一种基于温度误差修正函数的电缆故障检测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了基于一种温度误差修正函数的电缆故障检测系统与方法，所述方法包括：S1:利用温度传感器、可见光模块收集电缆可见光图像，电缆温度及环境温度等信息；S2:在PC端获取经4G模块传输的传感器所收集到的红外与可见光图像；S3:对采集的图像进行增强、滤波和配准预处理，并利用NSCT图像融合对红外图像与可见光图像进行融合；S4:基于一种温度修正函数对所获得的温度信息进行误差校正；S5:设定温度阈值，对超过温度阈值的异常发热区域发出警报并定位。本发明专利技术基于一种温度误差修正函数来改善红外温度传感器存在测量温度随距离增大而衰减以及受环境因素影响的现象，提高了发热区域定位以及警报的准确度。域定位以及警报的准确度。域定位以及警报的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度误差修正函数的电缆故障检测系统与方法


[0001]本专利技术属于电缆检测
，具体涉及一种基于温度误差修正函数的电缆故障检测系统与方法。

技术介绍

[0002]随着城市规模与用电需求的不断增加，城市的供配电网络不断修建，为了节约城市用地、规整城市环境，城市输电大规模朝着地下建设的方向发展，其中建设地下电缆通道的形式最为常见。为保证电力系统正常运作，地下电缆通道中，每隔一段距离需要设置一个电缆井。电缆井是为了方便工作人员进行电缆敷设、电缆日常检修而设置的随着城市用电需求的不断增加，电缆敷设工程越来越多，电缆井内电缆线路也愈来愈复杂，工作人员受井内空间的限制往往会对电缆进行大幅度的扭转，从而造成了细小的机械损伤。由此可见，在设置电缆井，为电缆敷设及维护带来方便的同时，井内常年潮湿、电缆线路错综复杂等特点也加速了电缆的绝缘老化并带来了安全隐患，增加了工作人员的巡检与维护的难度。其中，电缆是电缆系统中较为薄弱的环节，据统计，南方电网2006～2016年间110kV 及以上电压等级电力系统的电缆故障中电缆故障占比高达44.88％，在10kV电压等级电力系统中电缆故障同样也是频发故障。井内电缆的外绝缘包裹材料大多为非阻燃材料，若电缆发生短路故障导致击穿后处理不及时，极易引起火灾事故，轻则造成财产损失，重则造成区域长时间断电甚至威胁人身安全。目前，我国对于普通电缆的电力维护一直采用人工定期巡检的方式并进行预防性维护，但还是无法预料电缆何时会发生故障。电缆出现故障的主要原因是绝缘老化劣化，从而导致温度上升，甚至引发电缆井内火灾事故，因此，准确获取电缆的温度信息并做好预警工作显得尤为重要。

技术实现思路

[0003]电缆的温度数据是依靠传感器来获取的，由于传感器受人为、环境等因素影响较大，不可避免地会存在测量误差，为解决上述问题，本专利技术基于一种温度误差修正函数来改善红外图像传感器存在测量温度随距离增大而衰减以及受环境因素影响的现象，并根据提前设定的温度限值触发警报，提高了发热区域定位以及警报的准确度。
[0004]本专利技术采用的技术方案：一种基于温度误差修正函数的电缆故障检测系统，包括硬件系统和软件系统，所述的硬件系统包括可见光图像传感器、红外图像传感器、主控模块和无线传输模块；所述的软件系统包括：上位机预警系统、和图像处理系统。
[0005]一种基于温度误差修正函数的电缆故障检测方法，包括可见光图像传感器、红外图像传感器、主控模块和无线传输模块，包括以下步骤：
[0006]S1:利用温度传感器、可见光模块和4G无线传输模块收集电缆可见光图像，电缆温度及环境温度等信息；
[0007]S2:在PC端获取经4G模块传输的传感器所收集到的红外与可见光图像；
[0008]S3:对采集的图像进行增强、滤波和配准预处理，并利用NSCT图像融合对红外图像
与可见光图像进行融合；
[0009]S4:引入环境误差因素，拟合被测物体实际温度T的修正函数，并基于此种温度修正函数对所获得的温度信息进行误差校正；
[0010]S5:设定预警温度，与矫正后得到的目标物体的温度比较，当电缆温度越限时发出警报并通过图像二值化对异常发热区域定位。
[0011]优选的，所述的基于NSCT的图像融合算法对红外图像与可见光图像低频分量及高频分量进行分别融合，将红外和可见光图像低频分量的特征图谱分别进行加权平均算子运算，将两者的图谱计算融合得到融合后的图谱，并利用灰度值取大融合规则对图片高频分量进行融合。
[0012]优选的，所述的一种温度误差修正函数，首先构造温度随传感器至被测物体中心距离修正函数，将温度误差表示为距离的多项式函数：
[0013][0014]其中ΔT为在外部环境不变的情况下对距离影响测量温度的修正；b
jk
为温度随传感器至被测物体中心距离修正函数的系数；T0为测量温度；d为传感器至被测物体中心的距离,采用目标温度为70℃时的温度误差与距离关系确定系数b
jk
取值表。
[0015]为减少人为及环境因素对红外测温准度影响，本专利技术引入环境误差因素太阳光倾斜角θ、测量角度大气消光系数μ和环境温度T
N
，通过实测数据拟合出一种温度误差修正公式，并在此公式的基础上对传感器所获得的温度信息进行修正，具体公式如下：
[0016][0017]式中，ΔT为本专利技术所述的在外部环境不变的情况下对距离影响测量温度的修正。
[0018]优选的，所述的步骤S5中设置预警温度的方法为采用全局阈值对图像像素点灰度值进行设置，利用图像二值化对异常发热部位进行定位。
[0019]优选的，所述的主控模块采用STM32芯片，所述的无线传输模块采用4G 无线传输模块，所述的硬件系统还包括外围电路和供电电源。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术是基于现存的配电电缆井巡视时间长、测温准度不准等问题进行技术研究与改进，通过集成红外探测技术、传感技术、计算机技术提供一种城市电缆井全景探测仪方案设计，相比于传统的电缆井巡视方法更准确地分析电缆井工作状态。本专利技术是设备状态检测技术在具体电路中的技术应用，能够更加全面地对电缆井进行全面画像，直观地反映电缆井的实时工作情况，而且能在环境发生异常时及时准确地进行报告预警，将风险与损失最小，在满足电缆井故障预警的基础上实现了高效化、低成本化，在保证经济的同时能够一定程度上提升预警准度，实现经济效益的最大化。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的方法流程图。
具体实施方式
[0022]在此进一步说明本专利技术的技术方案细节。
[0023]本专利技术所述的检测系统包括可见光图像传感器、红外图像传感器、4G无线传输模块、主控模块STM32、外围电路、供电电源组成的硬件系统，以及由上位机预警系统和图像处理组成的软件系统，包括图像预处理、图像融合、异常发热部位定位。
[0024]基于温度误差修正函数的电缆故障检测方法，包括以下步骤：
[0025]S1:利用温度传感器、可见光模块和4G无线传输模块收集电缆可见光图像，电缆温度及环境温度等信息；
[0026]S2:在PC端获取经4G模块传输的传感器所收集到的红外与可见光图像；
[0027]S3:对采集的图像进行增强、滤波和配准预处理，并利用NSCT图像融合对红外图像与可见光图像进行融合；
[0028]S4:引入环境误差因素，拟合被测物体实际温度T的修正函数，并基于此种温度修正函数对所获得的温度信息进行误差校正；
[0029]S5:将融合图像二值化并设定温度阈值，与所述步骤4中得到的矫正温度进行比较，对超过温度阈值的异常发热区域定位并发出警报。
[0030]本专利技术首先构建硬件系统，包括可见光图像传感器、红外图像传感器、4G 无线传输模块、主控模块STM32、外围电路、供电电源，由可见光传感器与红外图像传感器收集电缆井内电缆温度及环境温度等信息，在主控模块STM32处理下借本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温度误差修正函数的电缆故障检测系统，包括硬件系统和软件系统，其特征在于：所述的硬件系统包括可见光图像传感器、红外图像传感器、主控模块和无线传输模块；所述的软件系统包括：上位机预警系统、和图像处理系统。2.基于一种温度误差修正函数的电缆故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:利用温度传感器、可见光模块和4G无线传输模块收集电缆可见光图像，电缆温度及环境温度等信息；S2:在PC端获取经4G模块传输的传感器所收集到的红外与可见光图像；S3:对采集的图像进行增强、滤波和配准预处理，并利用NSCT图像融合对红外图像与可见光图像进行融合；S4:引入环境误差因素，拟合被测物体实际温度T的修正函数，并基于此种温度修正函数对所获得的温度信息进行误差校正；S5:将融合图像二值化并设定温度阈值，与所述步骤4中得到的矫正温度进行比较，对超过温度阈值的异常发热区域定位并发出警报。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王路伽，宣兆冕，张茗，孙嘉良，梁国华，安梦涵，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：