基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法，包括：步骤1：获取遥感卫星光学影像，并进行分割，得到杆塔阴影区域的图像；步骤2：用形态学方法对杆塔阴影区域的图像进行增强和分割，采用一种自适应可变结构元素的形态学边缘检测算子，通过Top

【技术实现步骤摘要】
基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法


[0001]本专利技术涉及输电线路杆塔倾斜故障监测
，具体说是一种基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法。

技术介绍

[0002]输电杆塔是保障电网运行的基础设施，是架空输电线路的支撑点，容易受到极端天气和导线应力不均衡的影响而造成杆塔变形和倾斜，情况严重时还可能导致断线、跳闸、倒塔等安全事故，带来巨大的经济损失和安全隐患。所以对输电杆塔进行倾斜监测在架空输电线路的保护方面有重要意义。
[0003]目前，对杆塔倾斜监测主要采用人工巡查、在线监测、机器人巡检、无人机巡检等方法。人工巡查是工作人员携带测量仪器进行实地测量，工作量大、效率低、受地理条件影响明显。在线监测是通过在杆塔上加装摄像头或传感器等监测装置对输电线路的实时监测，该方法前期安装设备昂贵、运行成本高、后期维护艰难。巡线机器人可携带各种传感器对输电线路进行缺陷检测，但是该方法成本高、实时性比较差。无人机航拍巡检方式的自动化水平比较低，非常依赖操作手的技术且路径规划复杂。卫星技术的发展，为输电线路故障的发现和自然灾害对电网侵袭的预测提供了新手段。与人工和航空巡检相比，卫星巡检具有周期短、无安全隐患、巡检覆盖区域更宽广、反应速度快等优势。目前，卫星光学影像已经在山火灾害、洪水灾害等方面有所研究，在杆塔倾斜方面鲜有研究。

技术实现思路

[0004]杆塔倾斜大多是由自然灾害或导线应力不均衡造成的，严重情况下可导致线路断线、跳闸、倒塔等事故，带来巨大的经济损失和社会影响。由于地球自转和太阳的相对位置不变性，一天之中的太阳高度角会发生变化，物体的影子也会发生变化，物体的影子受到太阳和自身的影响，当杆塔发生倾斜时，影子的长度和角度也会发生变化。高分辨率的遥感卫星观测范围广、效率高，可为输电线路故障隐患的发现和自然灾害侵袭的预测提供新手段。本专利技术基于遥感卫星光学影像数据、资料，提出了基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法，该方法利用形态学图像处理、Hough直线检测算法提取杆塔阴影，构建杆塔倾斜与杆塔阴影的几何关系模型，对杆塔倾斜进行判别。基于卫星光学影像数据、资料，监测杆塔倾斜隐患，具有巡检周期短、巡检覆盖区域宽广、计算快速且成本低等优点。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]本专利技术利用遥感卫星光学影像数据、资料，采用形态学图像处理方法和Hough变换直线检测算法，建立了杆塔倾斜与杆塔阴影的几何关系模型，提出了基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法，根据该方法对杆塔倾斜故障隐患进行监测、判别。
[0007]基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：获取遥感卫星光学影像，对遥感卫星光学影像进行预处理，然后对预处理后的遥感卫星光学影像进行分割，得到杆塔阴影区域的图像；
[0009]步骤2：用形态学方法对步骤1得到的杆塔阴影区域的图像进行增强，采用一种自适应可变结构元素的形态学边缘检测算子，通过Top
‑
Hat变换和Bottom
‑
Hat变换对杆塔阴影区域的图像进行高通滤波、凸显阴影细节，之后再利用Canny算子进行边缘检测，得到杆塔阴影图像；
[0010]步骤3：利用Hough直线检测算法提取杆塔阴影图像中的杆塔阴影边缘的直线，通过对比直线的端点坐标找到杆塔阴影的轮廓线，计算轮廓线上下的坐标中点，得到轮廓的几何中心线；
[0011]步骤4：建立杆塔倾斜与杆塔阴影的几何关系模型；
[0012]步骤5：基于杆塔倾斜与杆塔阴影的几何关系模型，计算倾斜角度，根据倾斜角度判断杆塔倾斜情况；
[0013]步骤6：输出杆塔倾斜情况。
[0014]在上述方案的基础上，步骤1所述的预处理包括：辐射定标、大气校正和正射校正等；
[0015]在上述方案的基础上，步骤2具体包括：
[0016]步骤21：定义两种不同的结构元素，利用两种不同的结构元素b
j
，j＝1,2进行交叉运算，结构元素b1的大小为3
×
3，结构元素b2的大小为5
×
5，分别如公式(1)和公式(2)所示：
[0017][0018][0019]将b2在八个方位分解为b
2i
，i＝1,2,3
……
8，每个分解结构元素角度相差22.5
°
；
[0020]利用结构元素构造形态学边缘检测算子，所述形态学边缘检测算子表示为：
[0021][0022]其中，G
i
为形态学边缘检测算子，f为遥感卫星光学影像的原始图像，为膨胀运算，Θ为腐蚀运算，
·
为闭运算，为开运算；
[0023]步骤22：利用步骤21构造的形态学边缘检测算子对杆塔阴影区域的图像进行预处理，然后利用Top
‑
Hat变换对预处理后的杆塔阴影区域的图像做高通滤波，再通过Bottom
‑
Hat变换凸显图像中比较暗的杆塔阴影的细节，得到增强后的图像，具体运算公式为：
[0024][0025]B
i
＝(f
·
b
2i
)
‑
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0026]F
i
＝f+T
i
+B
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0027][0028]其中，T
i
为Top
‑
Hat变换后的图像，B
i
为Bottom
‑
Hat变换后的图像；F
i
为不同方向下的目标图像，F为增强后的图像；
[0029]步骤23：对增强后的图像再利用Canny算子进行边缘检测，得到杆塔阴影图像。
[0030]在上述方案的基础上，步骤3具体包括：
[0031]步骤31：利用Hough变换直线检测算法提取杆塔阴影图像中的杆塔阴影边缘的直线，将映射关系定义为：
[0032][0033]其中，(x,y)为杆塔阴影图像上的一点坐标，θ
H
为极角，ρ为极径；
[0034]步骤32：利用MATLAB中的函数hough(),houghpeaks(),和houghlines()得到Hough矩阵并找到矩阵的峰值点，之后在步骤2得到的杆塔阴影图像中提取杆塔阴影中的直线，从而可以根据提取出的直线构建出杆塔阴影轮廓。
[0035]在上述方案的基础上，步骤4具体包括：
[0036]步骤41：假设地球是一个规则球体，射到地球上的太阳光为平行光，物体的影子长度受到太阳高度角和物体自身高度的影响，太阳高度角受到经纬度和时间等参数的影响；
[0037]则物体影子的长度S表示为：
[0038]S＝Hcotα<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取遥感卫星光学影像，对遥感卫星光学影像进行预处理，然后对预处理后的遥感卫星光学影像进行分割，得到杆塔阴影区域的图像；步骤2：用形态学方法对步骤1得到的杆塔阴影区域的图像进行增强，采用一种自适应可变结构元素的形态学边缘检测算子，通过Top
‑
Hat变换和Bottom
‑
Hat变换对杆塔阴影区域的图像进行高通滤波、凸显阴影细节，之后再利用Canny算子进行边缘检测，得到杆塔阴影图像；步骤3：利用Hough直线检测算法提取杆塔阴影图像中的杆塔阴影边缘的直线，通过对比直线的端点坐标找到杆塔阴影的轮廓线，计算轮廓线上下的坐标中点，得到轮廓的几何中心线；步骤4：建立杆塔倾斜与杆塔阴影的几何关系模型；步骤5：基于杆塔倾斜与杆塔阴影的几何关系模型，计算倾斜角度，根据倾斜角度判断杆塔倾斜情况；步骤6：输出杆塔倾斜情况。2.如权利要求1所述的基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法，其特征在于，步骤1所述的预处理包括：辐射定标、大气校正和正射校正。3.如权利要求1所述的基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法，其特征在于，步骤2具体包括：步骤21：定义两种不同的结构元素，利用两种不同的结构元素b
j
，j＝1,2进行交叉运算，结构元素b1的大小为3
×
3，结构元素b2的大小为5
×
5，分别如公式(1)和公式(2)所示：5，分别如公式(1)和公式(2)所示：将b2在八个方位分解为b
2i
，i＝1,2,3
……
8，每个分解结构元素角度相差22.5
°
；利用结构元素构造形态学边缘检测算子，所述形态学边缘检测算子表示为：其中，G
i
为形态学边缘检测算子，f为遥感卫星光学影像的原始图像，为膨胀运算，Θ为腐蚀运算，
·
为闭运算，为开运算；步骤22：利用步骤21构造的形态学边缘检测算子对杆塔阴影区域的图像进行预处理，然后利用Top
‑
Hat变换对预处理后的杆塔阴影区域的图像做高通滤波，再通过Bottom
‑
Hat变换凸显图像中比较暗的杆塔阴影的细节，得到增强后的图像，具体运算公式为：
B
i
＝(f
·
b
2i
)
‑
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)F
i
＝f+T
i
+B
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，T
i
为Top
‑
Hat变换后的图像，B
i
为Bottom
‑
Hat变换后的图像；F
i
为不同方向下的目标图像，F为增强后的图像；步骤23：对增强后的图像再利用Canny算子进行边缘检测，得到杆塔阴影图像。4.如权利要求3所述的基于遥感卫星光学影像的杆塔倾斜在线监测方法，其特征在于，步骤3具体包括：步骤31：利用Hough变换直线检测算法提取杆塔阴影图像中的杆塔阴影边缘的直线，将映射关系定义为：其中，(x,y)为杆塔阴影图像上的一点坐标，θ
H
为极角，ρ为极径；步骤32：利用MATLAB中的函数hough(),houghpeaks...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文琳，李乐依，刘连光，高雪莲，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：