一种输电导线覆冰形状的自动识别方法技术

本发明专利技术公开了一种输电导线覆冰形状的自动识别方法，通过安装在杆塔上的两部摄像机分别采集输电线路覆冰导线的正视图和俯视图的图像，并通过图像处理技术包括摄像机标定、图像预处理等，分别获得导线覆冰的最大厚度并绘制导线覆冰截面的矩形包络面，由等值覆冰厚度模型求得覆冰导线的截面面积，根据截面积等效原则，在矩形包络面内用椭圆和三角自动拟合出最接近真实覆冰的导线截面形状。本发明专利技术原理简单，操作方便，与现有的人工方式对覆冰形状进行测量的方法相比，本发明专利技术能够实现覆冰形状的自动识别，具有重大的社会意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字视频图像处理及输电线路在线监测
，具体涉及一种输电 导线覆冰形状的自动识别方法。
技术介绍
输电导线覆冰易造成导线舞动、断线、线路跳闸、甚至使电网瘫痪等事故，严重威 胁电力系统的安全运行，2008年的大范围冰灾过后，国家电网公司和中国南方电网都积极 发展融冰技术，并开发了大量的直流融冰设备，在防止输电导线因覆冰断线、倒塔中发挥了 重要作用。在输电导线融冰之前，首先应正确估算融冰时间或融冰电流，导线的覆冰形状不 仅在估算融冰时间或融冰电流中具有重要影响，而且在导线舞动的分析中直接影响阻力系 数、升力系数和扭转系数的计算，因此，确定导线覆冰的横截面形状具有重大意义。现有覆 冰形状的测量主要是通过截取覆冰导线上的一小段冰将之放在白纸上靠人工勾勒其覆冰 边缘的方法描绘覆冰截面形状，该方法只能在实验环境下进行，对于实际的输电线路操作 度低，危险性大，不能实现对导线覆冰形状的自动识别。为了适应智能电网的建设要求，本 专利技术借助现有视频监控装置设备多角度拍摄现场导线覆冰图像，在等值覆冰模型的计算基 础上，利用图像处理技术包括摄像机标定、图像灰度化、图像增强、图像分割等，实现输电导 线覆冰形状的自动识别。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，解决了现有技术只 能通过人工描绘导线覆冰形状的问题。 本专利技术所采用的技术方案是，，具体按照 以下步骤实施： 步骤1、通过安装在杆塔上的两部摄像机分别采集输电导线覆冰导线的正视图和 俯视图的图像信号，将采集到的正视图和俯视图的图像信号经过无线通讯方式实时传送至 监控中心，从监控中心获取所检测的输电导线现场的数字图像，得到监测目标图像； 步骤2、采用标定板对摄像机进行标定，计算出摄像机的内部和外部参数，确定世 界坐标系中已知点与它们在投影图像中的对应关系； 步骤3、对步骤2中得到的输电导线覆冰的正视图和俯视图的监测目标图像进行 图像灰度化、图像增强、图像滤波处理，直到去除监测目标图像的噪声为止； 步骤4、对步骤3处理后的正视图图像和俯视图图像分别进行图像分割处理，获取 导线覆冰后的边缘，利用摄像机标定方法将检测到的边缘点的图像坐标转化到世界坐标， 计算得到导线覆冰后正视图的直径记为a，俯视图的直径记为b; 步骤5、绘制覆冰的矩形包络面：以步骤4中得到的a为长、步骤4中得到的b为 宽绘制矩形； 步骤6、假设覆冰形状为均匀圆柱，通过"三塔两档"等值覆冰厚度计算模型得到等 效覆冰厚度dQ; 步骤7、由步骤6得到的等效覆冰厚度计算覆冰导线的横截面积S(l=Jrd士 步骤8、由于现实中导线覆冰形状大多以椭圆和三角形为主，因此根据覆冰截面等 效原则，在步骤5中绘制的覆冰的矩形包络面内以椭圆和三角形拟合出最接近真实覆冰截 面的形状。 本专利技术的特点还在于， 步骤2中标定板采用标定板周围具有使得标定对象的中心容易被提取的黑色矩 形边界框，且矩形边界框的角落具有使得标定板的方向唯一的方向标记。步骤8中以椭圆和三角形拟合出最接近真实覆冰截面的形状，具体步骤为： 步骤8. 1、将步骤4中得到的a平均分为n段，并记k= 0 ; 步骤8. 2、绘制长为【主权项】1. ，其特征在于，具体按照以下步骤实施： 步骤1、通过安装在杆塔上的两部摄像机分别采集输电导线覆冰导线的正视图和俯视 图的图像信号，将采集到的正视图和俯视图的图像信号经过无线通讯方式实时传送至监控 中心，从监控中心获取所检测的输电导线现场的数字图像，得到监测目标图像； 步骤2、采用标定板对摄像机进行标定，计算出摄像机的内部和外部参数，确定世界坐 标系中已知点与它们在投影图像中的对应关系； 步骤3、对步骤2中得到的输电导线覆冰的正视图和俯视图的监测目标图像进行图像 灰度化、图像增强、图像滤波处理，直到去除监测目标图像的噪声为止； 步骤4、对步骤3处理后的正视图图像和俯视图图像分别进行图像分割处理，获取导线 覆冰后的边缘，利用摄像机标定方法将检测到的边缘点的图像坐标转化到世界坐标，计算 得到导线覆冰后正视图的直径记为a，俯视图的直径记为b; 步骤5、绘制覆冰的矩形包络面：以步骤4中得到的a为长、步骤4中得到的b为宽绘 制矩形； 步骤6、假设覆冰形状为均匀圆柱，通过"三塔两档"等值覆冰厚度计算模型得到等效覆 冰厚度' 步骤7、由步骤6得到的等效覆冰厚度计算覆冰导线的横截面积S(l= 31屯12; 步骤8、由于现实中导线覆冰形状大多以椭圆和三角形为主，因此根据覆冰截面等效原 贝1J，在步骤5中绘制的覆冰的矩形包络面内以椭圆和三角形拟合出最接近真实覆冰截面的 形状。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于，所述 步骤2中标定板采用标定板周围具有使得标定对象的中心容易被提取的黑色矩形边界框， 且矩形边界框的角落具有使得标定板的方向唯一的方向标记。3. 根据权利要求1所述的，其特征在于，所述 步骤8中以椭圆和三角形拟合出最接近真实覆冰截面的形状，具体步骤为： 步骤8. 1、将步骤4中得到的a平均分为n段，并记k= 0 ; 步骤8. 2、绘制长为^、宽为b的矩形包络面内的最大内切椭圆，计算椭圆的面 n n-k, 积 & = 7冗-ah; 2 4n 步骤8. 3、比较sQ与sk，如果sk>s。，则k=k+l，转到步骤8. 2,直到sk<s。，转到步骤 8. 4 ； 步骤8. 4、以步骤5中绘制的矩形包络面的矩形的底边为x轴，以与底边垂直的中轴线 为y轴，建立直角坐标系； 步骤8. 5、将步骤4中得到的b平均分为m段，则每段长为1，并记t= 0 ; m 步骤8. 6、过点pjxd, 0)作椭圆的两条切线，Pi(Xpyj、p2(x2,y2)分别为椭圆与两条 切线的切点，求椭圆被两条切线所夹的弧线与两条切线所构成的近似外接三角形的面积m m 步骤8. 7、如果t<y，则t=t+l，转到步骤8. 6,直到t=y，转到步骤8. 8 ; 步骤8. 8、将通过步骤8. 6、步骤8. 7计算出的1个面积值按从小到大的顺序排列， 并依次标号为s"，其中…; 步骤8. 9、令sto=sk+mins^，如果sto<sd，则r=r+l，继续执行步骤8. 9,直到sto>sQ，转到步骤8. 10 ; 步骤8. 10、计算As=skl-sQ，如果As> 5%sQ，则k=k+1，转到步骤8. 2,直到As< 5%S(l，则认为是在误差范围内，输出r值并找出对应的t值，找出相应点，根据k值做出 对应的椭圆，在点（@，〇)处做出椭圆的外切线，椭圆与外切线所构成的近似外切三角形即m 为拟合的最接近真实覆冰导线截面形状。【专利摘要】本专利技术公开了，通过安装在杆塔上的两部摄像机分别采集输电线路覆冰导线的正视图和俯视图的图像，并通过图像处理技术包括摄像机标定、图像预处理等，分别获得导线覆冰的最大厚度并绘制导线覆冰截面的矩形包络面，由等值覆冰厚度模型求得覆冰导线的截面面积，根据截面积等效原则，在矩形包络面内用椭圆和三角自动拟合出最接近真实覆冰的导线截面形状。本专利技术原理简单，操作方便，与现有的人工方式对覆冰形状进行测量的方法相比，本专利技术能够实现覆冰形状的自动识别，具有重大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电导线覆冰形状的自动识别方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、通过安装在杆塔上的两部摄像机分别采集输电导线覆冰导线的正视图和俯视图的图像信号，将采集到的正视图和俯视图的图像信号经过无线通讯方式实时传送至监控中心，从监控中心获取所检测的输电导线现场的数字图像，得到监测目标图像；步骤2、采用标定板对摄像机进行标定，计算出摄像机的内部和外部参数，确定世界坐标系中已知点与它们在投影图像中的对应关系；步骤3、对步骤2中得到的输电导线覆冰的正视图和俯视图的监测目标图像进行图像灰度化、图像增强、图像滤波处理，直到去除监测目标图像的噪声为止；步骤4、对步骤3处理后的正视图图像和俯视图图像分别进行图像分割处理，获取导线覆冰后的边缘，利用摄像机标定方法将检测到的边缘点的图像坐标转化到世界坐标，计算得到导线覆冰后正视图的直径记为a，俯视图的直径记为b；步骤5、绘制覆冰的矩形包络面：以步骤4中得到的a为长、步骤4中得到的b为宽绘制矩形；步骤6、假设覆冰形状为均匀圆柱，通过“三塔两档”等值覆冰厚度计算模型得到等效覆冰厚度d0；步骤7、由步骤6得到的等效覆冰厚度计算覆冰导线的横截面积s0＝πd02；步骤8、由于现实中导线覆冰形状大多以椭圆和三角形为主，因此根据覆冰截面等效原则，在步骤5中绘制的覆冰的矩形包络面内以椭圆和三角形拟合出最接近真实覆冰截面的形状。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新波，张菲，李菊清，陈子良，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61