桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，屬于智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)包括視頻圖像采集模塊、水平垂直方向測量傳感器、數(shù)據(jù)分析處理模塊、通訊模塊。利用視頻圖像采集模塊采集桿塔視頻或圖像信息，利用水平垂直方向測量傳感器采集的水平或垂直方向信息對桿塔圖像進行角度矯正，數(shù)據(jù)分析處理模塊計算桿塔輪廓幾何中心線的傾斜角度即桿塔的傾斜角度，并通過三角法確定桿塔最終的合成傾斜角度，考慮風力影響，當傾斜角度或趨勢超出安全范圍時，自動進行預警或報警。本系統(tǒng)降低了桿塔傾斜監(jiān)測的成本和勞動強度，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便、精度高等優(yōu)點，具有實時監(jiān)測和自動預警報警功能，大大提高了桿塔傾斜監(jiān)測的智能化程度。
【專利說明】
桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，屬于智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力已經(jīng)成為日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的產(chǎn) 品，電力傳輸?shù)姆€(wěn)定性對社會發(fā)展的影響也越來越大。桿塔作為電力傳輸系統(tǒng)重要的組成 部分，對電力傳輸?shù)姆€(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。由于受到外力破壞、冰雪災害破壞、塔基 土石松動破壞，桿塔容易發(fā)生塔體傾斜。若運行維護人員不能及時發(fā)現(xiàn)，將會造成桿塔的傾 倒，破壞電力傳輸?shù)姆€(wěn)定性，嚴重影響社會經(jīng)濟的發(fā)展。
[0003] 目前，桿塔傾斜測量主要采用在桿塔上安裝傾斜傳感器采集數(shù)據(jù)，并通過電力載 波線對數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)姆椒?，成本較高、容易損壞、安裝維護不便。采用圖像方法進行桿塔 傾斜測量的研究極少，如中國專利"一種關(guān)于高壓輸電線路桿塔傾斜的視頻監(jiān)測系統(tǒng)"（申 請?zhí)枺?01110385685.2)，該專利提出通過攝像機拍攝桿塔底部附近圖像并通過無線模塊將 圖像數(shù)據(jù)傳輸給中心服務器，計算桿塔傾斜。但圖像數(shù)據(jù)量大，造成傳輸困難、傳輸成本高， 也會造成中心服務器處理速度過慢，另外，沒有結(jié)合攝像機垂直和水平方向信息對圖像進 行處理，所得結(jié)果誤差大，并且攝像機標定過程繁瑣，求解攝像機內(nèi)外參數(shù)的過程產(chǎn)生誤差 大，嚴重影響桿塔傾斜測量的準確性，使誤報幾率增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測 系統(tǒng)，解決傾角傳感器方法成本較高、容易損壞、安裝維護不便等問題;利用智能圖像處理 結(jié)合水平垂直方向測量傳感器進行拍攝角度修正，解決圖像處理進行桿塔傾斜測量誤差 大、誤報率高的問題。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 所述系統(tǒng)包括視頻圖像采集模塊（1 )、水平垂直方向測量傳感器(2)、數(shù)據(jù)分析處理模 塊(3)、通訊模塊(4)。
[0006]視頻圖像采集模塊（1)采集桿塔視頻或圖像信息，水平垂直方向測量傳感器(2)采 集水平或垂直方向信息，數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)根據(jù)水平垂直方向測量傳感器(2)測得的水 平或垂直信息計算出水平和垂直方向，對視頻圖像采集模塊（1)采集的桿塔視頻或圖像信 息進行拍攝角度矯正；角度矯正是為了修正因視頻圖像采集模塊（1)安裝或拍攝時的偏差 造成的圖像傾斜。
[0007]數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)對矯正后的視頻圖像進行分析處理，消除環(huán)境因素影響，提 取出桿塔的外輪廓信息，并據(jù)此確定桿塔的幾何中心線，計算得到桿塔幾何中心線在視頻 圖像中的傾斜角度，即獲得桿塔的傾斜角度。視頻圖像的分析處理包括圖像濾波降噪，圖像 灰度化，圖像二值化，圖像形態(tài)學處理，邊緣檢測，Hough直線檢測等。幾何中心線是指圖像 中桿塔輪廓頂部中點與底部中點的連線。
[0008] 數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)經(jīng)通訊模塊(4)將桿塔傾斜數(shù)據(jù)和預警報警信息發(fā)送給運 行人員或中心服務器(5)。
[0009] 水平垂直方向測量傳感器(2)采用重力加速度傳感器、陀螺儀或水平儀，當水平垂 直方向測量傳感器(2)采集的是水平信息時，可以在圖像中計算出垂直信息，當水平垂直方 向測量傳感器(2)采集的是垂直信息時，可以在圖像中計算出水平信息。
[0010] 所述系統(tǒng)設(shè)計為便攜式結(jié)構(gòu)(6)，由運行人員隨身攜帶，現(xiàn)場工作時采用三角形測 量法，在與桿塔構(gòu)成直角三角形的兩個非直角頂點位置分別進行測量，將測得的兩個桿塔 傾斜角度，根據(jù)測量位置與距離，進行矢量計算得到桿塔的實際傾斜角度。便攜式結(jié)構(gòu)可設(shè) 計為運行人員專用的便攜式手持機，也可以是手機，可以將桿塔傾斜數(shù)據(jù)和預警報警信息 發(fā)送給中心服務器(5)。
[0011] 所述系統(tǒng)設(shè)計為固定式結(jié)構(gòu)(7)，每個桿塔采用雙機固定安裝，且與桿塔構(gòu)成三角 形布局，每個桿塔的對應雙機之間利用通訊模塊(4)交換數(shù)據(jù)，將測得的兩個桿塔傾斜角 度，根據(jù)安裝位置與距離，進行矢量計算得到桿塔的實際傾斜角度。由于單點測量只能得到 桿塔的一個方向的傾斜角度，而桿塔傾斜角度是二維的，因此采用固定式結(jié)構(gòu)時系統(tǒng)采用 雙機安裝，與桿塔構(gòu)成三角形布局。比較經(jīng)典的布局是雙機安裝的位置與桿塔位置構(gòu)成等 腰直角三角形，桿塔位于該三角形的直角頂點上。系統(tǒng)通過通訊模塊(4)將桿塔傾斜數(shù)據(jù)和 預警報警信息發(fā)送給運行人員或中心服務器(5)，運行人員可以用普通手機以短信的方式 接收預警報警信息，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。
[0012] 所述系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)計算得到桿塔的傾斜角度，若大于設(shè)定的安全 閾值則進行報警；同時進行桿塔的傾斜角度歷史數(shù)據(jù)分析，得到桿塔傾斜角度變化趨勢，若 一段時間內(nèi)傾斜角度呈現(xiàn)逐漸增大或突然增大趨勢時，進行預警。根據(jù)國家標準，GB 50233-2014《110~750kV架空電力線路施工及驗收規(guī)范》要求，輸電線路運行時桿塔傾斜率 不超過千分之三。
[0013]為了考慮風力的影響并避免誤報，所述系統(tǒng)包括風速傳感器(8)，數(shù)據(jù)分析處理模 塊(3)實時計算桿塔的傾斜角變化數(shù)據(jù)，結(jié)合風速傳感器(8)測得的風速數(shù)據(jù)，分析風力對 桿塔傾斜角的影響，并在所述的影響超過設(shè)定限值時進行預警;如果桿塔結(jié)構(gòu)有缺陷或者 出現(xiàn)結(jié)構(gòu)劣化，受風力影響較大，說明桿塔存在故障隱患。此外，在由于瞬時風力過大導致 的桿塔傾斜角瞬時超過設(shè)定的安全閾值時，關(guān)閉預警或報警，可以避免誤報。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點： 采用智能圖像進行桿塔傾斜的在線監(jiān)測，具有成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便的特 點；結(jié)合水平垂直方向測量傳感器進行視頻圖像矯正，減小了測量誤差，提高了測量準確 性。
[0015] 實時監(jiān)測桿塔的傾斜狀況和趨勢，同時考慮風力的影響，出現(xiàn)危險狀況自動預警 或報警，及時通知運行維護人員進行維護和檢修，大大降低因桿塔傾斜造成電力系統(tǒng)故障 的概率。
[0016]系統(tǒng)可以設(shè)計為固定式結(jié)構(gòu)，固定安裝在現(xiàn)場自動運行，不需要人工干預，降低運 行維護人員的工作量;也可以設(shè)計為便攜式結(jié)構(gòu)，操作安全、簡單方便，受地形、環(huán)境因素影 響小;就地測量、就地計算、就地報警，降低運行成本，提高工作效率。
【附圖說明】
[0017]圖1:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖。
[0018] 圖2:固定式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3:便攜式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4:三角形測量法示意圖 圖中：1一視頻圖像采集模塊、2-水平垂直方向測量傳感器、3-數(shù)據(jù)分析處理模塊、 4 一通訊模塊、5-中心服務器、6-便攜式結(jié)構(gòu)、7-固定式結(jié)構(gòu)、8-風速傳感器。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明： 如圖1所示，桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)包括視頻圖像采集模塊（1)、水平垂直方 向測量傳感器(2)、數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)、通訊模塊(4)、風速傳感器(8)。視頻圖像采集模 塊(1) 一般可采用數(shù)碼攝像機或者照相機，水平垂直方向測量傳感器(2)采用重力加速度傳 感器、陀螺儀或水平儀，可以實時測量桿塔垂直方向或水平方向信息，風速傳感器(8)測量 實時風速，輔助進行桿塔傾斜角受風力影響的分析。
[0022]如圖2所示，系統(tǒng)設(shè)計為固定式結(jié)構(gòu)（7)，長期固定安裝在現(xiàn)場，系統(tǒng)采用雙機安 裝，一個安裝在順著線路方向上，一個安裝在垂直線路方向上，與桿塔構(gòu)成等腰直角三角形 布局，桿塔位于該三角形的直角頂點上。視頻圖像采集模塊(1)可以完整采集被監(jiān)測桿塔視 頻或圖像信息，水平垂直方向測量傳感器(2)采集水平或垂直方向信息，數(shù)據(jù)分析處理模塊 (3)根據(jù)水平垂直方向測量傳感器(2)傳來的水平或垂直方向信息計算出水平和垂直方向， 然后對視頻圖像采集模塊（1)傳來的桿塔視頻或圖像信息進行角度矯正。設(shè)計為固定式結(jié) 構(gòu)(7)，可以長期固定安裝在現(xiàn)場自動運行，不需要人員干預也不受地形條件影響，大大降 低運行維護人員的工作量。角度矯正可以修正因視頻圖像采集設(shè)備安裝偏差造成的圖像傾 斜問題，提高桿塔傾斜測量的準確度。
[0023]如圖2所示，數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)對矯正后的視頻圖像進行分析處理，消除環(huán)境 因素影響，提取出桿塔的外輪廓信息，并據(jù)此確定桿塔的幾何中心線，分別計算順著線路方 向和垂直線路方向桿塔幾何中心線在圖像中的傾斜角，再根據(jù)三角形測量法即可得桿塔實 際傾斜角度。對圖像進行處理可以消除圖像采集過程中產(chǎn)生的噪聲，使圖像質(zhì)量更好，還可 以消除背景對桿塔輪廓提取的影響，使桿塔輪廓提取更容易實現(xiàn)。桿塔的幾何中心線是指 圖像中桿塔輪廓頂部中點與底部中點的連線，幾何中心線的傾斜程度可以代表桿塔的傾斜 程度，因此計算出幾何中心線的傾斜角度即可得到桿塔的傾斜角度。
[0024] 如圖2所示，數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)計算得到桿塔的傾斜角度后，如果傾斜角度大 于設(shè)定的安全閾值則經(jīng)由通訊模塊(4)向運行人員或者中心服務器(5)進行報警;數(shù)據(jù)分析 處理模塊(3)還進行桿塔的傾斜角度歷史數(shù)據(jù)分析，得到桿塔傾斜角度變化趨勢，若一段時 間內(nèi)傾斜角度呈現(xiàn)逐漸增大或突然增大趨勢時，則經(jīng)由通訊模塊(4)向運行人員或者中心 服務器(5)進行預警。為了運行人員能夠及時獲取預警或報警信息，可以為運行人員設(shè)計專 門的便攜式手持機接收預警或報警信息，當然，手持機也可以用手機代替。
[0025] 如圖2所示，數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)實時計算桿塔傾斜角變化數(shù)據(jù)，結(jié)合風速傳感 器(8)測得的風速數(shù)據(jù)，分析風力對桿塔傾斜角的影響，并在所述的影響超過設(shè)定限值時進 行預警；如果桿塔結(jié)構(gòu)有缺陷或者出現(xiàn)結(jié)構(gòu)劣化，受風力影響較大，說明桿塔存在故障隱 患。此外，在由于瞬時風力過大導致的桿塔傾斜角瞬時超過設(shè)定的安全閾值時，關(guān)閉預警或 報警，可以避免誤報。
[0026]如圖3所示，系統(tǒng)設(shè)計為便攜式結(jié)構(gòu)(6)，由運行人員隨身攜帶，現(xiàn)場分別采集被監(jiān) 測桿塔順線路方向和垂直線路方向的傾斜信息，并根據(jù)三角形測量法計算桿塔實際傾斜數(shù) 據(jù)，進行三角形法測量時，兩個測量點與桿塔構(gòu)成直角三角形，桿塔位于直角三角形的直角 頂點。將被監(jiān)測桿塔的傾斜數(shù)據(jù)和報警信息發(fā)送給中心服務器(5)。系統(tǒng)設(shè)計可以為便攜式 結(jié)構(gòu)(6)是因為根據(jù)水平垂直測量傳感器采集的水平或垂直方向信息可以修正因便攜式結(jié) 構(gòu)(6)旋轉(zhuǎn)造成的桿塔圖像傾斜，依然能保證測量的準確度。便攜式結(jié)構(gòu)(6)可以設(shè)計為運 行人員專用的便攜式手持機，甚至是帶有重力加速度傳感器的智能手機，以方便運行人員 隨身攜帶。
[0027]如圖4所示，采用三角形測量法，進行矢量計算得到桿塔的實際傾斜角度的原理 是:假設(shè)順線路方向為X軸方向，垂直線路方向為Y軸方向。桿塔幾何中心線在Χ0Υ面上的投 影為Z，Z在X軸方向的投影為Zx，在Y軸方向上的投影為，Z 2 2 2，則桿塔 幾何中心線在順線路方向上投影的傾角的余切cot ^ /"，在垂直線路方向上投影的 傾角的余切cot內(nèi)/"，又桿塔實際傾角的余切為cot /"，因此可得桿塔的傾
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施實例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神 和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)包括視頻圖像采集模塊（1)、水 平垂直方向測量傳感器(2)、數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)、通訊模塊(4); 視頻圖像采集模塊（1)采集桿塔視頻或圖像信息，水平垂直方向測量傳感器(2)采集水 平或垂直方向信息，數(shù)據(jù)分析處理模塊(3 )根據(jù)水平垂直方向測量傳感器(2 )測得的水平或 垂直信息計算出水平和垂直方向，對視頻圖像采集模塊（1)采集的桿塔視頻或圖像信息進 行拍攝角度矯正； 數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)對矯正后的視頻圖像進行分析處理，消除環(huán)境因素影響，提取出 桿塔的外輪廓信息，并據(jù)此確定桿塔的幾何中心線，計算得到桿塔幾何中心線在視頻圖像 中的傾斜角度，即獲得桿塔的傾斜角度； 數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)經(jīng)通訊模塊(4)將桿塔傾斜數(shù)據(jù)和預警報警信息發(fā)送給運行人 員或中心服務器(5)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:水平垂直方向 測量傳感器(2)采用重力加速度傳感器、陀螺儀或水平儀。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)設(shè)計為便 攜式結(jié)構(gòu)(6)，由運行人員隨身攜帶，現(xiàn)場工作時采用三角形測量法，在與桿塔構(gòu)成三角形 的兩個頂點位置分別進行測量，將測得的兩個桿塔傾斜角度，根據(jù)測量位置與距離，進行矢 量計算得到桿塔的實際傾斜角度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)設(shè)計為固 定式結(jié)構(gòu)(7)，每個桿塔采用雙機固定安裝，且與桿塔構(gòu)成三角形布局，每個桿塔的對應雙 機之間利用通訊模塊(4)交換數(shù)據(jù)，將測得的兩個桿塔傾斜角度，根據(jù)安裝位置與距離，進 行矢量計算得到桿塔的實際傾斜角度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)分析處理 模塊(3)計算得到桿塔的實際傾斜角度，若大于設(shè)定的安全閾值則進行報警；同時進行桿塔 的傾斜角度歷史數(shù)據(jù)分析，得到桿塔傾斜角度變化趨勢，若一段時間內(nèi)傾斜角度呈現(xiàn)逐漸 增大或突然增大趨勢時，進行預警。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿塔傾斜智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)包括風速 傳感器(8)，數(shù)據(jù)分析處理模塊(3)實時計算桿塔傾斜角變化數(shù)據(jù)，結(jié)合風速傳感器(8)測得 的風速數(shù)據(jù)，分析風力對桿塔傾斜角的影響，并在所述的影響超過設(shè)定限值時進行預警;同 時在由于瞬時風力過大導致的桿塔傾斜角瞬時超過設(shè)定的安全閾值時，關(guān)閉預警或報警。
【文檔編號】G06T7/00GK106092049SQ201610661220
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月13日 公開號201610661220.8, CN 106092049 A, CN 106092049A, CN 201610661220, CN-A-106092049, CN106092049 A, CN106092049A, CN201610661220, CN201610661220.8
【發(fā)明人】周封, 范貝貝, 郝婷, 劉小可, 崔博聞, 李隆, 王晨光, 孫卿
【申請人】哈爾濱理工大學, 周封