【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于抽蓄电站机电设备健康监测，涉及基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法。
技术介绍
1、抽蓄电站作为我国先阶段大力发展的新型水电业务，具备调峰、填谷、调频、调相、储能、事故备用和黑启动等多种功能，是我国构建清洁低碳、安全可靠、智慧灵活、经济高效新型电力系统的重要组成部分。抽蓄电站水轮机作为抽蓄电站最核心的部件，其作用是利用电网中负荷低谷时的电力，通过水轮机将下水库抽水到上水库蓄能，待电网高峰负荷时，将上水库的水经过水轮机到下水库发电，与其他抽蓄电站机电设备相比，保障抽蓄电站水轮机安全可靠工作是所有抽蓄电站需要考虑的首要因素。
2、抽蓄电站水轮机顶盖作为抽蓄水轮机的重要组成部分，其作用是隔绝水车室与转轮室，防止水倒灌冲入水车室。目前，抽蓄水轮机顶盖主要通过螺栓实现顶盖与缸体连接，然而，随着抽蓄水轮机的运行，其机组运行过程中的振动会诱发顶盖螺栓松动，严重时，会使水轮机缸内的水从顶盖溢出，产生水淹厂房等重大事故，危害水电站工作人员、下游人民生命财产安全。因此，提出抽蓄水轮机顶盖螺栓松动检测方法，对螺栓松动情况实时监测，实现螺栓松动初期预警，保障水轮机正常服役具有重要意义。
3、现有技术针对抽蓄水轮机顶盖的螺栓松动情况的检测方法主要为人工检测，即在特定的维修周期内，运维人员通过锤击法、目视法等手段对顶盖螺栓的松动情况进行检查。然而，对于抽蓄水轮机顶盖，其通常固定螺栓的数目达到150个左右，单纯基于人工的方法费时费力，更重要的是，这种定期维护和检修的方式无法掌握螺栓的实时状态，且检测效果依赖于
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，解决现有基于人工的水电站水轮机顶盖螺栓松动无法实时监测，监测效率低以及检测效果依赖于人工主观意愿的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，按照以下步骤实施：
3、步骤1、实时获取抽蓄水轮机顶盖上螺栓位置图像；
4、步骤2、对步骤1获取的图像进行灰度化处理，对螺栓轮廓进行初步辨识，通过对螺栓样式几何分析，确认螺栓中心点位置和螺栓形貌；
5、步骤3、对抽蓄水轮机顶盖中心点位置像素坐标进行计算；
6、步骤4、计算不同螺栓与顶盖中心间角度，并记为初始角度；通过实时计算不同位置螺栓与顶盖中心点之间的夹角变化实现螺栓松动检测；
7、步骤5、重复步骤2到步骤4，实时计算当前不同螺栓位置与顶盖中心点间的现有角度，通过对比现有角度与初始角度间的差异，对松动螺栓位置进行辨识。
8、本专利技术的特点还在于，
9、步骤2的具体过程是：
10、步骤2.1、步骤1所拍摄的图像为rgb彩色图像，对rgb彩色图像进行三通道处理，图像灰度化处理是对rgb三个通道综合的结果；
11、步骤2.2、抽蓄水轮机顶盖螺栓与周围结构在颜色上具有差异，顶盖螺栓与周围结构在交界处纹理梯度大，采用梯度幅值对螺栓边缘轮廓进行检测，基于聚类算法对螺栓初始轮廓进行初步辨识；通过聚类算法将螺栓边缘像素与其他像素进行区别，即得到螺栓结构的初始轮廓像素分布；
12、步骤2.3、结合步骤2.2得到的螺栓初始轮廓像素分布，通过对螺栓样式几何分析，确认螺栓中心点位置和螺栓形貌。
13、步骤2.1对rgb图像进行灰度化处理为；
14、（1）
15、式中，为像素坐标( x, y)处的灰度值，、、分别为像素坐标( x, y)处三个通道的值。
16、步骤2.2具体为：
17、步骤2.2.1、计算图像像素水平和竖直方向上的灰度梯度；
18、分别构建水平和竖直方向上的梯度算子，对图像像素在水平和竖直方向上的梯度进行计算；
19、（2）
20、式中，和分别为图像像素在水平和竖直方向上的灰度梯度， f为图像像素的灰度矩阵，表示梯度算子与图像的卷积运算， hx和 hy分别为水平和竖直方向上的梯度算子；
21、 hx和 hy分别表示为；
22、（3）。
23、步骤2.2.2、计算像素梯度幅值；
24、基于步骤2.2.1中不同图像像素在水平和竖直方向上的梯度大小，对梯度幅值进行计算；
25、（4）
26、式中，和分别为图像像素 u在水平和竖直方向上的灰度梯度，为像素 u梯度幅值。
27、步骤2.2.3、基于梯度幅值的螺栓轮廓初步辨识，为有效对螺栓轮廓进行辨识，设计算得到的图像梯度幅值集合为：
28、（5）
29、式中，g为图像梯度幅值集合， n为图像像素的数目， gn为第 n个图像像素的梯度幅值；
30、采用k-means聚类算法对图像像素梯度幅值进行聚类；
31、（6）
32、式中， ex为图像像素灰度梯度聚类结果，函数最小值符号，即当聚类结果 ex是最小值时，为最佳聚类， i为聚类的种类， i=2，即螺栓体和周围结构两类，为图像像素灰度梯度均值，为像素 j的梯度幅值，j=1，2... n-1， n，代表像素编号， n为图像像素的数目；最终，通过图像像素的聚类结果，对螺栓结构的初始轮廓进行辨识。
33、步骤2.3基于获得的螺栓结构初始轮廓像素分布，选取两个辨识精度高、完整性好的螺栓边缘为基础，考虑螺栓为六角头几何结构，通过利用螺栓边缘的垂直平分线的交点，对螺栓的中心点进行定位，考虑螺栓六个定点为标准的外接圆，且顶点与中心的夹角为60o，即获得高精度螺栓顶点像素坐标。
34、步骤2.3具体为：
35、步骤2.3.1、设螺栓中心点 q的像素坐标（ ox, oy），求顶点 p坐标为（ px, py）本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2的具体过程是：
3.根据权利要求2所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2.1对RGB图像进行灰度化处理为；
4.根据权利要求3所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2.2具体为：
5.根据权利要求4所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2.3基于获得的螺栓结构初始轮廓像素分布，选取两个辨识精度高、完整性好的螺栓边缘为基础，考虑螺栓为六角头几何结构，通过利用螺栓边缘的垂直平分线的交点，对螺栓的中心点进行定位，考虑螺栓六个定点为标准的外接圆，且顶点与中心的夹角为60o，即获得高精度螺栓顶点像素坐标。
6.根据权利要求5所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2.3具体为：
7.根据权利要求6所述的基于视频
8.根据权利要求7所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤4具体过程为：对不同位置螺栓顶点位置进行编号，设抽蓄水轮机顶盖中心点O像素坐标为，第r个螺栓的第e个顶点坐标记为，与顶盖中心点O的夹角计算为：
9.根据权利要求8所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤5具体过程为：设t时刻顶盖上第r个螺栓的第e个顶点坐标为，螺栓松动后的顶点坐标记为，与顶盖中心点O的夹角变化计算为：
...【技术特征摘要】
1.基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2的具体过程是：
3.根据权利要求2所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2.1对rgb图像进行灰度化处理为；
4.根据权利要求3所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2.2具体为：
5.根据权利要求4所述的基于视频分析的抽蓄电站水轮机顶盖螺栓松动检测方法，其特征在于，步骤2.3基于获得的螺栓结构初始轮廓像素分布，选取两个辨识精度高、完整性好的螺栓边缘为基础，考虑螺栓为六角头几何结构，通过利用螺栓边缘的垂直平分线的交点，对螺栓的中心点进行定位，考虑螺栓六个定点为标准的外...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨党锋，辛存，黄勇，朱海晨，宋璇，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。