电力设备绝缘状态高光谱可视化立体重构检测装置及技术制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电力设备绝缘状态高光谱可视化立体重构检测装置及技术，所述装置包括二向性反射特性测试系统、二向性反射光谱库、高光谱图像采集系统、激光雷达LiDAR系统、显示单元、数据处理单元；其中，二向性反射特性测试系统测试得到二向性反射光谱库作为依据；高光谱图像采集系统采集图像数据且同步获得反射光谱

【技术实现步骤摘要】
电力设备绝缘状态高光谱可视化立体重构检测装置及技术


[0001]本专利技术属于绝缘件外绝缘状态在线
，特别是一种电力设备绝缘状态高光谱可视化立体重构检测装置及技术。

技术介绍

[0002]在电力系统的事故中，对电力系统外绝缘危害最大的是污闪和雷击闪络，而污闪造成的损失远大于雷害。随着环境污染日益严重，运行中的绝缘子表面染污随之加剧，在复杂的气象条件(雾、露、毛毛雨及酸性湿沉降等)下绝缘子的电气强度将明显下降，因染污绝缘子串的闪络导致大面积、长时间的停电事故，严重威胁电力系统的安全稳定运行。另一方面，大规模应用的硅橡胶复合绝缘子主要成分为硅氧烷，该材料是以共价键结合的高分子有机聚合物，由于输电线路跨越地区地形复杂、环境多变，因此绝缘子在实际运行中面临各种严酷的外界条件，例如高海拔强紫外辐射、重度污染、酸雨(雾)等，使得材料中化学键发生断裂、物质改变，从而导致老化劣化，老化主要表现为表面憎水性减弱或丧失、粉化、裂化、抗污闪性能变差等，绝缘子绝缘性能降低，闪络电压也随之降低，容易引发电网故障，造成极大的经济损失。
[0003]为实现外绝缘件的状态评估，传统方法多为离线检测手段，然而输电线路所经地区跨度大、地势复杂、环境多变，很多时候需检测人员登杆操作，十分不便，安全系数也不高，并且涉及的绝缘子数量巨大，采用传统检测手段需要投入大量资源，不仅造成人力物力的浪费，且仍难以兼顾工程实际所需的检测精确度和时效性，存在一定的局限性。因此，寻找一种更加便捷直接的非接触、快速无损伤检测电力设备表面污秽状态和硅橡胶材料老化的手段，对于维护电力系统安全稳定运行具有重要意义。
[0004]以机载多光谱成像技术为依托，融合智能感知、故障预判等功能，构建输电线路外绝缘状态智能巡检技术，实现外绝缘状态辅助预判、安全智能管控，可以大幅提升输电线路巡视效率，全面提升设备智能化水平及电网运行可靠性能力。然而，伴随着基于高光谱成像技术的电力设备状态诊断系统的现场应用，随之而来的光谱图像采集环境因素干扰、绝缘件姿态复杂、临近杆塔及绝缘件之间的相互干扰使得在实验室条件下构建的绝缘件绝缘状态光谱反演模型在检测精度方面面临着严重的挑战。
[0005]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术在掌握外绝缘件像素级二向反射特性并构建融合空间信息的反射率校正方法的基础上，融合三维成像技术实现绝缘件多光谱光度立体三维重构，从而实现复杂测量环境下外绝缘件绝缘状态的可视化检测与电气性能评估，克服现有光谱检测技术在近距离检测时测量结果误差大的致命缺点。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种电力设备绝缘状态高光谱可视
化立体重构检测装置，其特征在于，该装置包括：绝缘件外绝缘材料式样、二向性反射特性测试系统、高光谱图像采集系统、激光雷达LiDAR系统、显示单元、数据处理单元、光谱仪系统；
[0008]所述绝缘件外绝缘材料式样，要求该式样表面平整，厚度均匀；
[0009]所述光谱仪系统和所述二向性反射特性测试系统，用于采集所述绝缘件外绝缘材料式样的反射率数据，以获得二向性反射光谱库；
[0010]所述高光谱图像采集系统，用于采集所述绝缘件外绝缘材料式样图像数据且同步获得反射光谱
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图像灰度三维数据；
[0011]所述激光雷达LiDAR系统，用于采集LiDAR图像数据，以获得所述绝缘件外绝缘材料式样的三维坐标信息；
[0012]所述数据处理单元，用于分析所述反射光谱
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图像灰度三维数据和所述LiDAR图像数据，并结合所述二向性反射光谱库，通过所述显示单元进行电力设备外绝缘状态的可视化诊断。
[0013]优选地，所述激光雷达LiDAR系统，其是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，通过向目标发射激光束，然后将接收到的从目标电力设备反射回来的信号与发射信号进行比较后，就可获得目标电力设备的距离、方位、高度、姿态、形状等参数，从而实现电力设备像素级三维立体重构。
[0014]优选地，所述数据处理单元，其连接所述激光雷达LiDAR系统以实现电力设备像素级三维立体重构，连接高光谱图像采集系统以实现电力设备反射率数据分析，结合所述二向性反射光谱库以实现像素级反射率数据校准，从而实现融合高光谱光度立体三维重构的电力设备外绝缘状态可视化。
[0015]优选地，所述光谱仪系统，由导光光纤和光谱仪构成，其中，光谱仪在第一预定波长范围内采集波段间隔为第一预定长度的反射率数据；优选地，将光谱仪的光谱分辨率作为所述第一预定长度；
[0016]通过所述光谱仪系统和所述二向性反射特性测试系统按照遍历二向性反射光谱采集方式，采集被测绝缘件外绝缘材料式样的反射率数据，以获得对所述绝缘件外绝缘材料式样的二向性反射光谱库。
[0017]优选地，二向性反射特性测试系统包括：滑轨连接块、滑杆连接块、上滑环、底部滑环、光纤固定器、光源、滑杆；
[0018]其中，所述滑轨连接块的底部与底部滑环连接，滑轨连接块的一个侧面与上滑环连接；
[0019]所述滑杆连接块的一个侧面与所述上滑环连接，所述滑杆连接块的另一侧面与所述滑杆连接；
[0020]所述光纤固定器，其一端与滑杆连接，另一端设有圆环，所述圆环供导光光纤从中穿过，以使得光纤固定器固定所述导光光纤；
[0021]所述光源，固定于滑杆末端。
[0022]优选地，所述导光光纤通过所述光纤固定器与所述二向性反射特性测试系统连接。
[0023]优选地，所述遍历二向性反射光谱采集方式，是指在同时改变入射天顶角、反射天
顶角、入射
‑
反射光线方位角、光源距离、探测距离的不同数值的情况下，分别采集被测绝缘件外绝缘材料式样的反射率。
[0024]优选地，所述的一种电力设备绝缘状态高光谱可视化立体重构检测装置还包括：电源管理模块、卤素灯光源系统、中央处理单元、数据存储单元；
[0025]所述电源管理模块，用于实现电能供给和分配；
[0026]所述卤素灯光源系统，用于在预定波长范围内发射光源强度分布均匀的卤素灯光，其亮度和开关状态由所述中央处理单元分组控制；
[0027]所述中央处理单元，其连接所述卤素灯光源系统、高光谱图像采集系统、激光雷达LiDAR系统、数据处理单元、数据存储单元和显示单元，其中，
[0028]所述中央处理单元，用于根据距离目标电力设备的远近调节所述卤素灯光源系统的开关状态和光源强度；
[0029]所述中央处理单元，还用于根据距离巡检过程中的目标电力设备的远近调节卤素灯光源系统的光源强度；
[0030]所述中央处理单元，还用于控制所述高光谱图像采集系统进行高光谱图像数据采集，并控制所述数据处理单元进一步对采集的高光谱图像数据进行数据分析本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力设备绝缘状态高光谱可视化立体重构检测装置，其特征在于，该装置包括：绝缘件外绝缘材料式样、二向性反射特性测试系统、高光谱图像采集系统、激光雷达LiDAR系统、显示单元、数据处理单元、光谱仪系统；所述绝缘件外绝缘材料式样，要求该式样表面平整，厚度均匀；所述光谱仪系统和所述二向性反射特性测试系统，用于采集所述绝缘件外绝缘材料式样的反射率数据，以获得二向性反射光谱库；所述高光谱图像采集系统，用于采集所述绝缘件外绝缘材料式样图像数据且同步获得反射光谱
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图像灰度三维数据；所述激光雷达LiDAR系统，用于采集LiDAR图像数据，以获得所述绝缘件外绝缘材料式样的三维坐标信息；所述数据处理单元，用于分析所述反射光谱
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图像灰度三维数据和所述LiDAR图像数据，并结合所述二向性反射光谱库，通过所述显示单元进行电力设备外绝缘状态的可视化诊断。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，优选的，所述光谱仪系统，包括导光光纤和光谱仪，其中，光谱仪在第一预定波长范围内采集波段间隔为第一预定长度的反射率数据；其中，所述第一预定长度为光谱仪的光谱分辨率；通过所述光谱仪系统和所述二向性反射特性测试系统按照遍历二向性反射光谱采集方式，采集被测绝缘件外绝缘材料式样的反射率数据，以获得对所述绝缘件外绝缘材料式样的二向性反射光谱库。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述二向性反射特性测试系统包括：滑轨连接块、滑杆连接块、上滑环、底部滑环、光纤固定器、光源、滑杆；其中，所述滑轨连接块的底部与底部滑环连接，滑轨连接块的一个侧面与上滑环连接；所述滑杆连接块的一个侧面与所述上滑环连接，所述滑杆连接块的另一侧面与所述滑杆连接；所述光纤固定器，其一端与滑杆连接，另一端设有圆环，所述圆环供导光光纤从中穿过，以使得光纤固定器固定所述导光光纤；所述光源，固定于滑杆末端。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述遍历二向性反射光谱采集方式，包括在同时改变入射天顶角、反射天顶角、入射
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反射光线方位角、光源距离、探测距离的不同数值的情况下，分别采集被测绝缘件外绝缘材料式样的反射率。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：电源管理模块、卤素灯光源系统、中央处理单元、数据存储单元；所述电源管理模块，用于实现电能供给和分配；所述卤素灯光源系统，用于在预定波长范围内发射光源强度分布均匀的卤素灯光，其亮度和开关状态由所述中央处理单元分组控制；所述中央处理单元，其连接所述卤素灯光源系统、高光谱图像采集系统、激光雷达LiDAR系统、数据处理单元、数据存储单元和显示单元，其中，所述中央处理单元，用于根据距离目标电力设备的远近调节所述卤素灯光源系统的开关状态和光源强度；
所述中央处理单元，还用于根据距离巡检过程中的目标电力设备的远近调节卤素灯光源系统的光源强度；所述中央处理单元，还用于控制所述高光谱图像采集系统进行高光谱图像数据采集，并控制所述数据处理单元进一步对采集的高光谱图像数据进行数据分析；所述中央处理单元，还用于所述控制所述激光雷达LiDAR系统进行三维LiDAR图像数据采集，并控制所述数据处理单元进一步对采集的LiDAR图像进行数据分析；所述中央处理单元，还用于所述控制所述数据存储单元进行数据存储，以存储巡检过程中的待测电力设备外绝缘状态的评估结果；所述中央处理单元，还用于所述控制所述显示单元显示电力设备外绝缘状态评估结果。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高光谱图像采集系统中，将成像波段数量高于100个波段的光谱图像数据定义为高光谱图像，其在第二预定波长范围内采集波段间隔为第二预定长度的图像数据且同步获得反射光谱
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图像灰度三维数据，其中，所述第二预定长度为高光谱图像采集系统的光谱分辨率。7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置还包括：机械支撑模组、可旋转工作台；所述机械支撑模组，用于对所述电力设备外绝缘状态可视化检测装置提供机械支撑；所述机械支撑模组还包括调节模组，所述调节模组与所述卤素灯光源系统、所述高光谱图像采集系统及所述激光雷达LiDAR系统连接，并对所述卤素灯光源系统、所述高光谱图像采集系统及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任明，夏昌杰，李乾宇，王彬，柳玉洁，杨章，刘胤康，董明，张崇兴，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：