專利名稱：一種基于視頻差異分析的輸電導線風偏測量方法
技術領域：
本發明屬于數字視頻圖像處理及輸電線路在線監測技術領域，涉及一種輸電線路導線風偏測量方法，具體涉及一種基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法。
背景技術：
近年來，輸電線路風偏閃絡事故頻繁發生，對電網的安全運行造成了嚴重威脅。風偏閃絡事故一旦發生會導致輸送電能損失和風偏跳閘等故障。由于風的連續性，風偏閃絡跳閘后一般不能成功重合閘，從而導致了線路的停運。隨著我國特高壓電網的建設，將有越來越多的直流士SOOkV及交流IOOOkV級以上的輸電線路投入建設及使用。根據國家電網規劃研究，2020年為滿足“全國聯網、西電東送、南北互供”的需要，將構建由百萬伏級特高壓電網組成的全國主干網架。輸電線路抗風偏性能高低是關系到其能否安全穩定運行的主要因素，因此實時獲取輸電線路在大風下的風偏狀況并進行準確計算是十分必要的。長期以來，國內高壓架空輸電線路的設計中，在計算懸垂絕緣子串的風偏時，通常將絕緣子串簡化為剛性直桿，或按弦多邊形方法，用靜力學方法計算懸垂絕緣子串在設計平均風速作用下的風偏角。而且在工程實際中，只有當懸垂絕緣子串較重且需要嚴格檢查大風下最上端絕緣子是否碰及橫擔或下端帶電部件對橫擔的間隙時才采用弦多邊形方法， 一般情況下都將絕緣子串簡化為剛性桿近似地計算懸垂絕緣子串的風偏角。最近幾年， 國內外不少專家學者都對輸電導線風偏進行了專門的分析和試驗研究，研究內容主要集中在風壓不均勻系數；在沖擊電壓下風偏角與閃絡電壓之間的關系。通過分析，當前這種輸電線絕緣子風偏角計算存在以下問題準確度低，需要進行復雜的力學分析，而且計算方法復雜，計算過程中的風壓、風載荷調整系數等參數不容易得到。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，解決了現有輸電線絕緣子風偏角計算準確度低，需要進行復雜的力學分析，計算方法復雜，計算過程中的風壓、風載荷調整系數不容易得到的問題。本發明所采用的技術方案是，一種基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法， 具體按照以下步驟實施步驟1 輸電導線圖像采集通過安裝在桿塔上的工業攝像機采集輸電線路的視頻和圖像，將采集到的視頻和圖像數據傳送至監控中心；監控中心從視頻和圖像數據中截取待測的輸電線路絕緣子圖像；步驟2 監控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進行處理，得到待測輸電線路導線的風偏角。其中步驟2監控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進行處理，得到待測輸電線路導線的風偏角，具體按照以下步驟實施a.對步驟1得到的絕緣子圖像進行去噪；
b.對步驟a得到的去噪后的圖像進行邊緣增強；c.對步驟b得到的邊緣增強后的圖像進行分割；d.對步驟c得到的分割后的圖像進行膨脹運算和腐蝕運算；e.對步驟d得到的膨脹運算和腐蝕運算后的圖像數據進行開運算和閉運算，得到圖像外輪廓；f.根據步驟e得到的圖像外輪廓，分別計算絕緣子上端交點的平均值和下端交點的平均值，在得到的兩個平均值坐標點之間確定一條直線，計算該直線與水平軸的夾角，再用90°減去夾角的角度，得到待測輸電線路導線的風偏角。其中步驟a對絕緣子圖像進行去噪，采用窗口大小固定不變但其形狀可改變的時頻局部化分析方法，將高頻子塊置為零，并對次低、高頻子塊進行抑制。其中步驟b對去噪后的圖像進行邊緣增強，具體按照以下步驟實施以待增強圖像的任意像素點(i，j)為中心，截取一個3X3的像素窗口分別計算窗口中心像素在X，y方向上的梯度Sx = [f(i-l, j+l)+2f(i, j+l)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i，j-l)+f(i+l, j-1)]，Sy = [f(i+l, j-l)+2f(i+l, j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i_l，j)+f(i_l， j+1)]，上式中，f(i_l，j)表示圖像在像素點(i_l，j)處的灰度值，民和Sy分別表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值；增強后圖像在(i，j)處的灰度值為f(x,y) = ^Sx2+Sy2 o其中步驟C對邊緣增強后的圖像進行分割，采用基于閾值選取的圖像分割方法， 把圖像視為具有不同灰度級的區域的組合，通過選取合適的閾值，將桿塔、絕緣子和導線區域從它們的背景中分離出來。其中步驟d對分割后的圖像進行膨脹運算和腐蝕運算，膨脹運算的計算方法是
A B = [z\{E)zl」#0[，式中，A是輸入圖像，B是膨脹的結構元素；腐蝕運算的計算方法是A B = {z\B + z<^A),式中，A是輸入圖像，B是腐蝕的結構元素。其中步驟e對膨脹運算和腐蝕運算后的圖像數據進行開運算和閉運算， 得到圖像外輪廓，開運算的計算方法是對圖像先進行腐蝕運算再進行膨脹運算， 」06 = (^^)Θ6，閉運算的計算方法是對圖像先進行膨脹運算再進行腐蝕運算， Αφ = (Α Β)ΘΒ。本發明的有益效果是，用到的設備較少，結構簡單、成本低廉，不需要建立精確的數學模型，只需通過圖像處理以及簡單的計算來獲取絕緣子的傾斜角，實施非常簡便。
圖1是本發明基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法一種實施例的流程圖；圖2是本發明測量方法一種實施例中現場采集到的原圖；圖3是本發明測量方法一種實施例中圖像邊緣增強后的圖；圖4是本發明測量方法一種實施例中圖像分割結果圖；圖5是本發明測量方法一種實施例中第一次膨脹腐蝕運算結果圖；圖6是本發明測量方法一種實施例中第二次膨脹腐蝕運算結果圖；圖7是本發明測量方法一種實施例中開運算和閉運算結果圖；圖8是本發明測量方法一種實施例中外輪廓的交點圖；圖9是本發明測量方法一種實施例中外輪廓交點在原圖中的顯示圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法的一種實施例，如圖1所示， 具體按照以下步驟實施步驟1 輸電導線圖像采集，通過安裝在桿塔上的工業攝像機采集輸電線路的視頻和圖像，將數據實時傳送至監控中心；監控中心從視頻流中截取待測量的輸電線路數字圖像，得到絕緣子圖像；步驟2 監控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進行處理，得到輸電線路導線的風偏角，具體按照以下步驟實施a.圖像去噪；在輸電導線圖像采集過程中，引起噪聲的原因很多，如敏感元件的內部噪聲、熱噪聲、高壓環境的電磁噪聲、傳輸信道的干擾噪聲以及量化噪聲等。這些噪聲惡化了圖像質量，使圖像模糊，甚至淹沒特征，給圖像分析帶來困難。圖像去噪的目的就是為了減少和消除輸電導線圖像中的噪聲，以改善圖像質量，有利于抽取對象特征進行分析。經典的去噪技術對噪聲使用局部算子，當對某一個像素進行去噪處理時，僅對它的局部小鄰域內的一些像素進行處理，其優點是計算效率高，而且可以多個像素并行處理。本發明采用的就是一種窗口大小固定不變但其形狀可改變的時頻局部化分析方法。由于噪聲大多分布在高頻區域，圖像通過小波變換后，噪聲信息大多集中在次低頻、次高頻及高頻子塊中，高頻子塊幾乎是以噪聲信息為主。因此，將高頻子塊置為零，并對次低、 高頻子塊進行一定的抑制，達到了去噪的目的。b.圖像邊緣增強；在輸電導線圖像攝取、傳輸及處理過程中有許多因素會使圖像變得模糊。圖像模糊是常見的圖像降質問題。大量的研究表明，圖像模糊的實質是圖像受到了求和、平均或積分運算。所以，可以不必深究圖像模糊降質的物理過程及其數學模型，而根據圖像模糊都有相加或積分運算這一共同點，運用相反的運算來減弱和消除模糊。本發明中圖像邊緣增強的基本思想是以待增強圖像的任意像素點(i，j)為中心，截取一個3X3的像素窗口分別計算窗口中心像素在x，y方向上的梯度Sx = [f (i-Ι，j+1) +2f (i，j+1) +f (i+1，j+1) ] - [f (i_l，j_l) +2f (i，j_l) +f (i+1，j_l) ] (1)
Sy = [f(i+l, j-l)+2f(i+l, j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i_l，j)+f(i_l， j+1)] (2)上式中，f(i_l，j)表示圖像在像素點(i_l，j)處的灰度值，民和Sy分別表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值。增強后圖像在(i，j)處的灰度值為
權利要求
1. 一種基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施步驟1 輸電導線圖像采集通過安裝在桿塔上的工業攝像機采集輸電線路的視頻和圖像，將采集到的視頻和圖像數據傳送至監控中心；監控中心從視頻和圖像數據中截取待測的輸電線路絕緣子圖像；步驟2 監控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進行處理，得到待測輸電線路導線的風偏
2.根據權利要求1所述的基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟2監控中心對步驟1得到的絕緣子圖像進行處理，得到待測輸電線路導線的風偏角，具體按照以下步驟實施a.對步驟1得到的絕緣子圖像進行去噪；b.對步驟a得到的去噪后的圖像進行邊緣增強；c.對步驟b得到的邊緣增強后的圖像進行分割；d.對步驟C得到的分割后的圖像進行膨脹運算和腐蝕運算；e.對步驟d得到的膨脹運算和腐蝕運算后的圖像數據進行開運算和閉運算，得到圖像外輪廓；f.根據步驟e得到的圖像外輪廓，分別計算絕緣子上端交點的平均值和下端交點的平均值，在得到的兩個平均值坐標點之間確定一條直線，計算該直線與水平軸的夾角，再用 90°減去夾角的角度，得到待測輸電線路導線的風偏角。
3.根據權利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟a對絕緣子圖像進行去噪，采用窗口大小固定不變但其形狀可改變的時頻局部化分析方法，將高頻子塊置為零，并對次低、高頻子塊進行抑制。
4.根據權利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟b對去噪后的圖像進行邊緣增強，具體按照以下步驟實施以待增強圖像的任意像素點(i，j)為中心，截取一個3X3的像素窗口分別計算窗口中心像素在x，y方向上的梯度Sx = [f(i-l, j+l)+2f(i, j+l)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j-l)+2f(i, j-l)+f(i+l, j_l)]，Sy = [f(i+l, j-l)+2f (i+1，j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j-l)+2f(i"l, j)+f(i-l, j+1)]，上式中，f(i-l，j)表示圖像在像素點(i-1，j)處的灰度值，民和Sy分別表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值；增強后圖像在(i，j)處的灰度值為f(x,y) = ^ISx2+Sy2。
5.根據權利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟c對邊緣增強后的圖像進行分割，采用基于閾值選取的圖像分割方法，把圖像視為具有不同灰度級的區域的組合，通過選取合適的閾值，將桿塔、絕緣子和導線區域從它們的背景中分離出來。
6.根據權利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟d對分割后的圖像進行膨脹運算和腐蝕運算，膨脹運算的計算方法是
7.根據權利要求2所述的基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，其特征在于， 所述的步驟e對膨脹運算和腐蝕運算后的圖像數據進行開運算和閉運算，得到圖像外輪廓，開運算的計算方法是對圖像先進行腐蝕運算再進行膨脹運算
全文摘要
本發明公開了一種基于視頻差異分析的輸電導線風偏測量方法，通過對攝像機在線采集的輸電線路導線視頻和圖像進行處理，得到目標圖像的平滑外輪廓，通過求取外輪廓的交點，得到偏移的絕緣子上下兩端的位置坐標，計算出風偏角。本發明基于視頻差異的輸電線路導線風偏測量方法，為輸電線路的風偏監測提供一種新的手段，并可節省大量的人力資源成本，提高在線監測系統的利用效率，對保證電力系統的安全運行有著非常重要現實的意義。
文檔編號G01C9/00GK102183239SQ201110053898
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月8日 優先權日2011年3月8日
發明者張曉霞, 李文靜, 陶保震, 黃新波 申請人:西安工程大學