一种架空导线舞动监测装置、监测方法和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种架空导线舞动监测装置、监测方法和存储介质，包括：激光雷达、摄像头和图形工作站；激光雷达置于摄像头上用于对输电线路进行360

【技术实现步骤摘要】
一种架空导线舞动监测装置、监测方法和存储介质


[0001]本专利技术属于电网设备防灾减灾领域，具体涉及一种架空导线舞动监测装置、监测方法和存储介质。

技术介绍

[0002]架空导线是输电线路的常见安装形式，当受到大风、覆冰影响，出现舞动、风偏或者重覆冰现象时，导线分别会出现幅度较大且频率较低的垂直振动、水平振动和超大弧垂，为了能更好的识别和定量评价相关情况，需要采取视频识别手段，来精确提取舞动、风偏或者重覆冰时导线的弧垂、模态、包络线、各向位移和频率等数据信息。目前基于视频识别导线舞动、风偏、重覆冰的装置，根据装置安装位置和工作模式可以分为两大类，一类是安装在杆塔上的在线监测设备，此类设备受安装角度和电池容量限制，算力有限，识别出的信息也较少，实际监测时很少用到。
[0003]另一类常用的设备属于地面观测设备，包括基于单目、双目的导线状态监测设备，并以单目监测居多，但此类设备存在如下三种不足：(1)各模块集成度弱，自动化程度低。地面观测设备一般采用激光测距、高清摄像头和识别软件三个模块进行导线舞动监测。这三个模块一般都是独立工作，激光测距负责测量观测点到导线两端挂点的距离和方位角，然后人工输入至识别软件交互界面；高清摄像头负责采集视频图像，然后以离线视频文件形式，导入至识别软件中；识别软件根据前两者数据，识别舞动幅值等画面信息，再根据空间三角几何关系，判断出真实的舞动状态数据；因此三者并未实现自动化监测。(2)仅能进行二维监测。现有设备受激光测距设备不能协同、且受测点数量的限制，只能对导线垂直面内的状态进行监测，因此仅可满足重覆冰下弧垂变化情况的完整监测。而舞动和风偏都属于导线的三维运动，由于缺失了水平方向信息，不能进行各状况下导线的状态监测。(3)识别精度较差。现有文献“基于单目视觉分析方法的输电线路舞动测量”显示，单目识别的频率测量误差优于1％，幅值优于3％，而此精度受到传统激光测距设备和二维平面信息数据所限制，已不能满足当下导线舞动监测的需求。因此，需要提出一种能够同时满足导线舞动、风偏和重覆冰场景时的监测设备。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种架空导线舞动监测装置，包括：激光雷达1、摄像头2和图形工作站3；
[0005]所述激光雷达1安装于所述摄像头2上，用于对输电线路进行360
°
环绕测量得到输电线路三维坐标和导线三维距离；
[0006]所述摄像头2设置于地面，用于按设定时间间隔对输电线路进行摄像，得到带有摄像时间的输电线路视频；
[0007]所述图形工作站3分别与所述激光雷达1和摄像头2通讯连接，用于基于所述输电线路三维坐标和导线三维距离构建输电线路三维空间场景，并基于所述输电线路三维空间
场景结合所述输电线路视频确定导线舞动数据；
[0008]其中，所述导线三维距离，包括导线两端挂点间的水平距离、导线两端挂点到地面的垂直距离和激光雷达1到导线两端挂点在地面上的投影点的距离。
[0009]优选的，所述图形工作站3，包括：三维场景单元、视频处理单元和舞动监测单元；
[0010]所述三维场景单元，用于基于所述输电线路三维坐标和导线三维距离，利用三维重建技术构建输电线路三维空间场景；
[0011]所述视频处理单元，用于对所述输电线路视频中各帧图像进行识别，得到各帧图像的导线；
[0012]所述舞动计算单元，用于将所述输电线路三维空间场景和所述各帧图像的导线进行结合，确定导线舞动数据；
[0013]其中，所述导线舞动数据，包括导线三维包络线、导线舞动的模态阶数、导线静态弧垂、导线最大舞动幅值、舞动幅度最大时的幅值点与导线挂点的距离和导线舞动频率中的一种或多种。
[0014]优选的，所述三维场景单元，具体用于：
[0015]基于所述导线两端挂点间的水平距离和激光雷达1到导线两端挂点在地面上的投影点的距离，确定所述激光雷达1与所述投影点在水平面上的相对位置；
[0016]基于所述导线两端挂点到地面的垂直距离，确定导线挂点与所述水平面的相对位置；
[0017]基于所述输电线路三维坐标、导线挂点与所述水平面的相对位置和激光雷达1与所述投影点在水平面上的相对位置，利用三维重建技术在所述水平面中构建输电线路杆塔、导线挂点和导线挂点间的导线，得到输电线路三维空间场景。
[0018]优选的，所述视频处理单元，具体用于：
[0019]对所述输电线路视频进行提取得到各帧图像；
[0020]以各帧图像中的导线像元为基本单元，以导线为目标区域，通过对所述各帧图像进行降噪、背景去除、目标区域聚焦、导线像元识别、导线曲率辨识和曲线猜想处理，得到各帧图像的导线。
[0021]优选的，所述舞动计算单元，具体用于：
[0022]基于所述各帧图像的导线中导线挂点的像元和所述输电线路三维空间场景中的导线挂点，将所述各帧图像中的导线与所述输电线路三维空间场景进行结合；
[0023]在结合后的各帧图像的导线中，确定舞动幅度最大的导线、舞动幅度最大时的幅值点和舞动幅度最大时图像的摄像时间；
[0024]在结合后的输电线路三维空间场景中，确定舞动幅度最大的导线组成的外轮廓线为所述导线三维包络线，并基于所述导线三维包络线的交点确定所述导线舞动的模态阶数；利用结合后的输电线路三维空间场景，确定导线静态弧垂、导线挂点和所述舞动幅度最大时的幅值点的三维坐标，并基于所述导线静态弧垂、导线挂点和所述舞动幅度最大时的幅值点的三维坐标，计算所述导线最大舞动幅值和舞动幅度最大时的幅值点与导线挂点的距离；基于所述舞动幅度最大时图像的摄像时间计算所述导线舞动频率。
[0025]优选的，所述激光雷达1，具体用于：
[0026]以所述摄像头2为圆心，基于无源感知技术对输电线路进行360
°
环绕测量，得到输
电线路三维坐标、导线两端挂点间的水平距离、导线两端挂点到地面的垂直距离和激光雷达1到导线两端挂点在地面上的投影点的距离。
[0027]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种架空导线舞动监测方法，包括：
[0028]通过架空导线舞动监测装置的激光雷达1，对输电线路进行360
°
环绕测量得到输电线路三维坐标和导线三维距离；
[0029]通过架空导线舞动监测装置的摄像头2，按设定时间间隔对输电线路进行摄像，得到带有摄像时间的输电线路视频；
[0030]基于所述输电线路三维坐标和导线三维距离，通过架空导线舞动监测装置的图形工作站3构建输电线路三维空间场景，并基于所述输电线路三维空间场景结合所述输电线路视频确定导线舞动数据；
[0031]其中，所述导线三维距离，包括导线两端挂点间的水平距离、导线两端挂点到地面的垂直距离和激光雷达1到导线两端挂点在地面上的投影点的距离；
[0032]所述方法采用所述的一种架空导线舞动监测装置进行架空导线舞动监测。
[0033]优选的，所述基于所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种架空导线舞动监测装置，其特征在于，包括：激光雷达(1)、摄像头(2)和图形工作站(3)；所述激光雷达(1)安装于所述摄像头(2)上，用于对输电线路进行360
°
环绕测量得到输电线路三维坐标和导线三维距离；所述摄像头(2)设置于地面，用于按设定时间间隔对输电线路进行摄像，得到带有摄像时间的输电线路视频；所述图形工作站(3)分别与所述激光雷达(1)和摄像头(2)通讯连接，用于基于所述输电线路三维坐标和导线三维距离构建输电线路三维空间场景，并基于所述输电线路三维空间场景结合所述输电线路视频确定导线舞动数据；其中，所述导线三维距离，包括导线两端挂点间的水平距离、导线两端挂点到地面的垂直距离和激光雷达(1)到导线两端挂点在地面上的投影点的距离。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图形工作站(3)，包括：三维场景单元、视频处理单元和舞动监测单元；所述三维场景单元，用于基于所述输电线路三维坐标和导线三维距离，利用三维重建技术构建输电线路三维空间场景；所述视频处理单元，用于对所述输电线路视频中各帧图像进行识别，得到各帧图像的导线；所述舞动计算单元，用于将所述输电线路三维空间场景和所述各帧图像的导线进行结合，确定导线舞动数据；其中，所述导线舞动数据，包括导线三维包络线、导线舞动的模态阶数、导线静态弧垂、导线最大舞动幅值、舞动幅度最大时的幅值点与导线挂点的距离和导线舞动频率中的一种或多种。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述三维场景单元，具体用于：基于所述导线两端挂点间的水平距离和激光雷达(1)到导线两端挂点在地面上的投影点的距离，确定所述激光雷达(1)与所述投影点在水平面上的相对位置；基于所述导线两端挂点到地面的垂直距离，确定导线挂点与所述水平面的相对位置；基于所述输电线路三维坐标、导线挂点与所述水平面的相对位置和激光雷达(1)与所述投影点在水平面上的相对位置，利用三维重建技术在所述水平面中构建输电线路杆塔、导线挂点和导线挂点间的导线，得到输电线路三维空间场景。4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述视频处理单元，具体用于：对所述输电线路视频进行提取得到各帧图像；以各帧图像中的导线像元为基本单元，以导线为目标区域，通过对所述各帧图像进行降噪、背景去除、目标区域聚焦、导线像元识别、导线曲率辨识和曲线猜想处理，得到各帧图像的导线。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述舞动计算单元，具体用于：基于所述各帧图像的导线中导线挂点的像元和所述输电线路三维空间场景中的导线挂点，将所述各帧图像中的导线与所述输电线路三维空间场景进行结合；在结合后的各帧图像的导线中，确定舞动幅度最大的导线、舞动幅度最大时的幅值点和舞动幅度最大时图像的摄像时间；
在结合后的输电线路三维空间场景中，确定舞动幅度最大的导线组成的外轮廓线为所述导线三维包络线，并基于所述导线三维包络线的交点确定所述导线舞动的模态阶数；利用结合后的输电线路三维空间场景，确定导线静态弧垂、导线挂点和所述舞动幅度最大时的幅值点的三维坐标，并基于所述导线静态弧垂、导线挂点和所述舞动幅度最大时的幅值点的三维坐标，计算所述导线最大舞动幅值和舞动幅度最大时的幅值点与导线挂点的距离；基于所述舞动幅度最大时图像的摄像时间计算所述导线舞动频率。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光雷达(1)，具体用于：以所述摄像头(2)为圆心，基于无源感知技术对输电线路进行360
°
环绕测量，得到输电线路三维坐标、导线两端挂点间的水平距离、导线两端挂点到地面的垂直距离和激光雷达(1)到导线两端挂点在地面上的投影点的距离。7.一种架空导线舞动监测方法，其特征在于，包括：通过架空导线舞动监测装置的激光雷达(1)，对输电线路进行360
°
环绕测量得到输电线路三维坐标和导线三维距离；通过架空导线舞动监测装置的摄像头(2)，按设定时间间隔对输电线路进行摄像，得到带有摄像时间的输电线路视频；基于所述输电线路三维坐标和导线三维距离，通过架空导线舞动监测装置的图形工作站(3)构建输电线路三维空间场景，并基于所述输电线路三维空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彬，张国强，李孟轩，杨加伦，王剑，李博，朱宽军，李彦吉，刘彬，祝永坤，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网内蒙古东部电力有限公司，
类型：发明
国别省市：