述装置包括：

获取与计算模块，用于获取外破入侵对象的点云数据和图像，同时通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离；

可视化监控模块，用于对所述点云数据和所述图像进行融合显示，并提供告警数据展示及管理、外破隐患的态势分析及统计报表。

本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种输电线路外破隐患距离可视化监控系统，所述系统包括边缘计算网关、摄像云台球机和微波光子雷达本体；

所述边缘计算网关、摄像云台球机和微波光子雷达本体通过支架以并排的方式设置在铁塔角铁上；

所述边缘计算网关、摄像云台球机和微波光子雷达本体与无线网络模块连接，所述无线网络模块与终端设备连接；

所述微波光子雷达本体，用于采集外破入侵对象的点云数据，以侦别外破入侵对象，并调用摄像云台球机对外破入侵对象进行拍摄；

所述摄像云台球机，用于拍摄外破入侵对象；

所述终端设备，用于实现上述的输电线路外破隐患距离可视化监控方法。

进一步的，所述系统还包括太阳能组件、太阳能压块、三角支架、一体化电池和固定夹具；

所述三角支架的数量为至少两个，三角支架通过对应的固定夹具设置在铁塔上，三角支架之间为边边对应的间隔设置；

所述太阳能组件通过太阳能压块覆盖在三角支架之间的倾斜面上；

所述太阳能组件与一体化电池连接；

所述一体化电池为边缘计算网关、摄像云台球机和微波光子雷达本体供电。

进一步的，所述微波光子雷达本体中：

发射天线、功放模块、第一光电探测器、带通光滤波器、第二相位调制器、双带通光滤波器、第一相位调制器、激光器依次连接；

接收天线、低噪放模块、第三相位调制器、光滤波器、第二光电探测器、中频滤波放大器、数据转换器依次连接；

数据处理与控制模块和数据转换器、中频滤波放大器、光滤波器、低噪放模块、激光器、双带通光滤波器、带通光滤波器、功放模块、微波信号源连接；

微波信号源与第一相位调制器、第二相位调制器连接；

第一光电探测器、带通光滤波器之间连接有1×2耦合器；

1×2耦合器与第三相位调制器连接。

本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的输电线路外破隐患距离可视化监控方法。

本发明的第五个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的输电线路外破隐患距离可视化监控方法。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明通过可见光摄像机与微波光子雷达硬件融合技术和微波光子雷达点云图像与可见光图像融合技术，可以检测外破物体到输电线路的距离，从而提高告警信息的准确性和有效性，并在提升工作效率的同时，提升输电数字化、智能化水平；

2、本发明提供的微波光子雷达本体，利用光子技术完成雷达信号产生、接收和处理，相比于传统激光雷达，具备工作频率高、工作宽带大、处理损耗低、能在复杂电磁环境中工作等优势。

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的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的输电线路外破隐患距离可视化监控系统的部分结构图。

图2为本发明实施例1的输电线路外破隐患距离可视化监控系统的接线图。

图3为本发明实施例1的输电线路外破隐患距离可视化监控系统的部分结构图。

图4a-图4c依次为本发明实施例1的固定夹具、太阳能压块和支架的结构图。

图5为本发明实施例1的微波光子雷达本体的原理图。

图6a为本发明实施例1的输电线路外破隐患距离可视化监控方法的流程图。

图6b为本发明实施例1的输电线路外破隐患距离的计算示意图。

图7为本发明实施例1的STFT变换的原理图。

图8为本发明实施例1的光梳测频方案的原理图。

图9为本发明实施例1的FPGA算法的处理模块图。

图10为本发明实施例1的频率解算模块的RTL级电路设计图。

图11为本发明实施例1的输电线路外破隐患距离的可视化效果图。

图12为本发明实施例2的输电线路外破隐患距离可视化监控装置的结构框图。

图13为本发明实施例3的计算机设备的结构框图。

其中，1-边缘计算网关、2-云台球机、3-微波光子雷达本体、4-支架、5-铁塔角铁、6-太阳能组件、7-太阳能压块、8-三角支架、9-一体化电池、10-固定夹具。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1-图5所示，本实施例提供了一种输电线路外破隐患距离可视化监控系统，该系统包括边缘计算网关、摄像云台球机和微波光子雷达本体；

所述边缘计算网关、摄像云台球机和微波光子雷达本体与无线网络模块连接，所述无线网络模块与终端设备连接，参考图2；

所述摄像云台球机，用于拍摄外破入侵对象，得到目标外破隐患图像；

所述边缘计算网关，用于与摄像云台球机配合，跟踪外破入侵对象，以及提供算法运行环境；

所述终端设备，用于实现下述的输电线路外破隐患距离可视化监控方法。

进一步地，如图3所示，该系统还包括太阳能组件、太阳能压块、三角支架、一体化电池和固定夹具；

所述太阳能组件与一体化电池连接；

本实施例中，固定夹具、太阳能压块和支架的细节结构参考图4a-图4c；太阳能组件及一体化电池构成太阳能供电组。

进一步地，如图5所示，所述微波光子雷达本体中：

微波信号源与第一相位调制器、第二相位调制器连接；

第一光电探测器、带通光滤波器之间连接有1×2耦合器；

1×2耦合器与第三相位调制器连接。

如图6a所示，本实施例还提供了一种输电线路外破隐患距离可视化监控方法，该方法包括如下步骤：

S601、获取外破入侵对象的点云数据和图像，同时通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离；

进一步地，所述通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离，包括：

S6011、根据希尔伯特滤波，完成脉冲调幅信号的检波，得到脉冲调制信号，其中，所述脉冲调幅信号由微波光子雷达本体发出并由外破入侵对象反射。

S6012、根据雷达系统经验信噪比设定的幅度门限值，通过门限检测测量脉冲幅度。

本步骤中，门限检测为粗门限检测。

S6013、将测量得到的脉冲幅度的一半更新为新的门限值。

S6014、根据新的门限值，通过门限检测测量脉冲到达时间和脉冲宽度，进而得到外破入侵对象与微波光子雷达本体的距离。

本步骤中，门限检测为自适应的门限检测。

S6015、以输电线路通道作为参考，根据外破入侵对象与微波光子雷达本体的距离，计算外破入侵对象与输电线路的距离。

本步骤可以参考图6b，主要利用三维空间及三角函数定律求得。

其中，边缘计算网关为步骤S6011-步骤S6015提供算法运行环境。

进一步地，在所述通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离中，还包括：

S602、对所述点云数据和所述图像进行融合显示，并提供告警数据展示及管理、外破隐患的态势分析及统计报表。

本步骤中，告警数据为边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离超过一定阈值范围时的数据。

本实施例中，该方法还包括：通过边缘计算网关和摄像云台球机跟踪外破入侵对象。

在另一个实施例中，以雷达告警，调用摄像云台球机的摄像头以预置位的方式抓拍。

需要说明的是，本实施例中，态势分析是根据以往的数据分析，将受到外界因素破坏的各种因素结合起来，从中得出来的一系列相应的结论，其中，结论通常带有一定的决策性；本实施例可以通过态势分析给输电线路的安全运行提供决策依据。

需要说明的是，本实施例中，通过使用FPGA的STFT时傅里叶变换(STFT)的雷达脉冲参数测量方案完成对其算法逻辑设计，利用块RAM+FFT IP核在FPGA上实现STFT变化的方案，该方案逻辑简单、FFT点数不大、运算量较小，测量精度误差不超过4％，可参考图7；还利用了FPGA三光梳的雷达信号瞬时频率测量解算算法，可实现多频点测量，同时频率解算算法运算量小，使用ADC+FPDA实现实时频率解算，提升雷达系统的实时性，可参考图8-图10。

需要说明的是，本实施例中，通过微波光子雷达点云数据与可见光图像采集到的数据在平台软件上进行融合显示，即点云数据与图像间相融合，可在一个可视化界面中显示两种形态，微波光子雷达点云图及可见光图像显示，两者可以相互切换，平台并有告警数据展示及管理，外破隐患的态势分析、统计报表等功能，其中平台软件为终端设备的软件。

需要说明的是，本实施例中：

1、STFT的变换原来是FFT，FFT变换只适合用于分析平稳信号和准平稳信号，实现原理公式如下：

2、脉冲载频测量算法及其FPGA实现，OFC光梳测频原理，如下式：

脉冲到达时间：TOA＝n_o,|STFT(n,k)|≥Threshold

脉冲宽度：PW＝n₁-n₀,|STFT(n,k)|≥Threshold

脉冲幅度：

通过以上的光梳频率测量方案，对不同间隔的光梳射频待测信号进行下变频，利用FPGA实现对外破物的精准测量。

需要说明的是，本实施例中，近距离的电缆是可以反射的，但是远距离的电缆是没有反射的，因为原理反射率不够，所以在系统中，根据实际的线路设置了一个线路的安全通道，即输电线路通道，此通道包裹了两塔之间的输电线路，在通过雷达识别的位置坐标和大小结合通道极端而来的距离。

本实施例中，输电线路外破隐患距离的可视化效果可参考图11。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于计算机可读存储介质中。

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了上述实施例的方法操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

实施例2：

如图12所示，本实施例提供了一种输电线路外破隐患距离可视化监控装置，该装置包括获取与计算模块1201和可视化监控模块1202，各个模块的具体功能如下：

获取与计算模块1201，用于获取外破入侵对象的点云数据和图像，同时通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离；

可视化监控模块1202，用于对所述点云数据和所述图像进行融合显示，并提供告警数据展示及管理、外破隐患的态势分析及统计报表。

实施例3：

如图13所示，本实施例提供了一种计算机设备，其包括通过系统总线1301连接的处理器1302、存储器、输入装置1303、显示装置1304和网络接口1305。其中，处理器1302用于提供计算和控制能力，存储器包括非易失性存储介质1306和内存储器1307，该非易失性存储介质1306存储有操作系统、计算机程序和数据库，该内存储器1307为非易失性存储介质1306中的操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器1302执行时，实现上述实施例1的输电线路外破隐患距离可视化监控方法，如下：

实施例4：

本实施例提供一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例1的输电线路外破隐患距离可视化监控方法，如下：

需要说明的是，本实施例的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读存储介质可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本实施例的计算机程序，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Python、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如C语言或类似的程序设计语言。程序可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

综上所述，本发明采用了一种基于SIFT算法的标定方法，通过将图像之间的匹配转化成特征向量之间的匹配，实现匹配点的提取，在提高标定点坐标提取精度的同时，实现标定的自动化。最终实现输电线路外破隐患距离的可视化，并准确地检测输电线路通道内危险外破物的入侵距离；此外，还实现了微波光子雷达点云图像与可见光图像之间的融合。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims

1.一种输电线路外破隐患距离可视化监控方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离，包括：

将测量得到的脉冲幅度的一半更新为新的门限值；

其中，边缘计算网关为以上操作提供算法运行环境。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在所述通过微波光子雷达本体和边缘计算网关计算外破入侵对象与输电线路的距离中，还包括：

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：通过边缘计算网关和摄像云台球机跟踪外破入侵对象。

5.一种输电线路外破隐患距离可视化监控系统，其特征在于，所述系统包括边缘计算网关、摄像云台球机和微波光子雷达本体；

所述摄像云台球机，用于拍摄外破入侵对象；

所述终端设备，用于实现权利要求1-4任一项所述方法。

6.根据权利要求5所述系统，其特征在于，所述系统还包括太阳能组件、太阳能压块、三角支架、一体化电池和固定夹具；

所述太阳能组件与一体化电池连接；

7.根据权利要求5所述系统，其特征在于，所述微波光子雷达本体中：

微波信号源与第一相位调制器、第二相位调制器连接；

第一光电探测器、带通光滤波器之间连接有1×2耦合器；

1×2耦合器与第三相位调制器连接。

8.一种输电线路外破隐患距离可视化监控装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1-4任一项所述方法。

10.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-4任一项所述方法。