一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统及方法，系统包括多个监测模块和控制中心，监测模块均包括电源模块、声光告警模块、图像监测模块、主控制系统和通信模块，图像监测模块检测铁塔两侧线路通道的图像，并将图像传输给主控制系统；主控制系统采用基于Haar特征密度图的图像匹配方法进行隐患检测，当检测出存在隐患时，通知声光告警模块进行告警；本发明专利技术采用Haar特征密度图滤波，能够有效的去除由于微小扰动所引起的匹配失败的离散像素点，在保证大块连通域本身没有损失的同时，还能够很好的保留其内部及周围的离散点，与像素图像进行匹配。

A visual monitoring system and method for transmission passageway protection

The invention discloses a visual monitoring system and method for transmission channel break protection, system comprises a plurality of monitoring module and control center, monitoring module includes power supply module, sound light alarm module, image monitoring module, the main control system and communication module, image detection tower on both sides of the line channel image monitoring module, and the image transmitted to the main control system; the main control system using image Haar feature density map matching method based on the detection of hidden dangers, when detected, notify the audible alarm alarm module; the invention adopts Haar feature density filtering, can effectively remove the tiny disturbance due to the matching failure caused by discrete pixels. In that large connected domain itself has no losses at the same time, also can well retain the discrete points within and around, and the like The pixel image is matched.

【技术实现步骤摘要】
一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统及方法
本专利技术涉及一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统及方法。
技术介绍
随着国民经济的发展，各行各业对电力的需求不断扩大，各种人为和自然事故导致的断电造成的损失也越来越大。如何提早发现、处理和预防危害输电线路的自然灾害及意外事故，时刻保障电力正常供应，成为人们关注的焦点。目前在我国许多地方已开始通过在各个高压输电线路的杆塔上安装图像/视频监测装置来监控线路通道环境，代替传统的人工巡线。原有的图像/视频监测，寿命短、可靠性低、隐患检测不智能。现场的图像/视频监测装置将拍摄的视频传回服务器，再由人工观察来排查隐患，工作量非常大，而且主观性强，效率低下。随着智能信息处理技术的发展，人们开始探索利用图像匹配技术进行安全检测的方法，也取得了一定的进展。但是，由于输电线路或通道多设置于复杂的野外场景，且气象条件不佳，杆塔本身会产生一定的晃动，尤其是对于电压等级较高的大型铁塔，晃动的幅度更大，背景中的目标会产生晃动或者舞动以及天气、云彩和光照等都会影响拍摄照片效果，受到影响的图像，对于输电通道外破防护效果并不好。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统及方法，本专利技术能快速检测线路通道隐患，及时将隐患信息反馈。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，包括多个监测模块和控制中心，所述监测模块均包括电源模块、声光告警模块、图像监测模块、主控制系统和通信模块，其中：所述电源模块为整体监测模块提供电能；所述图像监测模块，被配置为设置于各个输电线路的铁塔上，检测铁塔两侧线路通道的图像，并将图像传输给主控制系统；所述主控制系统，被配置为控制图像检测模块的采集控制，采用基于Haar特征密度图的图像匹配方法进行隐患检测，当检测出存在隐患时，通知声光告警模块进行告警；所述通信模块，被配置为提供通信通道给主控制系统与控制中心，将隐患信息进行传输和反馈。进一步的，所述电源模块包括电源供给模块和电源存储模块，所述电源供给模块采用太阳能电池板进行电能采集，与主控制系统相连，电源存储模块包括蓄电池和超级电容，将电源供给模块采集的电能进行存储，与主控制系统相连。进一步的，所述声光告警模块包括高音喇叭和灯光闪烁装置。进一步的，所述监测模块还包括测温模块，与主控系统间的通讯方式为无线通讯方式，测量输电线路导线、耐张线夹和/或引流板的温度。进一步的，所述图像监测模块采用物理像素大于500万像素的拍照镜头，包括两个镜头，分别监测铁塔两侧线路通道，与主控制系统相连。进一步的，所述主控制系统包括控制单元和数据预处理单元，所述控制单元被配置为进行拍照控制、通讯模块、测温控制、视频控制、电源控制和声光告警控制；数据预处理单元被配置为采用基于Haar特征密度图的图像匹配方法进行隐患检测。进一步的，所述通信模块与主控制系统相连，包括数据加密模块和无线通讯模块，数据加密模块采用MD5算法进行数据加密；无线通讯模块采用通讯运营商物联网卡和VPN通道的方式进行数据传输。进一步的，所述控制中心包括后台主站系统，接收监测模块的数据并进行展示，实现各个监测模块的分布可视化、线路通道可视化和告警查询。基于上述系统的图像匹配方法，包括以下步骤：(1)将待匹配图像与参考图像转换至多个颜色空间，得到对应的差分图像；(2)对得到的差分图像进行加权融合，进行各个颜色空间中各个通道的分离；(3)对图像进行二值化处理；(4)计算二值化后差分图像的Haar特征，得到对应的Haar特征密度图；(5)基于Haar特征密度图对二值化后的图像进行滤波，得到最终匹配结果。所述步骤(1)中，将待匹配图像与参考图像转换至RGB、HSV、YUV和Lab四个颜色空间，并在四个颜色空间中分别获得差分图像。所述步骤(2)中，将除了色调通道的差分图像的其余通道差分图像进行加权融合。进一步的，分离通道，将除了H通道的差分图像的其余11个通道差分图像进行加权融合，融合过程如下：其中，Il(x,y)表示第l个通道的差分图像中坐标(x,y)处图像I的像素值；F(x,y)表示坐标(x,y)处融合后图像F的像素值；N表示需要融合的图像数量；ki表示尺度窗口的大小，αi表示尺度的权重，N＝11。进一步的，所述步骤(3)中，二值化的处理包括：(3-1)统计图像中各个灰度级的像素数量，并对其进行归一化处理；(3-2)根据统计的像素数量归一化结果，确定二值化的最优阈值；(3-3)根据确定的最优阈值，对图像进行灰度二值化处理。所述步骤(3-2)中，根据灰度级的像素数量的归一化结果，确定各个阈值时的背景概率和前景概率以及对应的灰度均值，求得背景和前景方差、类间方差和类内方差，确定类间方差最大且类内方差最小时的阈值为最优阈值。所述步骤(4)中，对于二值图像，利用Haar特征的灰度差值特征看作是像素之间的二值跳变。所述步骤(4)中，Haar特征模板如下：gc表示灰度值为255的像素，gp为gc的八邻域；gp的值与gc不相同时，点gc的Haar特征数加一。所述步骤(4)中，得到图像的Haar特征密度图的具体过程包括：(4-1)构造与融合后差分图像大小相同的二维图像H，并将图像中的像素值全部赋值为0；(4-2)将二值化后差分图像中像素的Haar特征数作为图像H中对应位置的像素的灰度值，图像H就是差分图像的Haar特征密度图。所述步骤(5)中，滤波的过程包括：(5-1)以像素P为中心，统计宽度为L的窗口内的有效像素的数量和Haar特征数量；(5-2)将Haar特征数量与窗口内的有效像素的数量的比值作为像素P的Haar特征频数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用Haar特征密度图滤波，能够有效的去除由于微小扰动所引起的匹配失败的离散像素点，在保证大块连通域本身没有损失的同时，还能够很好的保留其内部及周围的离散点，与像素图像进行匹配；(2)本专利技术利用Haar特征密度图对于像素的离散和稠密程度具有很好的描述能力，因此，可以利用Haar特征密度图对图像进行滤波以过滤掉离散的噪声点，实现对像素级匹配结果中局部细小的非刚性变化区域进行超像素级的匹配。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术的有效算法流程图；图2为二值化后的差分图像和Haar特征密度图；图3为不同方法获得的滤波结果；图4为用于输电通道外破防护的可视化监测装置。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：包括多个监测模块和控制中心，所述监测模块均包括电源模块、声光告警模块、图像监测模块、主控制系统和通信模块，其中：所述电源模块为整体监测模块提供电能；所述图像监测模块，被配置为设置于各个输电线路的铁塔上，检测铁塔两侧线路通道的图像，并将图像传输给主控制系统；所述主控制系统，被配置为控制图像检测模块的采集控制，采用基于Haar特征密度图的图像匹配方法进行隐患检测，当检测出存在隐患时，通知声光告警模块进行告警；所述通信模块，被配置为提供通信通道给主控制系统与控制中心，将隐患信息进行传输和反馈。

【技术特征摘要】
1.一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：包括多个监测模块和控制中心，所述监测模块均包括电源模块、声光告警模块、图像监测模块、主控制系统和通信模块，其中：所述电源模块为整体监测模块提供电能；所述图像监测模块，被配置为设置于各个输电线路的铁塔上，检测铁塔两侧线路通道的图像，并将图像传输给主控制系统；所述主控制系统，被配置为控制图像检测模块的采集控制，采用基于Haar特征密度图的图像匹配方法进行隐患检测，当检测出存在隐患时，通知声光告警模块进行告警；所述通信模块，被配置为提供通信通道给主控制系统与控制中心，将隐患信息进行传输和反馈。2.如权利要求1所述的一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：所述电源模块包括电源供给模块和电源存储模块，所述电源供给模块采用太阳能电池板进行电能采集，与主控制系统相连，电源存储模块包括蓄电池和超级电容，将电源供给模块采集的电能进行存储，与主控制系统相连。3.如权利要求1所述的一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：所述声光告警模块包括高音喇叭和灯光闪烁装置。4.如权利要求1所述的一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：所述监测模块还包括测温模块，与主控系统间的通讯方式为无线通讯方式，测量输电线路导线、耐张线夹和/或引流板的温度。5.如权利要求1所述的一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：所述图像监测模块采用物理像素大于500万像素的拍照镜头，包括两个镜头，分别监测铁塔两侧线路通道，与主控制系统相连。6.如权利要求1所述的一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：所述主控制系统包括控制单元和数据预处理单元，所述控制单元被配置为进行拍照控制、通讯模块、测温控制、视频控制、电源控制和声光告警控制；数据预处理单元被配置为采用基于Haar特征密度图的图像匹配方法进行隐患检测。7.如权利要求1所述的一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：所述通信模块与主控制系统相连，包括数据加密模块和无线通讯模块，数据加密模块采用MD5算法进行数据加密；无线通讯模块采用通讯运营商物联网卡和VPN通道的方式进行数据传输。8.如权利要求1所述的一种用于输电通道外破防护的可视化监测系统，其特征是：所述控制中心包括后台主站系统，接收监测模块的数据并进行展示，实现各个监测模块的分布可视化、线路通道可视化和告警查询。9.基于如权利要求1-8任一项所述的系统的图像匹配方法，其特征是：包括以下步骤：(1)将待匹配图像与参考图像转换至多个颜色空间，得到对应的差分图像；(2)对得到的差分图像进行加权融合，进行各个颜色空间中各个通道的分离；(3)对图像进行二值化处理；(4)计算二值化后差分图像的Haar特征，得到对应的Haar特征密度图；(5)基于Haar特征密度图对二值化后的图像进行滤波，得到最终匹配结果。10.如权利要求9所述的图像匹配方法，其特征是：所述步骤(1)中，将待匹配图像与参考图像转换至RGB、HSV、YUV和Lab四个颜色空...

【专利技术属性】
技术研发人员：李程启，白德盟，陈玉峰，杨祎，林颖，徐冉，秦佳峰，李露露，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37