一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的方法及系统，依据所选择的SAR卫星的成像参数和定标区域内的高压输电线路参数，建立几何结构模型；通过模拟仿真获取输电线路弧垂与SAR模拟影像中输电线路的散射亮斑空间位置的对应关系；通过对比分析定标区域内高压输电线路弧垂实际值与定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像中输电线路的散射亮斑空间位置的对应关系，判断通过仿真建立的关系曲线是否满足要求；满足要求，根据几何结构模型确定待测的高压输电线路区域的输电线路弧垂与待测SAR影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第三对应关系，提取输电导线段的SAR影像片段中散射亮斑的空间位置，并依据第三对应关系确定输电线路段的弧垂值。

A Method and System for Determining Sag of High Voltage Transmission Line Based on SAR Image

The invention discloses a method and system for determining sag of high voltage transmission line based on synthetic aperture radar image, establishes a geometric structure model according to the imaging parameters of SAR satellite selected and the parameters of high voltage transmission line in calibration area, and obtains transmission line sag and transmission line in SAR simulation image through simulation. By comparing and analyzing the corresponding relationship between the actual sag value of HV transmission line in the calibration area and the actual scattering spot location of transmission line in the calibration area of SAR images of synthetic aperture radar, the relationship curve established by simulation can be judged whether it meets the requirements. According to the geometric structure model, the third corresponding relationship between the sag of the transmission line in the area of the high voltage transmission line to be measured and the spatial location of the scattering spot in the SAR image of the transmission line to be measured is determined. The spatial location of the scattering spot in the SAR image of the transmission line segment is extracted, and the arc of the transmission line segment is determined according to the third corresponding relationship. Vertical value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的方法及系统
本专利技术涉及输电线路监测
，并且更具体地，涉及一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的方法及系统。
技术介绍
弧垂直接决定了架空输电线路的松紧程度和输电杆塔的高度，是输电线路设计与运行维护中的重要参数之一。弧垂的大小直接影响到输电线路的安全稳定运行。一方面，弧垂过小会导致输电线路的导线应力过大，导致导线振动时的振幅变大，加快导线老化速度，同时会使输电杆塔承受载荷增大，严重时可能会发生断线和倒杆等事故。另一方面，弧垂过大，容易发生导线的风摆、舞动和输电电路相间短路现象，甚至会引起输电导线对地面的树木、建筑物等发生放电，导致输电线路跳闸。因此，对大面积高压输电线路弧垂进行测量，进而实时掌握输电线路弧垂的变化情况，为防范和消除弧垂过小或者过大对高压输电线路安全运行造成的威胁提供可靠依据，具有非常重要的意义。国内外传统的弧垂测量方法主要有绳子-秒表法、角度法、基线法、驰度板观测法、免棱镜全站仪法和前方交会法。虽然这些方法的测量精确度比较高，但只能对输电线路弧垂进行离线观测，且操作繁琐，需要工作人员定期检查输电线路。近年来，国内外研究人员对输电线路弧垂测量方法进行了大量的研究，提出了一些实时监测方法。比如：CN201410782242.0公开的通过导线应力测量弧垂，CN201010249691.0公开的通过倾斜角测量弧垂，CN201610661231.6和CN201610272087.7公开的分别通过视频图像和红外相机图像技术测量弧垂。虽然这些实时监测方法的实现比较简单，也能获得比较高的弧垂测量精度，但这些方法都需要在每档输电线路上安装各种在线监测传感器，而且还需要额外设计监测数据传输装置。因此这些方法应用于监测大面积高压输电线路弧垂时，需要安装非常多的在线监测传感器和数据传输装置，使得监测成本大幅度增加。由于需要监测数据传输装置，因此在通信不便的山区和偏远地区，这些方法的应用将受到很大限制。此外，现有的通过红外和光学图像分辨测量弧垂的方法还会受到光照和气候等因素的严重影响，难以满足全天候和全天时的监测需求。由此可见，如何对大面积高压输电线路弧垂进行全天候、全天时和经济有效地监测成为迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的方法及系统，以解决如何对大面积高压输电线路弧垂进行全天候、全天时和经济有效地监测的问题。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，确定定标区域，并获取定标区域内的输电线路的参数信息和定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像的卫星成像参数，其中所述定标区域为能够确定弧垂实际值的高压输电线路；步骤2，根据所述定标区域内的输电线路的参数信息和定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像的卫星成像参数构建SAR卫星对输电线路进行成像的几何结构模型，并仿真获取定标区域内的输电线路的SAR模拟影像；步骤3，根据所述定标区域内的输电线路走向与SAR卫星的地面运动轨迹之间的夹角，确定定标区域内的输电线路弧垂与SAR模拟影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第一对应关系；步骤4，确定定标区域内的输电线路弧垂实际值和SAR实际影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第二对应关系；步骤5，判断所述第一对应关系和第二对应关系之间的偏离值是否满足预设弧垂监测误差阈值，若满足，则进入步骤6，若不满足，则进入步骤2重新确定几何结构模型；步骤6，获取待测的高压输电线路区域的SAR影像，并对所述待测的高压输电线路区域的SAR影像进行预处理，获取待测SAR影像；步骤7，根据所述待测的高压输电线路区域的输电线路的参数信息和待测SAR影像利用所述几何结构模型，确定待测的高压输电线路区域的输电线路弧垂与待测SAR影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第三对应关系；步骤8，提取待测的高压输电线路区域的每个输电线路段对应的待测SAR影像的散射亮斑的空间位置，并根据所述第三对应关系确定输电线路中每个输电线路段的弧垂。优选地，其中所述参数信息包括：档距、悬挂高度、输电导线的材质、横截面积和输电线路走向；所述卫星成像参数包括：信号波长、扫频带宽、极化方式、轨道高度、轨道倾角、方位向扫描角和距离向扫描角。优选地，其中在仿真获取定标区域内的输电线路的SAR模拟影像时，SAR卫星工作在条带模式下，并采用距离-多普勒成像算法获取高分辨率影像作为SAR模拟影像。优选地，其中所述方法还包括：根据所述第一对应关系利用曲线拟合方法获取第一对应关系曲线；根据所述第二对应关系利用曲线拟合方法获取第二对应关系曲线。优选地，其中所述曲线拟合方法为最小二乘法多项式拟合方法。优选地，其中所述预处理包括：对获取的待测的高压输电线路区域的SAR影像进行地理编码、配准和相干斑噪声滤除处理。优选地，其中所述提取待测的高压输电线路区域的每个输电线路段对应的待测SAR影像的散射亮斑的空间位置，并根据所述第三对应关系确定输电线路中每个输电线路段的弧垂，包括：将所述待测SAR影像沿着输电线路依次裁剪出多个输电线路段的影像片段，其中每个输电线路段包括：两端输电杆塔和对应的输电导线；从每个输电线路段的影响片段中提取每个输电线路段的散射亮斑的空间位置；根据每个输电线路段的散射亮斑的空间位置在所述第三对应关系中提取对应的弧垂，确定输电线路中每个输电线路段的弧垂。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的系统，其特征在于，所述系统包括：参数获取单元，用于确定定标区域，并获取定标区域内的输电线路的参数信息和定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像的卫星成像参数，其中所述定标区域为能够确定弧垂实际值的高压输电线路；几何结构模型确定单元，用于根据所述定标区域内的输电线路的参数信息和定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像的卫星成像参数构建SAR卫星对输电线路进行成像的几何结构模型，并仿真获取定标区域内的输电线路的SAR模拟影像；第一对应关系确定单元，用于根据所述定标区域内的输电线路走向与SAR卫星的地面运动轨迹之间的夹角，确定定标区域内的输电线路弧垂与SAR模拟影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第一对应关系；第二对应关系确定单元，用于确定定标区域内的输电线路弧垂实际值和SAR实际影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第二对应关系；判断单元，用于判断所述第一对应关系和第二对应关系之间的偏离值是否满足预设弧垂监测误差阈值，若满足，则进入待测SAR影像获取单元，若不满足，则进入几何结构模型确定单元，重新确定几何结构模型；待测SAR影像获取单元，用于获取待测的高压输电线路区域的SAR影像，并对所述待测的高压输电线路区域的SAR影像进行预处理，获取待测SAR影像；第三对应关系确定单元，用于根据所述待测的高压输电线路区域的输电线路的参数信息和待测SAR影像，利用所述几何结构模型，确定待测的高压输电线路区域的输电线路弧垂与待测SAR影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第三对应关系；弧垂确定单元，用于提取待测的高压输电线路区域的每个输电线路段对应的待测SAR影像的散射亮斑的空间位置，并根据所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，确定定标区域，并获取定标区域内的输电线路的参数信息和定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像的卫星成像参数，其中所述定标区域为能够确定弧垂实际值的高压输电线路；步骤2，根据所述定标区域内的输电线路的参数信息和定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像的卫星成像参数构建SAR卫星对输电线路进行成像的几何结构模型，并仿真获取定标区域内的输电线路的SAR模拟影像；步骤3，根据所述定标区域内的输电线路走向与SAR卫星的地面运动轨迹之间的夹角，确定定标区域内的输电线路弧垂与SAR模拟影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第一对应关系；步骤4，确定定标区域内的输电线路弧垂实际值和SAR实际影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第二对应关系；步骤5，判断所述第一对应关系和第二对应关系之间的偏离值是否满足预设弧垂监测误差阈值，若满足，则进入步骤6，若不满足，则进入步骤2重新确定几何结构模型；步骤6，获取待测的高压输电线路区域的SAR影像，并对所述待测的高压输电线路区域的SAR影像进行预处理，获取待测SAR影像；步骤7，根据所述待测的高压输电线路区域的输电线路的参数信息和待测SAR影像，利用所述几何结构模型，确定待测的高压输电线路区域的输电线路弧垂与待测SAR影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第三对应关系；步骤8，提取待测的高压输电线路区域的每个输电线路段对应的待测SAR影像的散射亮斑的空间位置，并根据所述第三对应关系确定输电线路中每个输电线路段的弧垂。...

【技术特征摘要】
1.一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，确定定标区域，并获取定标区域内的输电线路的参数信息和定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像的卫星成像参数，其中所述定标区域为能够确定弧垂实际值的高压输电线路；步骤2，根据所述定标区域内的输电线路的参数信息和定标区域的实际的合成孔径雷达SAR影像的卫星成像参数构建SAR卫星对输电线路进行成像的几何结构模型，并仿真获取定标区域内的输电线路的SAR模拟影像；步骤3，根据所述定标区域内的输电线路走向与SAR卫星的地面运动轨迹之间的夹角，确定定标区域内的输电线路弧垂与SAR模拟影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第一对应关系；步骤4，确定定标区域内的输电线路弧垂实际值和SAR实际影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第二对应关系；步骤5，判断所述第一对应关系和第二对应关系之间的偏离值是否满足预设弧垂监测误差阈值，若满足，则进入步骤6，若不满足，则进入步骤2重新确定几何结构模型；步骤6，获取待测的高压输电线路区域的SAR影像，并对所述待测的高压输电线路区域的SAR影像进行预处理，获取待测SAR影像；步骤7，根据所述待测的高压输电线路区域的输电线路的参数信息和待测SAR影像，利用所述几何结构模型，确定待测的高压输电线路区域的输电线路弧垂与待测SAR影像中输电线路的散射亮斑空间位置的第三对应关系；步骤8，提取待测的高压输电线路区域的每个输电线路段对应的待测SAR影像的散射亮斑的空间位置，并根据所述第三对应关系确定输电线路中每个输电线路段的弧垂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数信息包括：档距、悬挂高度、输电导线的材质、横截面积和输电线路走向；所述卫星成像参数包括：信号波长、扫频带宽、极化方式、轨道高度、轨道倾角、方位向扫描角和距离向扫描角。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在仿真获取定标区域内的输电线路的SAR模拟影像时，SAR卫星工作在条带模式下，并采用距离-多普勒成像算法获取高分辨率影像作为SAR模拟影像。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述第一对应关系利用曲线拟合方法获取第一对应关系曲线；根据所述第二对应关系利用曲线拟合方法获取第二对应关系曲线。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述曲线拟合方法为最小二乘法多项式拟合方法。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理包括：对获取的待测的高压输电线路区域的SAR影像进行地理编码、配准和相干斑噪声滤除处理。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取待测的高压输电线路区域的每个输电线路段对应的待测SAR影像的散射亮斑的空间位置，并根据所述第三对应关系确定输电线路中每个输电线路段的弧垂，包括：将所述待测SAR影像沿着输电线路依次裁剪出多个输电线路段的影像片段，其中每个输电线路段包括：两端输电杆塔和对应的输电导线；从每个输电线路段的影像片段中提取每个输电线路段的散射亮斑的空间位置；根据每个输电线路段的散射亮斑的空间位置在所述第三对应关系中提取对应的弧垂，确定输电线路中每个输电线路段的弧垂。8.一种基于合成孔径雷达影像确定高压输电线路弧垂的系统，其特征在于，所述系统包括：参数获取单元，用于确定定标区域，并获取定标区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，刘凯，刘庭，肖宾，彭勇，苏梓铭，李振杰，王兴照，徐珂，聂萌，马松，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网公司，国网山东省电力公司菏泽供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11