一种输电线路防外破可视化装置及运动目标检测方法制造方法及图纸

一种输电线路防外破可视化装置，包括光伏电能采集与存储模块、主控单元、视频图像采集模块、声光告警模块以及通讯模块。各模块通过各自对应的数据交换接口与主控单元连接。通过采集视频图像，使用基于统计平均的背景更新算法进行目标检测，进而判断是否有运动目标。本装置基于网卡冗余设计的负载均衡控制系统，可以实现无线网桥与4G两种通讯模式的自适应控制。本装置基于统计平均的背景更新算法，只需将前一个背景与当前图像进行加权平均即可，节省内存空间，在背景较为稳定的环境中较为实用。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路防外破可视化装置及运动目标检测方法
本专利技术涉及一种可视化装置，具体涉及一种输电线路防外破可视化装置及运动目标检测方法。
技术介绍
外力破坏造成的电力故障主要包括以下几个类型：大型机械碰线、异物挂接短路、违章施工损坏、烟火弥漫等。针对上述类型，主要采用物联网技术以及新型传感技术监测外力破坏情况，包括激光测距技术、磁场监测技术、红外监测技术以及计算机视觉监测技术等。模拟信号视频监测技术在传输距离较远时，模拟信号衰减严重，会导致视频图像丢失。同时，磁质录像带存储方式成本较高，存储视频图像信息量有限。数字视频监测技术采用抗干扰能力较强的数字信号传输视频图像，在传输过程中保证信号不失真。但是数字视频监测技术的网络适应性不强。IP流媒体视频监测技术充分发挥网络的优势，使得视频监测系统作用范围增加，不受地域限制。用户可以通过输入相应的Web浏览器地址来查看视频，方便了用户的操作。但是现下大多是基于IP流媒体的视频监测系统是数据集中式处理模式，导致大量无效信息。在很多工程应用下，需要随时观看监控内容，不受工作环境和工作地点的限制。同时，需要减少无效信息的采集，保证视频监测系统的安全性和可靠性。因此，需要设计一种新型的基于网络视频监测技术的输电线路防外力破坏可视化装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种输电线路防外破可视化装置及运动目标检测方法，可实现输电线路视频采集与传输、网桥与4G通讯自适应、网络摄像机视频流输出处理和运动目标检测预处理功能。终端分布预处理模式可降低数据传输和处理量80％以上，其效能比为其中处理模式的6倍以上。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于输电线路防外破可视化装置，包括主控单元、视频图像采集模块以及通讯模块；其中，视频图像采集模块以及通讯模块与主控单元连接；视频图像采集模块用于采集视频流数据，并将采集的视频流数据发送给主控单元；主控单元用于对接收到的视频流数据采用基于统计平均的背景更新算法进行更新，并判断是否存在运动目标；通讯模块用于将主控单元的判断结果传输给服务器。本专利技术进一步的改进在于，通讯模块由无线网桥、4G通讯模块、VPN通道以及Zigbee模块组成。本专利技术进一步的改进在于，还包括光伏电能采集与存储模块，光伏电能采集与存储模块包括光伏太阳能板、太阳能电源管理器和蓄电池组，其中，光伏太阳能板和蓄电池组均与太阳能电源管理器相连，太阳能电源管理器通过串口与主控单元连接。本专利技术进一步的改进在于，视频图像采集模块为网络摄像机。本专利技术进一步的改进在于，还包括声光告警模块用于发出告警；声光告警模块包括扩音器和告警灯，扩音器和告警灯均与主控单元相连。一种基于上述的用于输电线路防外破可视化装置的运动目标检测方法，包括以下步骤：第一步：通过视频图像采集模块获取视频流数据，抓取当前视频流包，并通过解码获取当前帧图像，累积所有图像作为背景模型，并发送给主控单元；第二步，主控单元对接收到的背景模型进行更新，得到更新后的背景模型；完成背景更新后，判断当前帧是否为静态背景；如果是静态背景，则将当前帧与背景进行差分计算，获取各点的灰度差值；如果当前帧不是静态背景，则对该帧进行运动补偿后再将当前帧与背景进行差分计算，获取各点的灰度差值；第三步：根据灰度差值计算各像素点的权重；第四步：利用灰度差值计算各像素点的权重对更新后的背景模型进行更新，然后进行二值化处理，得到二值图像，若二值图像中所有灰度大于或等于灰度差值T的像素被判定为属于特定物体，否则这些像素点被排除在物体区域以外；然后再进行形态学处理，提取边界及连通分量并进行连通域分析，对目标像素进行标记，从而判断是否有运动目标存在。本专利技术进一步的改进在于，第一步中，背景模型采用如下公式表示：式中，n表示图像帧数，Ii表示第i帧图像像素点的特征值，Bn表示采集到第n帧图像时建立的背景模型。本专利技术进一步的改进在于，第二步中，更新采用下式进行：式中，n表示图像帧数，In+1表示第n+1帧图像像素点的特征值，Bn表示采集到第n帧图像时建立的背景模型，Bn+1表示采集到第n+1帧图像时建立的背景模型。本专利技术进一步的改进在于，第三步的具体过程如下：设置灰度差值T，当图像中某个像素点的变化大于该灰度差值T，则累加计数器w；若连续N帧累加计数器w都大于更新后的背景Bn+1时，则对该像素点进行加权处理：式中，δ为加权系数，n表示图像帧数，In+1表示第n+1帧图像像素点的特征值，Bn表示采集到第n帧图像时建立的背景模型，Bn+1表示采集到第n+1帧图像时建立的背景模型；式中：N表示连续N帧图像；加权系数δ按照如下过程得到：若连续N帧图像，像素P的变化都大于灰度差值T，则更新背景时对当前帧乘一个加权系数δ＝max，否则δ＝1。本专利技术进一步的改进在于，还包括第五步：继续抓取当前视频流包，重复第一步到第四步，实现对运动目标检测的实时监测。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术基于网络视频监测技术，充分发挥网络的优势，可以在任何工作环境和工作地点随时实时观看监控内容，有效弥补当前终端通讯模式单一、交互接口兼容性差以及无法滤除无效视频信息的局限性。能够有效整合板载网卡资源，依据信号强度对网卡负载进行反馈控制、共享板载带宽资源，实现无线网桥通讯与第四代移动网络通讯的自适应控制功能。基于统计平均的背景更新算法可以有效提高背景建模的灵敏度和检测算法的识别精度，当权变阈值为20时，识别正确率较经典法提高10％以上。终端分布预处理模式能够滤除无隐患视频信息，降低数据传输和处理量80％以上，其效能比为集中处理模式的6倍以上，可以有效节约数据传输和计算资源，提高放外力破坏系统的监测效率。附图说明图1是本专利技术输电线路防外破可视化装置的总体示意图；图2为本专利技术输电线路防外破可视化装置的结构连接示意图。图3是本专利技术的主控单元的结构示意图；图4是本专利技术的基于统计平均的背景更新运动目标检测方法的流程图。图中，1为主控单元，2为光伏电能采集与存储模块，3为视频图像采集模块，4为声光告警模块，5为通讯模块。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。参见图1和图2，本专利技术的用于输电线路防外破可视化装置，设置在铁塔上，位于输电线路的外侧。该装置包括光伏电能采集与存储模块2、主控单元1、视频图像采集模块3、声光告警模块4以及通讯模块5。光伏电能采集与存储模块2、主控单元1、视频图像采集模块3、声光告警模块4以及通讯模块5通过各自对应的数据交换接口与主控单元1连接。具体如下：通讯模块由无线网桥、4G通讯模块、VPN通道以及Zigbee模块组成；光伏电能采集与存储模块包括光伏太阳能板、太阳能电源管理器和蓄电池组，光伏太阳能板和蓄电池组均与太阳能电源管理器相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于输电线路防外破可视化装置，其特征在于，包括主控单元、视频图像采集模块以及通讯模块；其中，视频图像采集模块以及通讯模块与主控单元连接；/n视频图像采集模块用于采集视频流数据，并将采集的视频流数据发送给主控单元；/n主控单元用于对接收到的视频流数据采用基于统计平均的背景更新算法进行更新，并判断是否存在运动目标；/n通讯模块用于将主控单元的判断结果传输给服务器。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于输电线路防外破可视化装置，其特征在于，包括主控单元、视频图像采集模块以及通讯模块；其中，视频图像采集模块以及通讯模块与主控单元连接；
视频图像采集模块用于采集视频流数据，并将采集的视频流数据发送给主控单元；
主控单元用于对接收到的视频流数据采用基于统计平均的背景更新算法进行更新，并判断是否存在运动目标；
通讯模块用于将主控单元的判断结果传输给服务器。


2.根据权利要求1所述的一种用于输电线路防外破可视化装置，其特征在于，通讯模块由无线网桥、4G通讯模块、VPN通道以及Zigbee模块组成。


3.根据权利要求1所述的一种用于输电线路防外破可视化装置，其特征在于，还包括光伏电能采集与存储模块，光伏电能采集与存储模块包括光伏太阳能板、太阳能电源管理器和蓄电池组，其中，光伏太阳能板和蓄电池组均与太阳能电源管理器相连，太阳能电源管理器通过串口与主控单元连接。


4.根据权利要求1所述的一种用于输电线路防外破可视化装置，其特征在于，视频图像采集模块为网络摄像机。


5.根据权利要求1所述的一种用于输电线路防外破可视化装置，其特征在于，还包括声光告警模块用于发出告警；声光告警模块包括扩音器和告警灯，扩音器和告警灯均与主控单元相连。


6.一种基于权利要求1所述的用于输电线路防外破可视化装置的运动目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：通过视频图像采集模块获取视频流数据，抓取当前视频流包，并通过解码获取当前帧图像，累积所有图像作为背景模型，并发送给主控单元；
第二步，主控单元对接收到的背景模型进行更新，得到更新后的背景模型；
完成背景更新后，判断当前帧是否为静态背景；如果是静态背景，则将当前帧与背景进行差分计算，获取各点的灰度差值；如果当前帧不是静态背景，则对该帧进行运动补偿后再将当前帧与背景进行差分计算，获取各点的灰度差值；

【专利技术属性】
技术研发人员：王小华，袁欢，邵文奇，王露缙，杨爱军，荣命哲，刘定新，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61