CN203083532U

CN203083532U - 一种检测输电线路安全运行的系统

Info

Publication number: CN203083532U
Application number: CN 201320015699
Authority: CN
Inventors: 王启源; 高安洁; 曹向勇; 于洪亮; 解玉文; 陈垚; 李红旗; 郭志广
Original assignee: Beijing Guowang Fuda Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Guowang Fuda Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2023-01-11

Abstract

本实用新型提供一种检测输电线路安全运行的系统，所述系统包括：双目摄像机，用于利用至少两台摄像头对输电线路中待检测的同一段相邻两条导线中的每一条导线分别进行图像采集，获取从两个视角对同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据；信息处理装置，与双目摄像机相连，用于利用从两个视角对同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的同一段相邻两条导线的三维直线方程；根据同一段相邻两条导线的三维直线方程，获取同一段相邻两条导线的距离值，以判断输电线路是否出于安全运行状态下。本实用新型可以方便有效地快速测量出导线间距，提高了输电线路巡检的工作效率。

Description

一种检测输电线路安全运行的系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统输电线路技术领域，尤其涉及一种检测输电线路安全运行的系统。

背景技术

为了保证输电线路的安全运行，对不同电压等级的线路的导线安全间距有不同的要求。例如，330kV及以上电压线路的每相导线在一般情况下要采用分裂导线的方式来防止电晕，需要确定分裂导线间距。间距大小的确定，既要提高电晕电压值又要照顾到提高输送容量，因此导线间距需要合理取值并优化。

输电线路导线安全间距是线路正常安全运行的前提之一。但是目前有很多外界因素会影响输电线路间距指标。最常见的安全隐患是外力破坏因素，由于输电线路长期裸露野外，而且面广、线长，有的还处于人口密集地区，输电线路经常会遭受到人为过失破坏。例如：砍伐树木、引发山火、野蛮施工、机耕作业、放炮取石、交通事故、以及放风筝等等。其次，输电线路还会受到自然外力的破坏，例如雷击、冰雪、大风等。另外，在输电线路的设计方面也会存在一些问题，例如杆塔档距问题也会造成导线间距不足。输电线路导线间距不足会引起线路相间短路故障及跳闸事故，给电力系统造成重大损害，甚至会威胁到电网的安全稳定运行和供电系统运行的可靠性。目前关于保证输电线路导线安全距离的专利有“相邻架空导线间距调节固定装置”和“送电线路复导线间距调整器”两种，但是针对输电线路导线间距实时测量，目前还没有一种简便、有效、安全并且非接触的方法。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种检测输电线路安全运行的系统，以提供一种可靠、安全、非接触式的基于双目立体视觉测量输电线路导线间距的技术方案。

为了达到上述技术目的，本实用新型实施例提供了一种检测输电线路安全运行的系统，所述检测输电线路安全运行的系统包括：

双目摄像机，用于利用至少两台摄像头对输电线路中待检测的同一段相邻两条导线中的每一条导线分别进行图像采集，获取从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据；

信息处理装置，与所述双目摄像机相连，用于利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程；根据所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，获取所述同一段相邻两条导线的距离值，以判断输电线路是否出于安全运行状态下。

可选的，在本实用新型一实施例中，所述检测输电线路安全运行的系统还包括：结果输出装置，用于将获取的所述同一段相邻两条导线的距离值输出至计算机，以判断输电线路是否出于安全运行状态下。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述检测输电线路安全运行的系统包括：

双目摄像机，用于利用至少两台摄像头对输电线路中待检测的同一段相邻两条导线中的每一条导线分别进行图像采集，获取从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据；信息处理装置，与所述双目摄像机相连，用于利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程；根据所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，获取所述同一段相邻两条导线的距离值，以判断输电线路是否出于安全运行状态下的技术方案，可以方便有效地快速测量出导线间距，提高了输电线路巡检的工作效率，保障了电网运行的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一种检测输电线路安全运行的方法流程图；

图2为本实用新型实施例提供了一种检测输电线路安全运行的系统组成示意图；

图3为本实用新型应用实例双目成像示意图；

图4为本实用新型应用实例基于双目视觉的导线间距测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型实施例一种检测输电线路安全运行的方法流程图，所述检测输电线路安全运行的方法，包括：

101、利用至少两台摄像头对输电线路中待检测的同一段相邻两条导线中的每一条导线分别进行图像采集，获取从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据；

102、利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程；

103、根据所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，获取所述同一段相邻两条导线的距离值，以判断输电线路是否出于安全运行状态下。

可选的，所述利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，包括：根据所述两台摄像头的标定参数，利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程。

可选的，所述利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，包括：利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，利用尺度不变特征转换SIFT特征提取的方法提取特征点，然后通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程。

可选的，所述利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，包括：利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配并进行误差测量和矫正后，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程。

可选的，所述利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，包括：利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，并通过霍夫变换分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程。

对应于上述方法实施例，如图2所示，为本实用新型实施例提供了一种检测输电线路安全运行的系统组成示意图，所述检测输电线路安全运行的系统包括：

双目摄像机21，用于利用至少两台摄像头对输电线路中待检测的同一段相邻两条导线中的每一条导线分别进行图像采集，获取从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据；

信息处理装置22，与所述双目摄像机21相连，用于利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程；根据所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，获取所述同一段相邻两条导线的距离值，以判断输电线路是否出于安全运行状态下。

可选的，所述信息处理装置22，进一步用于根据所述两台摄像头的标定参数，利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程。

可选的，所述信息处理装置22，进一步用于利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，利用尺度不变特征转换SIFT特征提取的方法提取特征点，然后通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程。

可选的，所述信息处理装置22，进一步用于利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配并进行误差测量和矫正后，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程。

可选的，所述信息处理装置22，进一步用于利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，并通过霍夫变换分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程。

本实用新型实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述检测输电线路安全运行的方法，包括：利用至少两台摄像头对输电线路中待检测的同一段相邻两条导线中的每一条导线分别进行图像采集，获取从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据；利用所述从两个视角对所述同一段相邻两条导线进行拍摄的图像数据，通过左右摄像机匹配，分别获取三维场景下待检测的所述同一段相邻两条导线的三维直线方程；根据所述同一段相邻两条导线的三维直线方程，获取所述同一段相邻两条导线的距离值，以判断输电线路是否出于安全运行状态下的技术手段，所以达到了如下的技术效果：通过采用可靠、安全、非接触式的基于双目立体视觉测量输电线路导线间距的技术方案，可以方便有效地快速测量出导线间距，提高了输电线路巡检的工作效率，保障了电网运行的安全性。

以下通过应用实例进行详细说明：

本实用新型应用实例为测量输电线路导线间距提供一种不需要高空作业，快速、简便、安全的非接触测量方法，通过双目视觉系统和三角测量原理对输电线路的导线间距进行测量，根据测量记录的结果判断该段输电线路导线间距是否符合安全运行规程。

基于双目视觉测量输电线路导线间距系统主要包括双目摄像机、信息处理装置和结果输出装置。所述检测输电线路安全运行的系统还包括：结果输出装置，用于将获取的所述同一段相邻两条导线的距离值输出至计算机，以判断输电线路是否出于安全运行状态下双目摄像机从两个视角对待测输电线路进行图像拍摄，将采集到的图像数据输入信息处理装置。信息处理装置是整个系统的核心模块，主要完成的任务是对采集好的图像信息进行分析处理，计算出真实三维场景下待测目标的位置、大小等信息。最后将测量结果进行数据输出和三维图像输出，实现了在不接触导线的情况下对输电线路导线间距的测量工作。结果输出装置，用于将获取的所述同一段相邻两条导线的距离值输出至计算机，以判断输电线路是否出于安全运行状态下。

双目立体视觉基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别，使本实用新型应用实例可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，本实用新型应用实例称作视差图像。

如图3所示，为本实用新型应用实例双目成像示意图，两摄像头的投影中心的连线的距离，即基线距为b。摄像机坐标系的原点在摄像机镜头的光心处，左右成像平面C₁和Cr绘制在镜头的光心前f处。左右图像坐标系的原点在摄像机光轴与平面的交点O₁和O_r。空间中某点A(X,Y,Z)（点A为任意点，不一定在待测导线上）在左图像和右图像中相应的坐标分别为a₁(u₁,v₁)和a_r(u_r,v_r)。假定两摄像机的图像在同一平面上，则点A图像的Y坐标相同，即v₁＝v_r。由三角几何关系得到：

u_{1} = f \frac{x_{1}}{z_{1}};

u_{r} = f \frac{(x_{1} - b)}{z_{1}};

v_{1} = v_{r} = f \frac{y_{1}}{z_{1}} .

上式中(x₁,y₁,z₁)为点A在左摄像机坐标系中的坐标，b为基线距，f为两个摄像机的焦距，(u₁,v₁)和(u_r,v_r)分别为点A在左图像和右图像中的坐标。

视差定义为某一点在两幅图像中相应点的位置差：

d = (u_{1} - u_{r}) = \frac{f * b}{z_{1}} .

由此可以计算出空间中的点A在左摄像机坐标系中的坐标为：

\{\begin{matrix} x_{1} = \frac{b * u_{1}}{d} \\ y_{1} = \frac{b * v}{d} \\ z_{1} = \frac{b * f}{d} \end{matrix} .

因此，只要能够找到空间中某点在左右两个摄像机像面上的相应点，并且通过摄像机标定获得摄像机内外参数，就可以确定这个点的三维坐标。

如图4所示，为本实用新型应用实例基于双目视觉的导线间距测量方法的流程示意图，具体包括：

401、首先利用双目立体视觉摄像机对输电线路待检测的导线部分进行图像采集，采集到的数据是从两个视角对同一段线路进行拍摄的图像数据。

402、进行摄像相机标定。由于图像数据中的每个像素都是通过投射投影得到的，因此需要进行摄像机标定，以达到建立图像像素位置和场景点位置之间的关系的目的。包括对图像信息进行二维标定和在二维标定的基础上进行的三维标定，矫正图像畸变，恢复真实场景的坐标。

403、图像处理的主要目的是将采集到的两路数字图像进行预处理，并利用SIFT（Scale-invariant feature transform，尺度不变特征转换）特征提取的方法提取特征点，便于进行两幅图像的匹配和立体定位。SIFT算法首先要在尺度空间进行特征检测，并确定关键点的位置和关键点所处的尺度，然后使用关键点邻域梯度的主方向作为该点的方向特征，以实现算子对尺度和方向的无关性。一副图像SIFT特征向量的生成算法主要包括四步：检测尺度空间极值、精炼特征点位置、指定特征点的方向和生成特征描述符。将左右两摄像机拍摄的图片进行SIFT特征向量生成，为下一步立体匹配提供兴趣点的特征描述。

404、左右摄像机匹配，也叫立体匹配，主要目的是寻找同一场景在两台或者多台摄像机从不同视角拍摄的二维图像中的对应关系。左右摄像机拍摄的两幅图像生成SIFT特征向量后，采用关键点特征向量的欧氏距离作为两幅图像中关键点相似性判定度量。例如，取左图像中的某个关键点，并找出在右图像中欧氏距离与它最近的两个关键点，在这两个关键点中，如果最近的距离除以次近的距离少于比例阈值，则接受这一对匹配点。此外，由于遮挡效应和约束条件不严格等因素，需要将两幅图像匹配的结果进行误差测量和矫正，提高测量的精确度。

405、立体定位：在基本的三维信息重建之后，对拍摄到的图像进行边缘检测处理，提取出当前场景中前景的边缘像素。然后，通过数字图像处理霍夫变换（Hough Transform）来检测图像中的直线段。霍夫变换的基本原理如下：

在图像平面直角坐标(X,Y)中，一条直线的方程可以表示为：

y＝kx+b。

对于直线上一个确定的点(x₀,y₀),有：

y₀＝kx₀+b。

上式可以表示参数平面(k,b)中的一条直线。因此，图像中的一个点对应参数平面中的一条直线，图像中的一条直线对应参数平面的一个点。对图像平面中所有的边缘点进行霍夫变换，最终所要检测的直线对应的一定是参数平面中直线相交最多的那个点，从而检测出图像平面中的直线。

406、计算导线间距：使用条件约束的方法将检测到的直线段分类，进行输电线路导线识别。将识别出的导线进行三维空间直线拟合，求出待测导线的三维直线方程后，结合摄像机的空间坐标系，计算出待测导线间距，即根据同一段相邻两条导线的三维直线方程，获取所述同一段相邻两条导线的距离值。

407、将测量到的目标坐标位置和导线间距等信息输出至计算机进行在线分析处理，判断输电线路导线间距是否达到安全运行标准。

本实用新型应用实例技术方案的有益效果：输电线路导线间距不足是威胁输电线路安全运行的重要因素,其带来的安全隐患有很多方面，例如：跳闸、产生电晕等。本实用新型应用实例采用了双目视觉原理，从两个摄像头同时观察输电线路的同一段导线，以获取在不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差（即视差）获取导线间的距离。在状态检修的状态信息收集过程中，通过使用基于双目视觉的导线间距自动检测便携式装置，方便了及时收集导线状态数据，便于后续状态检修工作。通过采用可靠、安全、非接触式的双目立体视觉系统测量输电线路导线间距，可以方便有效地快速测量出导线间距，提高了输电线路巡检的工作效率，保障了电网运行的安全性。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrative logical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrative components），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本实用新型实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本实用新型实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种检测输电线路安全运行的系统，其特征在于，所述检测输电线路安全运行的系统包括：

2.如权利要求1所述检测输电线路安全运行的系统，其特征在于，所述检测输电线路安全运行的系统还包括：

结果输出装置，用于将获取的所述同一段相邻两条导线的距离值输出至计算机，以判断输电线路是否出于安全运行状态下。