本發(fā)明屬于電力工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于雙閾值聚類分析的輸電線路山火區(qū)域辨識(shí)方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，山火對(duì)輸電線路乃至整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的威脅也愈加嚴(yán)重。目前，針對(duì)輸電線路山火監(jiān)測(cè)技術(shù)已有了較多的研究，主要有分布式視頻監(jiān)測(cè)法、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)法及激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)法等。其中，基于實(shí)時(shí)視頻的分布式終端監(jiān)測(cè)法因監(jiān)測(cè)精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、受氣象環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用。由于紅外成像系統(tǒng)工作在光譜的長(zhǎng)波段，較可見(jiàn)光具有更強(qiáng)的穿透力和抗干擾性，能較好地發(fā)現(xiàn)早期山火?，F(xiàn)有的紅外熱成像山火監(jiān)測(cè)方法是將紅外圖像轉(zhuǎn)為偽彩圖或灰度圖進(jìn)行溫度的檢測(cè)，當(dāng)達(dá)到某個(gè)溫度閾值時(shí)判斷為熱點(diǎn)區(qū)域。但由于受到監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中有諸多干擾因素影響，如太陽(yáng)光、桿塔等高溫物體的影響，使得基于單一閾值的山火誤報(bào)率較高，不能有效進(jìn)行輸電線路山火監(jiān)測(cè)。當(dāng)前常用的閾值確定方法有雙峰法、Niblack閾值法、最大類間方差法、最大熵法、模糊閾值法等，但均不宜直接應(yīng)用在輸電線路山火監(jiān)測(cè)中。一方面，輸電線路山火監(jiān)測(cè)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)，后三種計(jì)算方法由于計(jì)算過(guò)程復(fù)雜并不適用于工程實(shí)際。另一方面，雙峰法計(jì)算雖然簡(jiǎn)單但實(shí)際山火紅外圖像的直方圖是離散的，往往十分粗糙、參差不齊，有可能形成多個(gè)谷底；Niblack閾值法是一種局部自適應(yīng)方法具有較好地抑制噪聲能力，但由于山火初期紅外熱點(diǎn)區(qū)域多為小目標(biāo)，該方法在山火提取過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大塊的非目標(biāo)山火區(qū)域。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)輸電線路山火監(jiān)測(cè)火點(diǎn)誤報(bào)、漏報(bào)問(wèn)題，提出一種基于雙閾值聚類分析的輸電線路山火區(qū)域辨識(shí)方法，能夠快速、準(zhǔn)確地提取出輸電線路熱紅外圖像中山火區(qū)域，為后續(xù)山火行為分析提供依據(jù)。一種基于雙閾值聚類分析的輸電線路山火區(qū)域辨識(shí)方法，包括以下幾個(gè)步驟：步驟(1)獲取輸電線路監(jiān)控?zé)峒t外圖像，利用中值濾波法對(duì)輸電線路監(jiān)控?zé)峒t外圖像進(jìn)行失真校正和噪聲抑制處理，并計(jì)算濾波圖像的灰度直方圖；步驟(2)基于氣象環(huán)境溫度數(shù)據(jù)和步驟(1)獲得的灰度直方圖確定背景區(qū)域和山火區(qū)域初始閾值，并對(duì)輸電線路是否發(fā)生山火進(jìn)行初判；步驟(3)分別以步驟(2)獲得的背景區(qū)域和山火區(qū)域初始閾值為聚類初始中心，利用聚類分析得到背景區(qū)域和山火區(qū)域聚類簇；步驟(4)基于Niblack算法和氣象環(huán)境濕度數(shù)據(jù)確定山火區(qū)域辨識(shí)閾值；步驟(5)結(jié)合步驟(2)的初判結(jié)果，并依據(jù)步驟(4)獲得的山火域辨識(shí)閾值對(duì)實(shí)時(shí)獲得的輸電線路監(jiān)控?zé)峒t外圖像對(duì)應(yīng)的灰度圖像進(jìn)行山火區(qū)域辨識(shí)。以待監(jiān)測(cè)的輸電線路山火區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)為依據(jù)，將輸電線路山火區(qū)域的溫度對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)作為背景區(qū)域閾值；以灰度直方圖中最大灰度峰值作為山火區(qū)域初始閾值；所述輸電線路山火區(qū)域的溫度對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)是指將輸電線路山火區(qū)域的溫度根據(jù)黑體溫度標(biāo)定后進(jìn)行擬合得到與輸電線路監(jiān)控?zé)峒t外圖像對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)；其中，輸電線路監(jiān)控?zé)峒t外圖像的灰度級(jí)范圍為0-255。所述步驟(2)中對(duì)輸電線路是否發(fā)生山火進(jìn)行初判是指滿足以下任意一個(gè)準(zhǔn)則時(shí)則標(biāo)記當(dāng)前圖像中無(wú)山火發(fā)生，否則，存在山火發(fā)生可能；(a)當(dāng)待監(jiān)測(cè)的輸電線路山火區(qū)域的濕度數(shù)據(jù)大于90％時(shí)，判定為下雨天，不考慮山火發(fā)生情形；(b)當(dāng)山火區(qū)域初始閾值對(duì)應(yīng)溫度小于山火可能發(fā)生的最低溫度T0時(shí)，不考慮山火發(fā)生情形。所述步驟(3)中利用聚類分析得到背景區(qū)域和山火區(qū)域聚類簇的具體過(guò)程如下：將背景區(qū)域閾值和山火區(qū)域初始閾值分別作為背景區(qū)域聚類和山火區(qū)域聚類初始中心，逐步通過(guò)計(jì)算各像素點(diǎn)與聚類中心的準(zhǔn)則函數(shù)E，將剩余的像素點(diǎn)分配至兩個(gè)聚類簇中，并更新聚類中心位置直到收斂；所述準(zhǔn)則函數(shù)計(jì)算方法為：E=Σ(x,y)∈C1|f(x,y)-T1|+Σ(x,y)∈C2|f(x,y)-T2|]]>其中，f(x,y)代表濾波圖像中對(duì)應(yīng)位置(x,y)處像素的灰度值，C1和C2表示選定的兩個(gè)聚類簇，T1和T2分別為更新后的背景區(qū)域和山火區(qū)域聚類中心值。所述山火區(qū)域辨識(shí)閾值T的計(jì)算公式如下：T＝α+λβ其中，α和β分別為相關(guān)系數(shù)為2的像素點(diǎn)灰度值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，λ為根據(jù)待監(jiān)測(cè)的輸電線山火區(qū)域濕度數(shù)據(jù)設(shè)定的常數(shù)。待監(jiān)測(cè)的輸電線山火區(qū)域的溫度和濕度均采用輸電線路桿塔現(xiàn)場(chǎng)采集裝置獲得。通過(guò)對(duì)近3年山火發(fā)生頻數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)濕度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，下表1給出了λ的參考取值。表1現(xiàn)場(chǎng)濕度<30％30％～50％50％～70％70％～80％>80％λ取值32345有益效果本發(fā)明提供了一種基于雙閾值聚類分析的輸電線路山火區(qū)域辨識(shí)方法，在提取和分析山火紅外熱成像圖像后，首先利用現(xiàn)場(chǎng)氣象環(huán)境因素確定圖像的背景區(qū)域閾值和山火區(qū)域初始閾值，然后利用聚類分析獲取背景區(qū)域和山火區(qū)域聚類中心，并對(duì)圖像進(jìn)行聚類，最后采用Niblack算法并結(jié)合輸電線路桿塔現(xiàn)場(chǎng)濕度數(shù)據(jù)對(duì)山火區(qū)域辨識(shí)閾值進(jìn)行修正，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，在滿足系統(tǒng)對(duì)圖像處理高效性的同時(shí)有效降低了使用單一溫度閾值帶來(lái)的火點(diǎn)漏判與誤判，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路山火準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。作為輸電線路山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輔助工具，該方法對(duì)于提高山火監(jiān)測(cè)精度、減少山火跳閘具有重要意義。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例輸電線路山火區(qū)域辨識(shí)流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明為一種氣象環(huán)境相關(guān)的輸電線路山火區(qū)域判識(shí)方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟是：步驟一：獲取輸電線路山火視頻監(jiān)控?zé)峒t外圖像，通過(guò)采樣獲取輸電線路山火視頻監(jiān)控?zé)峒t外圖像，并利用中值濾波法進(jìn)行失真校正和噪聲抑制，計(jì)算公式為：f(x,y)＝med{g(x-i,y-j),(i,j∈W)}其中g(shù)(x,y)和f(x,y)分別為原始圖像和處理后圖像對(duì)應(yīng)位置(x,y)處像素的灰度值，W為二維區(qū)域模塊，本實(shí)施例中取3*3區(qū)域。對(duì)于上述圖像，通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖像中各個(gè)灰度級(jí)的像素?cái)?shù)量，計(jì)算出輸入紅外圖像序列的灰度直方圖，計(jì)算公式為：P(rk)=nkN,k=1,2,...,255]]>其中rk表示圖像的第k個(gè)灰度級(jí)；nk表示灰度級(jí)為rk的像素總數(shù)；N為圖像總的像素?cái)?shù)；P(rk)為灰度級(jí)rk占總像素?cái)?shù)的頻率。步驟二：基于氣象環(huán)境因素確定圖像背景區(qū)域閾值和山火區(qū)域初始閾值。背景閾值的確定是以輸電線路山火監(jiān)測(cè)裝置自帶氣象傳感器得到的溫度數(shù)據(jù)為依據(jù)，將環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)作為背景區(qū)域閾值，同時(shí)取灰度直方圖中最大灰度峰值作為山火區(qū)域初始閾值?；谏鲜龇治鰧?duì)輸電線路是否發(fā)生山火進(jìn)行初判。當(dāng)滿足以下任意一個(gè)準(zhǔn)則時(shí)則標(biāo)記該圖像中無(wú)山火發(fā)生，計(jì)算結(jié)束。(a)當(dāng)輸電線路山火監(jiān)測(cè)裝置自帶氣象傳感器得到的濕度數(shù)據(jù)大于90％時(shí)，判定為下雨天，不考慮山火發(fā)生情形；(b)當(dāng)山火區(qū)域初始閾值對(duì)應(yīng)溫度小于山火可能發(fā)生的最低溫度T0時(shí)，不考慮山火發(fā)生情形。本實(shí)施例中現(xiàn)場(chǎng)得到的溫度數(shù)據(jù)為19.30℃，T0取80攝氏度。步驟三：將背景區(qū)域閾值和山火區(qū)域初始閾值對(duì)應(yīng)的灰度值分別作為背景區(qū)域聚類和山火區(qū)域聚類初始中心，逐步通過(guò)計(jì)算各像素點(diǎn)與聚類中心的準(zhǔn)則函數(shù)E，將剩余的像素點(diǎn)分配至兩個(gè)聚類簇中，并更新聚類中心位置直到收斂。所述準(zhǔn)則函數(shù)計(jì)算方法為：E=Σ(x,y)∈C1|f(x,y)-T1|+Σ(x,y)∈C2|f(x,y)-T2|]]>其中f(x,y)代表圖像中對(duì)應(yīng)位置(x,y)處像素的灰度值，C1和C2表示選定的兩個(gè)聚類簇，T1和T2分別為更新后的背景區(qū)域和山火區(qū)域聚類中心值。步驟四：針對(duì)山火區(qū)域聚類簇中的像素點(diǎn)采用Niblack算法確定山火區(qū)域辨識(shí)閾值T：T＝α+λβ其中α和β分別為相關(guān)系數(shù)為2的像素點(diǎn)灰度值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，λ為根據(jù)山火監(jiān)測(cè)裝置自帶氣象傳感器得到的濕度數(shù)據(jù)設(shè)定的常數(shù)。本實(shí)施例中現(xiàn)場(chǎng)得到的濕度數(shù)據(jù)為68.43％，λ取值為3。采用上述氣象環(huán)境相關(guān)的輸電線路山火煙霧判識(shí)方法對(duì)2016年清明節(jié)期間湖南省特高壓直流輸電線路±800KV賓金線山火進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)獲取的熱紅外圖像進(jìn)行分析，4月2日當(dāng)天準(zhǔn)確識(shí)別出賓金線1164#和賓金線1302#兩起山火，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)線路運(yùn)維人員驗(yàn)證，上述桿塔區(qū)域均發(fā)生山火。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3