KR101028060B1 - 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법 - Google Patents

열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적외선 카메라, CCD 카메라, 자외선 카메라를 통합하여 전력설비에 따른 온도변화, 코로나 발생 정도를 신속하게 측정할 수 있고, 그 측정결과를 다파장조사장치, 온습도 측정장치, 풍속측정장치, GPS 등을 통해 보정함으로써, 측정결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 전력설비의 열화에 따른 온도변화를 측정하기 위한 적외선 카메라와; 트래킹에 의한 코로나 방전을 측정하기 위한 자외선 카메라와; 전력설비의 점검대상체에 대한 식별 및 거리측정을 위한 CCD카메라와; 상기 자외선카메라 및 적외선 카메라의 포커싱을 위한 다파장 조사기와; 상기 적외선 카메라와, 자외선 카메라와, CCD카메라의 촬영정보를 기록하는 영상 및 측정 데이터 기록장치와; 점검대상의 전력설비 주변온도, 습도, 풍속을 측정하기 위한 주변환경상태 측정장치와; 점검대상의 전력설비 위치를 파악하기 위한 GPS와; 상기 적외선 카메라와, 자외선 카메라와, CCD카메라와, 다파장 조사기가 소정의 배열을 이루며 동시에 장착되는 팬/틸팅용 판체와; 상기 팬/틸팅용 판체를 회전시키거나, 상하좌우로 움직여 그 각도를 조절하는 팬/틸팅 장치와; 상기 팬/틸팅 장치의 동작 제어 및 다파장 조사기의 포커싱 제어를 위한 메인제어기; 를 차량에 소정의 배열로 탑재시킨 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 이를 이용한 전력설비 열화 측정방법을 제공한다.
전력설비, 화상 인식, 적외선, 자외선, CCD, 카메라, 열화 측정, GPS, 온도, 습도, 팬/틸팅 장치

Description

열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법{Method and apparatus for the aging monitoring of electric device using image acquisition}
본 발명은 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적외선 카메라, CCD 카메라, 자외선 카메라를 통합하여 전력설비에 따른 온도변화, 코로나 발생 정도를 신속하게 측정할 수 있고, 그 측정결과를 다파장조사장치, 온습도 측정장치, 풍속측정장치, GPS 등을 통해 보정함으로써, 측정결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력설비의 발전과 더불어 전력설비의 새로운 점검방법이 적용되고 있으며, 그 중 하나가 적외선 열화상 기술을 이용한 전력설비 열화진단법이 있다.
상기 적외선 열화상 기술을 이용한 전력설비 열화진단법은 적외선(IR) 카메라로 전력설비에 대한 온도를 측정하고, 그 온도가 일정온도 이상이면 열화로 판단 하는 방법으로서, 적외선 카메라로 측정된 온도값이 중요한 판단근거가 된다.
그러나, 상기 적외선 카메라에 의한 온도 측정에 있어서, 주변 온도, 습도, 풍속, 물체의 방사율, 카메라의 포커싱, 물체와 거리에 따라 오차가 많이 발생되는 문제점이 있으며, 이에 정확한 판단을 위해서는 진단장소의 환경 및 측정정보를 기록하여 온도 측정값에 대한 보정이 필요하다.
또한, 상기 적외선 카메라의 영상은 열영상으로 사람의 눈에 익숙하지 않아 물체 식별이 어려운 단점이 있다.
또한, 고전압 전력설비의 경우에는 오염물질, 수분, 먼지 등에 의해 트래킹(tracking) 현상이 일어나는데, 이 트래킹 현상은 적외선 카메라의 열화 점검을 불가능하게 만드는 요소로 작용하는 문제점이 있다.
또한, 전신주와 같이 그 점검 대상수가 많은 경우 대상체의 위치를 기록하는데 불편함이 있다.
특히, 현재 적외선 열화상을 이용한 전력설비 열화진단법은 휴대용 적외선 카메라를 직접 들고 다니며 대상체를 촬영하게 되는데, 공업단지와 같은 대규모 전력설비 및 고압 전신주와 같은 경우에는 점검대상체의 크기가 너무 클 뿐만 아니라 대상체간의 이동거리가 멀어서 인력에 의해 점검하는데 한계가 있으며, 또한, 전신주와 같은 높은 곳의 전력설비를 장시간 측정할 경우 신체적 무리에 따른 산업재해의 위험성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로서,
ⅰ) 전력설비에 대한 정확한 열화판단을 위해서 해당 진단장소의 환경 및 측정정보를 기록하여 온도 측정값에 대한 보정이 가능하고,
ⅱ) 적외선 카메라의 열영상으로는 물체 식별이 어려운 점을 감안하여, 점검대상체를 CCD 카메라와 동시에 측정하여 실영상과 열영상을 비교함으로서, 점검자입장에서 열화위치를 정확하게 판단할 수 있으며,
ⅲ) 적외선 카메라만으로 열화점검이 불가능하게 하는 트래킹 현상을 감안하여, 자외선 카메라를 동시에 사용하여 열화를 용이하게 측정할 수 있으며,
ⅳ) 전신주와 같이 그 점검 대상수가 많은 경우, GPS 위치정보를 이용하여 점검 대상체의 위치정보를 손쉽게 파악할 수 있으며,
ⅴ) 대규모 전력설비 및 고압 전신주와 같이 크기가 크고 이동거리가 먼 경우에도 열화 진단 장비가 탑재된 차량을 이용함에 따라 기동성이 좋아 각 전력설비에 대한 열화 측정을 수월하게 수행할 수 있으며,
ⅵ) 또한, 복합화된 각종 측정시스템을 차량에 장착하여 이동의 용이성을 제공할 뿐만 아니라, 각 장비에 연속적으로 전원을 공급하여 배터리 교체 충전의 시간을 최소화하면서 그 점검 효율성을 증대시킬 수 있는 화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은:
차량의 전단부 상면 위치에 장착되는 팬/틸팅 장치와, 이 팬/틸팅 장치에 회전 및 상하좌우 각도 조절 가능하게 조립되는 팬/틸팅 판체를 포함하는 전력설비 열화 측정장치에 있어서,
점검대상 전력설비의 열화에 따른 온도변화를 측정하기 위한 적외선 카메라와; 점검대상 전력설비의 트래킹에 의한 코로나 방전을 측정하기 위한 자외선 카메라와; 점검대상 전력설비에 대한 식별 및 거리측정을 위한 CCD카메라와; 상기 자외선 카메라 및 적외선 카메라의 포커싱을 위한 다파장 조사기; 를 상기 팬/틸팅 판체 위에 고정 설치하고,
상기 적외선 카메라와, 자외선 카메라와, CCD카메라의 촬영정보를 기록하는 영상 및 측정 데이터 기록장치와; 점검대상 전력설비의 주변온도, 습도, 풍속을 측정하기 위한 주변환경상태 측정장치와; 점검대상 전력설비의 위치를 파악하기 위한 GPS와; 상기 팬/틸팅 장치의 동작 제어 및 다파장 조사기의 포커싱 제어를 위한 메인제어기; 를 차량내 다른 소정 위치에 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치를 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 상기 다파장 조사기는 레이저 거리측정기와; 적외선 및 자외선 발진기로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 각 카메라의 측정된 영상정보를 디스플레이하는 모니터와; 상기 팬/틸팅 장치를 조작하기 위한 조이스틱을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 차량의 전단부 상면에 장착된 팬/틸팅장치를 구동시켜서, 이 팬/틸팅장치에 탑재된 자외선 카메라와, 적외선 카메라와, CCD카메라 및 다파장 조사기가 점검대상 전력설비가 있는 방향으로 조절되면서, 점검대상 전력설비를 연속적으로 모니터링하는 제1단계와; 연속적인 모니터링중 점검대상 전력설비에 대한 열화 판정을 위하여, 적외선 카메라에서 점검대상 전력설비의 열화정도를 측정한 신호, 또는 자외선 카메라에서 점검대상 전력설비의 트래킹에 의한 코로나 방전을 측정한 촬영정보로부터 경고 신호를 발생시키는 단계로서, 연속하는 적외선과 자외선 카메라의 촬영정보의 이미지 신호(I1, I2, I3...,)를 기반으로,
Figure 112010058710398-pat00020
(i,j는 영상 화소위치, I(i,j)는 (i,j)화소에서 신호 크기)로부터 전후 각 이미지의 영상신호에 대한 평균을 구하고, 이들을 감산처리하여 얻은 신호값(Vth)이 미리 설정된 문턱값 이상의 경우, 점검자를 위한 경고 신호를 발생시키는 제2단계와; 상기 CCD 카메라의 화면 중앙에 점검대상 전력설비가 위치하도록 조정한 후, 이때의 상기 팬/틸팅장치의 패닝과 틸팅 각도가 기록되는 제3단계와; 상기 다파장 조사기의 적외선 및 자외선 발진기가 점검대상 전력설비에 대한 조사 동작을 수행하는 동시에 다파장 조사기의 레이저 거리측정기에 의한 점검대상 전력설비와의 거리 측정값이 기록되는 제4단계와; 상기 적외선 및 자외선 발진기로부터 조사된 빔직경이 가장 선명하게 보일 수 있도록 상기 적외선 카메라와 자외선 카메라의 포커싱이 자동 조절되는 제5단계와; 상기 적외선 및 자외선 발진기의 발진을 정지한 후, 자외선 카메라와, 적외선 카메라와, CCD카메라에서 촬영된 점검대상 전력설비에 대한 영상을 저장하는 제6단계와; 점검대상 전력설비의 주변온도, 습도, 풍속 정보와, GPS에 의한 위치 정보가 저장되는 제7단계와; 적외선 카메라에 의한 영상, CCD카메라에 의한 실영상, 자외선 카메라에 의한 영상를 오버랩핑하여 열화된 점검대상 전력설비의 영상 정보를 제공하는 제1과정과, 점검대상 전력설비와의 거리, 주변 온도 및 습도, 풍속정보를 변수로 이용하여 적외선 측정온도를 보상하는 제2과정과, 측정온도를 보상후, 전력설비에 대한 각 카메라의 팬/틸팅 각도와, GPS에 의한 위치정보와, 다파장조사기에 의한 전력설비와의 거리 정보를 이용하여 열화 전력설비의 위치가 재저장되는 제3과정으로 이루어지는 제8단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정방법을 제공한다.
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상기 제1과정은: 상기 CCD, 적외선, 자외선의 3개 카메라의 광축 각도가 일정한 θ의 각도로 고정되어 촬영될 때, 상기 CCD 카메라에 의한 실영상과 적외선 카메라에 의한 영상에 대한 오버랩핑이
Figure 112008066613576-pat00002
에 의하여 수행되는 동시에 상기 CCD 카메라에 의한 실영상과 자외선 카메라에 의한 영상에 대한 오버랩핑이
Figure 112008066613576-pat00003
에 의하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
여기서, Iover 는 두 영상이 오버랩된 이미지, IIR은 적외선 이미지, IUV는 자외선 이미지, θ는 CCD 카메라와 자외선 카메라 또는 CCD 카메라와 적외선 카메라가 이루는 각도를 나타낸다.
상기 제3과정은: GPS에 위한 GPS(x,y)로부터 전력설비의 실제 위치, 다파장조사기의 레이저 거리 측정기에 의한 전력설비와의 거리 O(x,y), 팬/틸팅 장치에서 얻는 각도로부터
Figure 112010017168019-pat00004
,
Figure 112010017168019-pat00005
를 이용하여 전력설비의 실제 위치가 구해지는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 적외선 카메라, CCD 카메라, 자외선 카메라를 통합하여 자동으로 제어함으로서, 전력설비의 열화에 따른 온도변화, 코로나 발생 등을 신속하게 측정할 수 있다.
특히, 다파장조사장치, 온습도 측정장치, 풍속측정장치, GPS 등의 측정장치를 사용하여 점검대상 전력설비에 대한 측정결과를 보정함으로서, 점검결과의 신뢰도를 향상할 수 있다.
또한, 차량을 이용한 이동방식으로 점검자에게 다양한 편의성 및 기동성을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치가 차량에 탑재된 예를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 따르면, 전력설비의 열화에 따른 온도변화를 측정하기 위한 적외선 카메라(10)와, 트래킹에 의한 코로나 방전을 측정하기 위한 자외선 카메라(12)와, 전력설비의 점검대상체에 대한 식별 및 거리측정을 위한 CCD카메라(14)와, 상기 적외선카메라(10) 및 자외선 카메라(12)의 포커싱을 위한 다파장 조사기(16)가 팬/틸팅용 판체(18)에 소정의 배열로 장착된다.
즉, 상기 적외선 카메라(10)가 팬/틸팅용 판체(18)의 일측에, 상기 자외선 카메라(12)가 팬/틸팅용 판체(18)의 타측에, 상기 CCD카메라(14)가 적외선 카메라(10)와 자외선 카메라(12) 사이인 팬/틸팅용 판체(18)의 중앙부에, 상기 다파장 조사기(18)가 상기 CCD카메라(14)의 상면에 각각 장착된다.
특히, 상기 팬/틸팅용 판체(18)의 저면에는 팬/틸팅용 판체(18) 및 그 위에 장착된 각 카메라(10,12,14)들을 회전시키거나, 상하좌우로 움직여 그 각도를 조절하는 팬/틸팅(pan/tilting) 장치(20)가 장착되는데, 상기 팬/틸팅 장치(20)는 산업용 로봇장비 또는 군용장비 등에 적용되는 이미 공지의 팬/틸팅 장치를 사용한다.
또한, 상기 팬/틸팅 장치(20) 및 다파장 조사기(16)는 메인제어기(22)와 신호 교환 가능하게 연결되는 바, 이 메인제어기(22)는 팬/틸팅 장치(20)를 조작하기 위한 조이스틱(24)의 입력 신호에 따라 상기 팬/틸팅 장치(20)의 상하좌우, 회전, 각도 조절 등의 동작을 제어하고, 또한 상기 다파장 조사기(16)에 의한 신호를 기반으로 각 카메라(10,12,14)에 대한 포커싱 제어를 실시한다.
따라서, 상기 적외선 카메라(10)와, CCD카메라(14)와, 자외선 카메라(12)는 팬/틸팅장치(20)에 의하여 그 측정영역이 동일하게 조정되어, 조작자의 조이스틱(24)을 이용한 패닝(panning)과 틸트(tilt) 조작에 따라 항상 같은 영역을 측정하게 된다.
한편, 상기 다파장 조사기(16)는 레이저 거리측정기(26)와, 적외선 및 자외선 발진기(28)로 구성되는데, 상기 적외선 및 자외선 발진기(28)는 적외선과 자외선 카메라(10,12)의 측정 파장 영역과 같은 파장대를 해당 대상체에 각각 조사할 수 있도록 선정되고, 발진되는 적외선과 자외선을 평면파로 시준화(collimation)시켜 먼거리의 물체인 점검대상 전력설비에 일정한 직경으로 조사함으로써, 레이저 포인터와 같이 점검대상 전력설비의 위치를 정확하게 지시하는 역할을 하게 된다.
이때, 상기 적외선 카메라(10)와, 자외선 카메라(12)와, CCD카메라(14)는 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)와 신호 교환 가능하게 연결되는 바, 이에 상기 적외선 카메라(10)와, 자외선 카메라(12)와, CCD카메라(14)의 촬영정보, 즉 전력설비의 동영상정보 및 사진 등의 데이터가 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 일종의 데이터로 실시간 저장된다.
특히, 본 발명에 따른 장치는 점검대상 전력설비의 주변온도를 감지하는 온도센서, 습도를 감지하는 습도센서, 풍속을 감지하는 풍속센서 등이 집약된 주변환경상태 측정장치(32)를 포함하며, 따라서 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 점검대상 전력설비의 주변온도, 습도, 풍속 등이 상기 각 카메라(10,12,14)의 촬영정보와 동시에 실시간으로 저장된다.
또한, 본 발명에 따른 장치에는 점검대상의 전력설비 위치를 파악하기 위한 GPS(34)를 포함하며, 이에 상기 전력설비에 대한 위치 정보가 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 상기 각 카메라(10,12,14)의 촬영정보와 동시에 실시간으로 저장된다.
한편, 상기 각 카메라(10,12,14)의 촬영정보 및 주변 정보(온도,습도,풍속,GPS에 의한 위치정보) 등을 볼 수 있는 모니터(36)가 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)와 연결된다.
이렇게 구성된 상기 적외선 카메라(10)와, 자외선 카메라(12)와, CCD카메라(14)와, 각 카메라(10,12,14)를 팬/틸팅시키는 팬/틸팅 장치(20)를 차량의 앞쪽 상부에 탑재하고, 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)와, 모니터(36)와, 조이스틱(24), GPS(34) 장치 등을 차량의 뒤쪽 상부에 탑재하여, 어떠한 전력설비라도 기동성을 발휘하면서 차량이동 중에 조작자가 열화 진단 측정을 손쉽게 수행할 수 있다.
이때, 차량에 탑재된 각 구성들을 외부 충격 및 진동으로부터 보호하기 위하여 탑재면 및 그 측방부에 충격 및 진동방지 패드(38)와 같은 방진시설을 설치하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기와 같은 구성들을 기반으로 진행되는 본 발명의 화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량 이동중, 조작자가 조이스틱(24)을 조작하여, 팬/틸팅 장치(20)를 회전 또는 상하좌우로 움직여, 팬/틸팅용 판체(18)에 장착되어 있던 적외선 카메라(10)와, 자외선 카메라(12)와, CCD카메라(14) 및 다파장 조사기(16)가 원하는 방향으로 조절되면서, 전력설비를 연속적으로 모니터링하게 된다.
즉, 적외선 카메라(10)와, 자외선 카메라(12)와, CCD카메라(14)의 촬영 정보로서, CCD카메라(14)에서 점검대상 전력설비를 촬영한 신호와, 적외선 카메라(10)에서 점검대상 전력설비의 열화정도를 측정한 신호와, 자외선 카메라(12)에서 점검대상 전력설비의 트래킹에 의한 코로나 방전을 측정한 신호들이 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 저장되면서 모니터(36)에 디스플레이된다.
이때, 적외선 카메라(10) 이외에, 자외선 카메라(12)를 열화 측정에 함께 사용하는 것은 전력설비의 고장시 자외선만 방출되는 사례가 있어, 자외선 카메라(12)가 트래킹에 의한 코로나 방전을 측정하여 열화 인식을 하도록 함에 있다.
이러한 연속적인 모니터링중, 열화 현상으로 판정되면 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에서 경고 신호를 발생시킨다.
즉, 연속하는 적외선과 자외선 카메라(10,12)의 촬영정보로부터 이상유무의 경고 신호 발생은 미리 설정된 문턱값(threshold)과, 연속하는 적외선과 자외선 카메라의 이미지 정보(측정대상인 전력설비의 열화신호값)을 비교하여, 측정대상인 전력설비의 열화부분을 선명하게 인식한 열화신호값이 문턱값 이상이면 경고 신호를 발생하게 된다.
보다 상세하게는, 연속하는 이미지 신호를 I1, I2, I3..., 라고 할 때, 아래의 수학식1과 같이 전후 각 이미지의 영상신호에 대한 평균을 구하고, 이들을 감산처리하여 얻은 신호값(Vth)이 문턱값 이상의 경우에 점검자에게 경고 신호를 제공하게 된다.
Figure 112008066613576-pat00006
여기에서 i,j는 영상 화소위치, I(i,j)는 (i,j)화소에서 신호 크기이다.
다음 단계로서, 상기와 같이 경고 신호가 발생하면, 차량을 정지시킨 후, 열화된 전력설비 방향으로 조이스틱(24)을 이용한 원격 팬/틸팅장치(20)의 방향 조절 즉, 각 카메라(10,12,14)의 방향 조절을 실시하며, 상기 CCD 카메라(14)의 중앙에 대상 전력설비가 위치하도록 조정한다.
이때, 상기 팬/틸팅장치(20)의 패닝과 틸팅 각도는 상기 메인제어기(22)의 메모리부 또는 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 기록된다.
이와 동시에, 상기 다파장 조사기(16)의 구성중 적외선 및 자외선 발진기(28)는 점검대상 전력설비에 대한 조사 동작을 하게 되는데, 발진되는 적외선과 자외선은 평면파로 시준화(collimation)되어 점검대상 전력설비에 일정한 직경으로 조사된다.
또한, 상기 다파장 조사기(16)의 구성중 레이저 거리측정기(26)에 의하여 점검대상 전력설비와의 거리가 측정되어, 상기 메인제어기(22)의 메모리부 또는 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 기록된다.
다음 단계로서, 상기 적외선 및 자외선 발진기(28)로부터 조사된 빔직경이 가장 선명하게 보일 수 있도록 상기 메인제어기(22)의 제어에 의하여 적외선 카메라(10)와 자외선 카메라(12)의 포커싱이 자동 조절된다.
이어서, 상기 적외선 카메라(10)와 자외선 카메라(12)의 포커싱을 자동 조절되면, 적외선 및 자외선 발진기(28)의 발진을 정지한 후, 적외선 카메라(10)와, 자외선 카메라(12)와, CCD카메라(14)에서 촬영된 점검대상 전력설비에 대한 영상이 각각 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 저장된다.
또한, 상기 주변환경상태 측정장치(32)에서 측정된 점검대상 전력설비의 주변온도, 습도, 풍속 정보가 상기 메인제어기(22)의 메모리부 또는 상기 영상 및 측 정 데이터 기록장치(30)에 저장된다.
또한, 상기 GPS(34)에서 측정된 전력설비에 대한 위치 정보가 상기 메인제어기(22)의 메모리부 또는 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치에 저장된다.
이렇게 측정 완료후, 다른 전력설비를 향해 차량을 재이동시켜, 상기와 같은 측정 절차를 반복하게 된다.
여기서, 상기와 같은 측정 완료후, 측정 데이터를 기반으로 이루어지는 후처리 과정인 보정 과정을 설명하면 다음과 같다.
상기와 같이, 점검대상 전력설비에 대한 현장 측정 결과, 3개의 영상정보(적외선 카메라(10)에 의한 영상, CCD카메라(14)에 의한 실영상, 자외선 카메라(12)에 의한 영상)와, 전력설비에 대한 팬/틸팅 각도, 전력설비와의 거리, 주변 온도 및 습도, 풍속, GPS 정보가 얻어진 것을 기반으로 상기 메인제어기(22)의 연산에 의한 후처리 과정인 측정온도에 대한 보정과정이 진행된다.
첫번째 과정으로서, 현장점검으로부터 얻어진 상기 3개의 영상정보(적외선 카메라(10)에 의한 영상, CCD카메라(14)에 의한 실영상, 자외선 카메라(12)에 의한 영상)를 오버랩핑하여 열화된 점검대상 전력설비의 영상 정보를 모니터(36) 화면에 출력한다.
즉, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 상기 적외선, CCD, 자외선의 3개 카메라(10,14,12)의 광축 각도가 일정한 θ의 각도로 고정되어 촬영되었을 때, CCD 카메라(14)에 의한 실영상과 적외선 카메라(10)에 의한 영상에 대한 오버랩핑, 그리고 CCD 카메라(14)에 의한 실영상과 자외선 카메라(12)에 의한 영상에 대한 오버랩 핑(overlapping)이 각각 1차적으로 아래의 수학식2 및 수학식3에 의하여 수행된다.
Figure 112008066613576-pat00007
Figure 112008066613576-pat00008
여기서, Iover 는 두 영상이 오버랩된 이미지, IIR은 적외선 이미지, IUV는 자외선 이미지, θ는 CCD 카메라와 자외선 카메라 또는 CCD 카메라와 적외선 카메라가 이루는 각도를 나타낸다.
이때, 사용자가 오버래핑 이미지의 오차를 최소화하기 위해, 각 영상에 특징점 3개 이상을 표시하고, 이 점들을 기준으로 영상들을 다시 겹치게 함으로서, 오차를 최소화하여 점검자가 열화된 전력설비의 위치를 정확히 구별할 수 있도록 한다.
두번째 과정으로서, 점검대상 전력설비와의 거리, 주변 온도 및 습도, 풍속정보를 변수로 이용하여 적외선 카메라에 의하여 측정된 점검대상 전력설비의 측정온도를 실제온도에 근사한 수준까지 보상하는 과정 즉, "G. Gaussorgues, Infrared Thermography, 1994에 제시된 방법"에 의하여 보정하는 과정이 진행된다.
즉, 적외선 카메라에 의하여 측정된 점검대상 전력설비의 측정온도가 점검대상 전력설비와의 거리, 주변 온도 및 습도, 풍속에 의하여 순간적으로 변화될 수 있으므로, 상기 레이저 거리측정기(26)에 의하여 측정되어 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 기록된 점검대상 전력설비와의 거리와, 상기 주변환경상태 측정장치(32)에서 측정되어 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 기록된 점검대상 전력설비의 주변온도, 습도, 풍속 정보 등을 변수로 하여, 적외선 카메라에 의하여 측정된 점검대상 전력설비의 측정온도를 실제온도에 근사한 수준까지 보상하는 보정과정("G. Gaussorgues, Infrared Thermography, 1994에 제시된 공지의 방법)이 메인제어기(22)에서 연산 진행된다.
세번째 과정으로서, 상기와 같이 열화된 전력설비에 대한 위치를 정확하게 구별하여 측정온도를 보상한 다음, 이때의 전력설비에 대한 각 카메라(10,12,14)의 팬/틸팅 각도와, GPS(34)에 의한 위치정보와, 다파장조사기(16)에 의한 전력설비와의 거리 정보를 이용하여 열화 전력설비의 위치가 상기 메인제어기(22)의 메모리부 또는 상기 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)에 저장된다.
보다 상세하게는, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 차량에 장착된 GPS(34)의 정보, 즉 GPS(x,y)로부터 전력설비의 실제 위치, 다파장조사기(16)의 레이저 거리 측정기(26)에 의한 전력설비와의 거리 O(x,y), 팬/틸팅 장치(20)에서 얻는 각도로부터 다음 수학식4를 이용하여 전력설비의 실제 위치를 알 수 있다.
Figure 112008066613576-pat00009
Figure 112010058710398-pat00010
위의 수학식 4 및 5에서, O(x): 물체의 x 위치, O(y): 물체의 y 위치, L: 물체와 GPS와 거리, θy: y축과 물체의 위치가 이루는 각도, θz: 거리 L 과 거리 L의 사영이 이루는 각도, GPS(x,y): 위성항법장치(GPS)에서 수신한 위치 정보, 를 나타낸다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 적외선 카메라, CCD 카메라, 자외선 카메라를 통합하여 자동으로 제어함으로서, 전력설비의 열화에 따른 온도변화, 코로나 발생 등을 신속하게 측정할 수 있고, 다파장조사장치, 온습도 측정장치, 풍속측정장치, GPS 등의 측정장치를 사용하여 점검대상 전력설비에 대한 측정결과를 보정하여 점검결과의 신뢰도를 향상할 수 있다.
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도 1은 본 발명에 따른 화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치가 차량에 탑재된 예를 나타내는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 CCD, 적외선, 자외선의 3개 카메라의 광축 각도가 일정한 θ의 각도로 고정되어 촬영될 때의 모습을 설명하는 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 후처리 과정으로서, 최종적으로 GPS에 의한 전력설비의 실제 위치 등을 재저장하는 것을 설명하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 적외선 카메라 12 : 자외선 카메라
14 : CCD카메라 16 : 다파장 조사기
18 : 팬/틸팅용 판체 20 : 팬/틸팅 장치
22 : 메인제어기 24 : 조이스틱
26 : 레이저 거리측정기 28 : 적외선 및 자외선 발진기
30 : 영상 및 측정 데이터 기록장치 32 : 주변환경상태 측정장치
34 : GPS 36 : 모니터
38 : 충격 및 진동방지 패드

Claims (8)

  1. 차량의 전단부 상면 위치에 장착되는 팬/틸팅 장치(20)와, 이 팬/틸팅 장치(20)에 회전 및 상하좌우 각도 조절 가능하게 조립되는 팬/틸팅 판체(18)를 포함하는 전력설비 열화 측정장치에 있어서,
    점검대상 전력설비의 열화에 따른 온도변화를 측정하기 위한 적외선 카메라(10)와; 점검대상 전력설비의 트래킹에 의한 코로나 방전을 측정하기 위한 자외선 카메라(12)와; 점검대상 전력설비에 대한 식별 및 거리측정을 위한 CCD카메라(14)와; 상기 자외선 카메라(12) 및 적외선 카메라(10)의 포커싱을 위한 다파장 조사기(16); 를 상기 팬/틸팅 판체(18) 위에 고정 설치하고,
    상기 적외선 카메라(10)와, 자외선 카메라(12)와, CCD카메라(14)의 촬영정보를 기록하는 영상 및 측정 데이터 기록장치(30)와; 점검대상 전력설비의 주변온도, 습도, 풍속을 측정하기 위한 주변환경상태 측정장치(32)와; 점검대상 전력설비의 위치를 파악하기 위한 GPS(34)와; 상기 팬/틸팅 장치(20)의 동작 제어 및 다파장 조사기(16)의 포커싱 제어를 위한 메인제어기(22); 를 차량내 다른 소정 위치에 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다파장 조사기(16)는:
    점검대상 전력설비와의 거리를 측정하는 레이저 거리측정기(26)와;
    점검대상 전력설비의 위치를 지시하는 적외선 및 자외선 발진기(28);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 카메라의 측정된 영상정보를 디스플레이하는 모니터(36)와;
    상기 팬/틸팅 장치(20)를 조작하기 위한 조이스틱(24);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치.
  4. 차량의 전단부 상면에 장착된 팬/틸팅장치를 구동시켜서, 이 팬/틸팅장치에 탑재된 자외선 카메라(12)와, 적외선 카메라(10)와, CCD카메라(14) 및 다파장 조사기(16)가 점검대상 전력설비가 있는 방향으로 조절되면서, 점검대상 전력설비를 연속적으로 모니터링하는 제1단계와;
    연속적인 모니터링중 점검대상 전력설비에 대한 열화 판정을 위하여, 적외선 카메라(10)에서 점검대상 전력설비의 열화정도를 측정한 신호, 또는 자외선 카메라(12)에서 점검대상 전력설비의 트래킹에 의한 코로나 방전을 측정한 촬영정보로부터 경고 신호를 발생시키는 단계로서, 연속하는 적외선과 자외선 카메라(10,12)의 촬영정보의 이미지 신호(I1, I2, I3...,)를 기반으로,
    Figure 112010058710398-pat00021
    (i,j는 영상 화소위치, I(i,j)는 (i,j)화소에서 신호 크기)로부터 전후 각 이미지의 영상신호에 대한 평균을 구하고, 이들을 감산처리하여 얻은 신호값(Vth)이 미리 설정된 문턱값 이상의 경우, 점검자를 위한 경고 신호를 발생시키는 제2단계와;
    상기 CCD 카메라(14)의 화면 중앙에 점검대상 전력설비가 위치하도록 조정한 후, 이때의 차량 전단부 상면에 장착된 팬/틸팅장치(20)의 패닝과 틸팅 각도가 기록되는 제3단계와;
    상기 다파장 조사기(16)의 적외선 및 자외선 발진기(28)가 점검대상 전력설비에 대한 조사 동작을 수행하는 동시에 다파장 조사기(16)의 레이저 거리측정기(26)에 의한 점검대상 전력설비와의 거리 측정값이 기록되는 제4단계와;
    상기 적외선 및 자외선 발진기(28)로부터 조사된 빔직경이 가장 선명하게 보일 수 있도록 상기 적외선 카메라(10)와 자외선 카메라(12)의 포커싱이 자동 조절되는 제5단계와;
    상기 적외선 및 자외선 발진기(28)의 발진을 정지한 후, 자외선 카메라(12)와, 적외선 카메라(10)와, CCD카메라(14)에서 촬영된 점검대상 전력설비에 대한 영상을 저장하는 제6단계와;
    점검대상 전력설비의 주변온도, 습도, 풍속 정보와, GPS에 의한 위치 정보가 저장되는 제7단계와;
    적외선 카메라에 의한 영상, CCD카메라에 의한 실영상, 자외선 카메라에 의한 영상를 오버랩핑하여 열화된 점검대상 전력설비의 영상 정보를 제공하는 제1과정과, 점검대상 전력설비와의 거리, 주변 온도 및 습도, 풍속정보를 변수로 이용하여 적외선 측정온도를 보상하는 제2과정과, 측정온도를 보상후, 전력설비에 대한 각 카메라의 팬/틸팅 각도와, GPS에 의한 위치정보와, 다파장조사기에 의한 전력설비와의 거리 정보를 이용하여 열화 전력설비의 위치가 재저장되는 제3과정으로 이루어지는 제8단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1과정은:
    상기 CCD, 적외선, 자외선의 3개 카메라의 광축 각도가 일정한 θ의 각도로 고정되어 촬영될 때, 상기 CCD 카메라에 의한 실영상과 적외선 카메라에 의한 영상에 대한 오버랩핑이
    Figure 112010017168019-pat00012
    에 의하여 수행되는 동시에 상기 CCD 카메라에 의한 실영상과 자외선 카메라에 의한 영상에 대한 오버랩핑이
    Figure 112010017168019-pat00013
    에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정방법.
    여기서, Iover 는 두 영상이 오버랩된 이미지, IIR은 적외선 이미지, IUV는 자외선 이미지, θ는 CCD 카메라와 자외선 카메라 또는 CCD 카메라와 적외선 카메라가 이루는 각도를 나타낸다.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3과정은:
    GPS에 위한 GPS(x,y)로부터 전력설비의 실제 위치, 다파장조사기의 레이저 거리 측정기에 의한 전력설비와의 거리 O(x,y), 팬/틸팅 장치에서 얻는 각도로부터
    Figure 112010058710398-pat00014
    ,
    Figure 112010058710398-pat00015
    를 이용하여 전력설비의 실제 위치가 구해지는 것을 특징으로 하는 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정방법.
    위의 수학식에서, O(x): 물체의 x 위치, O(y): 물체의 y 위치, L: 물체와 GPS와 거리, θy: y축과 물체의 위치가 이루는 각도, θz: 거리 L 과 거리 L의 사영이 이루는 각도, GPS(x,y): 위성항법장치(GPS)에서 수신한 위치 정보.
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