基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，該方法包括：1）安裝兩個(gè)不同位置且呈一定角度的攝像機(jī)對(duì)待測(cè)導(dǎo)線進(jìn)行成像，得到待測(cè)導(dǎo)線邊界輪廓；2）采集在覆冰情況下所拍攝的待測(cè)導(dǎo)線的覆冰圖像；3）處理由兩個(gè)攝像機(jī)從不同角度獲取同一段線路的覆冰圖像，使覆冰線路上的同一點(diǎn)在兩幅圖像中的像點(diǎn)呈現(xiàn)不同的視覺(jué)位置，根據(jù)攝像機(jī)成像原理得到兩像點(diǎn)間的幾何關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)；4）通過(guò)獲得大量特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重建線路覆冰的三維模型；5）將線路覆冰的三維模型與待測(cè)導(dǎo)線邊界輪廓進(jìn)行比較，計(jì)算得到覆冰厚度。本發(fā)明提供了一種可對(duì)覆冰進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)覆冰在線監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]在輸變電系統(tǒng)中，輸電線路的覆冰現(xiàn)象十分普遍。覆冰可以引起導(dǎo)線舞動(dòng)、桿塔傾斜、倒桿(塔)、斷線及絕緣子閃絡(luò)等重大事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。開(kāi)展覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，并且根據(jù)檢測(cè)結(jié)果預(yù)測(cè)一定時(shí)間內(nèi)的覆冰厚度，會(huì)對(duì)提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行將有積極意義和實(shí)用價(jià)值。
[0003]目前，監(jiān)測(cè)輸電線路覆冰的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及覆冰的嚴(yán)重程度主要依靠以下的幾種方式:設(shè)立覆冰觀測(cè)站、模擬導(dǎo)線法、在線遙測(cè)法等。這些方式要么需要人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，要么計(jì)算不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可對(duì)覆冰進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:本發(fā)明提供了一種基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法，其特殊之處在于:所述基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟:
[0006]I)安裝兩個(gè)不同位置且呈一定角度的攝像機(jī)對(duì)待測(cè)導(dǎo)線進(jìn)行成像，得到待測(cè)導(dǎo)線邊界輪廓；所述兩個(gè)攝像機(jī)采用光軸上下平行且基線共線的位置進(jìn)行布置；
[0007]2)采集步驟I)中已經(jīng)建立好的兩個(gè)攝像機(jī)在覆冰情況下所拍攝的待測(cè)導(dǎo)線的覆冰圖像；
[0008]3)利用基于視差原理的雙目立體視覺(jué)方法處理步驟2)中由兩個(gè)攝像機(jī)從不同角度獲取同一段線路的覆冰圖像，使覆冰線路上的同一點(diǎn)在兩幅圖像中的像點(diǎn)呈現(xiàn)不同的視覺(jué)位置，根據(jù)攝像機(jī)成像原理得到兩像點(diǎn)間的幾何關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)；
[0009]4)通過(guò)獲得大量特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重建線路覆冰的三維模型；
[0010]5)將步驟4)中所得到的線路覆冰的三維模型與步驟I)中所得到的待測(cè)導(dǎo)線邊界輪廓進(jìn)行比較，計(jì)算得到覆冰厚度。
[0011]上述基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法在步驟5)之后還包括:
[0012]6)通過(guò)微氣象傳感器采集的覆冰氣象環(huán)境信息以及覆冰厚度計(jì)算給出預(yù)警信息；
[0013]7)對(duì)覆冰圖像進(jìn)行JPEG壓縮；
[0014]8)將經(jīng)過(guò)壓縮后的的覆冰圖像以及步驟6)所得到的預(yù)警信息通過(guò)無(wú)線傳輸單元把數(shù)據(jù)和圖像發(fā)送到監(jiān)控中心。
[0015]一種用于實(shí)現(xiàn)如上所述的基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特殊之處在于:所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括中央處理器、圖像采集單元以及電源；所述電源以及中央處理器分別與圖像采集單元相連。
[0016]上述圖像采集單元包括第一攝像機(jī)、第一解碼芯片、第二攝像機(jī)、第二解碼芯片以及快門；所述第一攝像機(jī)通過(guò)第一解碼芯片接入中央處理器；所述第二攝像機(jī)通過(guò)第二解碼芯片接入中央處理器；所述快門接入中央處理器；所述第一攝像機(jī)以及第二攝像機(jī)均是CCD攝像機(jī)。
[0017]上述第一攝像機(jī)與第二攝像機(jī)交叉設(shè)置在待測(cè)導(dǎo)線兩側(cè)。
[0018]上述第一攝像機(jī)與第二攝像機(jī)的光軸上下平行且基線共線。
[0019]上述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括微氣象信息采集單元以及A/D轉(zhuǎn)換器；所述微氣象信息采集單元通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器接入中央處理器。
[0020]上述微氣象信息采集單元是濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器以及雨量傳感器的一種或其組合。
[0021]上述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括與中央處理器相連的GPRS無(wú)線傳輸單元。
[0022]上述中央處理器是基于DSP芯片所形成的。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0024]本發(fā)明采用了光學(xué)成像結(jié)合圖像三維重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電導(dǎo)線覆冰的測(cè)量，其原理是通過(guò)兩個(gè)安裝不同位置，成一定角度的成像鏡頭對(duì)被測(cè)對(duì)象高壓電纜成像，兩臺(tái)攝像機(jī)采用光軸上下平行、基線共線的位置布置；控制系統(tǒng)采用DSP采集CCD攝像機(jī)拍攝的覆冰圖像，然后利用基于視差原理的雙目立體視覺(jué)方法，把由兩個(gè)攝像機(jī)從不同角度獲取同一段線路的覆冰圖像，使覆冰線路上的同一點(diǎn)在兩幅圖像中的像點(diǎn)呈現(xiàn)不同的視覺(jué)位置，再根據(jù)攝像機(jī)成像原理得到兩像點(diǎn)間的幾何關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)獲得大量特征點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)重建線路覆冰的三維模型，通過(guò)圖像處理技術(shù)，計(jì)算得到覆冰厚度。通過(guò)微氣象傳感器采集的覆冰氣象環(huán)境信息和覆冰厚度計(jì)算給出預(yù)警信息，同時(shí)對(duì)覆冰圖像進(jìn)行JPEG壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮的覆冰圖像、氣象參數(shù)以及覆冰厚度等信息通過(guò)無(wú)線傳輸單元把數(shù)據(jù)和圖像發(fā)送到監(jiān)控中心。本系統(tǒng)采用圖像監(jiān)測(cè)法，根據(jù)(XD(Charge Coupled Device:電荷耦合器件)圖像傳感器拍攝圖片，利用基于雙目立體視覺(jué)技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行三維重構(gòu)，該方法能夠直觀地給出覆冰厚度分布狀況且測(cè)量精度高利用圖像的邊緣特征來(lái)確定覆冰厚度。本發(fā)明所提供的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，具備預(yù)警提示功能，并且工作人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像對(duì)覆冰進(jìn)行監(jiān)控。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明所提供的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明所采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖3是本發(fā)明在三維重構(gòu)的覆冰厚度計(jì)算時(shí)的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1所示，本發(fā)明采用光學(xué)成像結(jié)合圖像三維重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電導(dǎo)線覆冰的測(cè)量，其基本原理是通過(guò)兩個(gè)安裝不同位置，成一定角度的成像鏡頭對(duì)被測(cè)對(duì)象高壓電纜成像，兩臺(tái)攝像機(jī)采用光軸上下平行、基線共線的位置布置，既容易得到垂直方向上的視差，又可簡(jiǎn)化后續(xù)處理；控制系統(tǒng)采用DSP采集CCD攝像機(jī)拍攝的覆冰圖像，然后利用基于視差原理的雙目立體視覺(jué)方法，把由兩個(gè)攝像機(jī)從不同角度獲取同一段線路的覆冰圖像，使覆冰線路上的同一點(diǎn)在兩幅圖像中的像點(diǎn)呈現(xiàn)不同的視覺(jué)位置，再根據(jù)攝像機(jī)成像原理得到兩像點(diǎn)間的幾何關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)獲得大量特征點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)重建線路覆冰的三維模型。然后通過(guò)圖像處理技術(shù)，計(jì)算得到覆冰厚度。通過(guò)微氣象傳感器采集的覆冰氣象環(huán)境信息和覆冰厚度計(jì)算給出預(yù)警信息，同時(shí)對(duì)覆冰圖像進(jìn)行JPEG壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮的覆冰圖像、氣象參數(shù)以及覆冰厚度等信息通過(guò)無(wú)線傳輸單元把數(shù)據(jù)和圖像發(fā)送到監(jiān)控中心。
[0029]從原理上講，本發(fā)明可劃分為以下幾個(gè)部分:電源、光源、成像單元、總控制系統(tǒng)單元、保溫單元。其中成像單元包括攝像頭、成像鏡頭、快門；其中快門可以提高成像的質(zhì)量，防止過(guò)多雜散光進(jìn)入視場(chǎng)，對(duì)于提升圖像質(zhì)量有較大影響。考慮到野外供電困難，電源采用太陽(yáng)能光伏與蓄電池結(jié)合供電。光源為被測(cè)設(shè)備照明使用，可使設(shè)備在夜間正常工作。保溫單元采用電熱絲進(jìn)行系統(tǒng)保溫，為保證系統(tǒng)個(gè)器件不受低溫影響正常工作?？偪刂葡到y(tǒng)單元采用DSP芯片完成對(duì)各個(gè)部件的控制。
[0030]參見(jiàn)圖2，根據(jù)如上原理，本發(fā)明提供了一種用于實(shí)現(xiàn)基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括中央處理器、圖像采集單元以及電源；電源以及中央處理器分別與圖像采集單元相連。
[0031]中央處理器(系統(tǒng)CPU)采用DSP芯片，控制著系統(tǒng)的工作進(jìn)程，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。CCD攝像頭獲取輸電線的覆冰圖像，經(jīng)過(guò)視頻解碼芯片進(jìn)行解碼，將解碼后的數(shù)字圖像信息送入DSP，在DSP中完成覆冰厚度計(jì)算，將覆冰厚度的計(jì)算結(jié)果通過(guò)無(wú)線傳輸單元發(fā)送到監(jiān)控中心，與此同時(shí)，將微氣象信息采集單元(濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器和/或雨量傳感器)獲取的濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等微氣象信息，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，也送到監(jiān)控中心，最終，由監(jiān)控中心對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)入存儲(chǔ)和管理，再做進(jìn)一步的決策。
[0032]圖3是基于三維重構(gòu)的覆冰厚度計(jì)算流程示意圖；首先對(duì)兩幅圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后將兩幅圖像進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，根據(jù)三維重建原理得到重建的圖像，與記錄的導(dǎo)線輪廓進(jìn)行比較，即可得到所需要的邊界輪廓。算法流程如下:對(duì)采集的覆冰圖像預(yù)處理，然后進(jìn)行圖像三維重構(gòu)，與標(biāo)定的導(dǎo)線圖像比較后，即可得到測(cè)量的覆冰厚度。
[0033]對(duì)于覆冰厚度預(yù)測(cè)，當(dāng)前導(dǎo)線覆冰預(yù)測(cè)模型種類繁多，并且都對(duì)覆冰增長(zhǎng)的模擬存在一定的理論誤差。綜合分析Makkonen模型考慮因素較多，實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證效果較好，因此，本系統(tǒng)米用Makkonen模型:
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟: 1)安裝兩個(gè)不同位置且呈一定角度的攝像機(jī)對(duì)待測(cè)導(dǎo)線進(jìn)行成像，得到待測(cè)導(dǎo)線邊界輪廓；所述兩個(gè)攝像機(jī)采用光軸上下平行且基線共線的位置進(jìn)行布置； 2)采集步驟I)中已經(jīng)建立好的兩個(gè)攝像機(jī)在覆冰情況下所拍攝的待測(cè)導(dǎo)線的覆冰圖像； 3)利用基于視差原理的雙目立體視覺(jué)方法處理步驟2)中由兩個(gè)攝像機(jī)從不同角度獲取同一段線路的覆冰圖像，使覆冰線路上的同一點(diǎn)在兩幅圖像中的像點(diǎn)呈現(xiàn)不同的視覺(jué)位置，根據(jù)攝像機(jī)成像原理得到兩像點(diǎn)間的幾何關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)； 4)通過(guò)獲得大量特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)重建線路覆冰的三維模型； 5)將步驟4)中所得到的線路覆冰的三維模型與步驟I)中所得到的待測(cè)導(dǎo)線邊界輪廓進(jìn)行比較，計(jì)算得到覆冰厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:所述基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法在步驟5)之后還包括: 6)通過(guò)微氣象傳感器采集的覆冰氣象環(huán)境信息以及覆冰厚度計(jì)算給出預(yù)警信息； 7)對(duì)覆冰圖像進(jìn)行JPEG壓縮； 8)將經(jīng)過(guò)壓縮后的的覆冰圖像以及步驟6)所得到的預(yù)警信息通過(guò)無(wú)線傳輸單元把數(shù)據(jù)和圖像發(fā)送到監(jiān)控中心。
3.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述的基于三維重構(gòu)的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括中央處理器、圖像采集單元以及電源；所述電源以及中央處理器分別與圖像采集單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像采集單元包括第一攝像機(jī)、第一解碼芯片、第二攝像機(jī)、第二解碼芯片以及快門；所述第一攝像機(jī)通過(guò)第一解碼芯片接入中央處理器；所述第二攝像機(jī)通過(guò)第二解碼芯片接入中央處理器；所述快門接入中央處理器；所述第一攝像機(jī)以及第二攝像機(jī)均是CCD攝像機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一攝像機(jī)與第二攝像機(jī)交叉設(shè)置在待測(cè)導(dǎo)線兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一攝像機(jī)與第二攝像機(jī)的光軸上下平行且基線共線。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括微氣象信息采集單元以及A/D轉(zhuǎn)換器；所述微氣象信息采集單元通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器接入中央處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述微氣象信息采集單元是濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器以及雨量傳感器的一種或其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括與中央處理器相連的GPRS無(wú)線傳輸單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述中央處理器是基于DSP芯片所形成的。
【文檔編號(hào)】H02J13/00GK103604419SQ201310597929
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】曹世康, 李東堅(jiān), 董曉娜, 王偉, 藺輝, 張偉剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所