輸電線路防外破檢測方法及裝置與流程

本發明涉及電力監測技術領域，特別涉及一種輸電線路防外破檢測方法及裝置。

背景技術：

近年來，隨著經濟的快速發展，城鄉基礎設施建設日益增多，導致線下違章植樹、建房、施工作業等引發的突發性和季節性架空輸電線路外力破壞時有發生，其中施工作業車輛、機械的移動性強、隨意性大，防范困難，外物入侵破壞已成為架空輸電線路安全穩定運行的最大威脅和隱患之一。

目前，對外物入侵檢測方法主要集中于視頻監控和視頻圖像處理。現有技術中提出“一種電纜防盜報警系統”，公開了一種電纜防盜報警系統，該系統包含：控制組件電路、主板組件電路。該系統采用定時器電路的定時功能用于判斷電纜斷纜的距離，對外部電纜進行監控。現有技術還提出“一種電力電纜防盜報警系統”，公開了一種電力電纜防盜報警系統，包括：防盜報警子系統、報警信號處理設備以及多個報警信號終端，報警信號終端安裝在與變電站連接的每根出線電纜上，可以實現電力電纜的防盜。現有技術還提出“智能防盜及防誤動聯動系統”，公開了一種智能防盜及防誤動聯動系統，其包括上位機、防誤鑰匙以及智能鎖具，提高了設備鎖具的防盜性并降低了誤開鎖的幾率，從而能夠保障配網設備的安全運行。

但是，上述現有技術并不能準確地對運動外物入侵目標進行檢測。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種輸電線路防外破檢測方法，以解決現有技術中不能準確地對運動外物入侵目標進行檢測的技術問題。該方法包括：在與輸電線路相對固定的位置上，采集輸電線路圖像；對所述輸電線路圖像進行預處理，對預處理后的圖像進行二值化處理，分割出外物入侵目標；在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程，根據各 粒子的狀態轉移方程檢測所述外物入侵目標的位置。

在一個實施例中，對所述輸電線路圖像進行預處理，包括：采用中值濾波方法對所述輸電線路圖像去噪聲；對去噪聲后的輸電線路圖像，采用線性二次微分子算法進行邊緣檢測。

在一個實施例中，對預處理后的圖像進行二值化處理，分割出外物入侵目標，包括：對預處理后的圖像的前景圖像和背景圖像進行差運算得到差分圖像；對差分圖像進行二值化處理，在二值化圖像中分割出所述外物入侵目標。

在一個實施例中，在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程為：

其中，v為粒子的速度，ω為慣性權重，η為加速常數，rand()為取0-1之間的隨機數，pdg為全局最優解，s為外物入侵目標的位置，t為當前時刻，t-1為前一時刻，i為任意一個粒子。

在一個實施例中，根據各粒子的狀態轉移方程檢測所述外物入侵目標的位置，包括：求前一時刻各粒子的狀態轉移方程的目標解，將所有粒子的狀態轉移方程的目標解中的最優解確定為所述外物入侵目標的當前位置。

本發明實施例還提供了一種輸電線路防外破檢測裝置，以解決現有技術中不能準確地對運動外物入侵目標進行檢測的技術問題。該裝置包括：圖像采集模塊，安裝在塔上，用于在與輸電線路相對固定的位置上，采集輸電線路圖像，將所述輸電線路圖像傳送給圖像處理模塊；所述圖像處理模塊，用于對所述輸電線路圖像進行預處理，對預處理后的圖像進行二值化處理，分割出外物入侵目標；目標檢測模塊，用于在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程，根據各粒子的狀態轉移方程檢測所述外物入侵目標的位置。

在一個實施例中，所述圖像處理模塊，包括：濾波單元，用于采用中值濾波方法對所述輸電線路圖像去噪聲；邊緣檢測單元，用于對去噪聲后的輸電線路圖像，采用線性二次微分子算法進行邊緣檢測。

在一個實施例中，所述圖像處理模塊，還包括：差分單元，用于對預處理后的圖 像的前景圖像和背景圖像進行差運算得到差分圖像；二值化處理單元，用于對差分圖像進行二值化處理，在二值化圖像中分割出所述外物入侵目標。

在一個實施例中，所述目標檢測模塊在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程為：

其中，v為粒子的速度，ω為慣性權重，η為加速常數，rand()為取0-1之間的隨機數，pdg為全局最優解，s為外物入侵目標的位置，t為當前時刻，t-1為前一時刻，i為任意一個粒子。

在一個實施例中，所述目標檢測模塊，具體用于求前一時刻各粒子的狀態轉移方程的目標解，將所有粒子的狀態轉移方程的目標解中的最優解確定為所述外物入侵目標的當前位置。

在本發明實施例中，通過在與輸電線路相對固定的位置上，采集輸電線路圖像，使得可以有利于檢測并跟蹤運動外物入侵目標，然后對輸電線路圖像進行預處理、二值化處理，分割出外物入侵目標，并在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程，進而根據各粒子的狀態轉移方程檢測外物入侵目標的位置，使得可以準確檢測到外物入侵目標，有效跟蹤輸電線路周界入侵的目標，提高了目標跟蹤精度，降低了誤報率。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明的限定。在附圖中：

圖1是本發明實施例提供的一種輸電線路防外破檢測方法的流程圖；

圖2是本發明實施例提供的一種具體的輸電線路防外破檢測方法的流程圖；

圖3是本發明實施例提供的一種輸電線路防外破檢測裝置的結構框圖；

圖4是本發明實施例提供的一種具體的輸電線路防外破檢測裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施方式和附圖， 對本發明做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。

在本發明實施例中，提供了一種輸電線路防外破檢測方法，如圖1所示，該方法包括：

步驟101：在與輸電線路相對固定的位置上，采集輸電線路圖像；

步驟102：對所述輸電線路圖像進行預處理，對預處理后的圖像進行二值化處理，分割出外物入侵目標；

步驟103：在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程，根據各粒子的狀態轉移方程檢測所述外物入侵目標的位置。

由圖1所示的流程可知，在本發明實施例中，通過在與輸電線路相對固定的位置上，采集輸電線路圖像，使得可以有利于檢測并跟蹤運動外物入侵目標，然后對輸電線路圖像進行預處理、二值化處理，分割出外物入侵目標，并在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程，進而根據各粒子的狀態轉移方程檢測外物入侵目標的位置，使得可以準確檢測到外物入侵目標，有效跟蹤輸電線路周界入侵的目標，提高了目標跟蹤精度，降低了誤報率。

具體實施時，可以將圖像采集設備安裝在塔上，以確保在與輸電線路相對固定的位置上，采集輸電線路圖像，例如，圖像采集設備可以是攝像頭，攝像頭將采集的輸電線路圖像傳輸給視頻服務器，視頻服務器主要是將攝像頭采集到的輸電線路圖像編碼轉換為數字信息，先進行本地存儲，再轉換成IP數據包，通過網絡傳輸單元傳送給監控中心或圖像處理模塊進行圖像處理。具體的，網絡傳輸單元可以是GPRS無線傳輸模塊、CDMA無線傳輸模塊或2.4GHz無線傳輸模塊。

具體實施時，為了檢測的準確性，在本實施例中，對所述輸電線路圖像進行預處理，包括：采用中值濾波方法對所述輸電線路圖像去噪聲；對去噪聲后的輸電線路圖像，采用線性二次微分子算法進行邊緣檢測。具體的，圖像平滑常用的方法是均值濾波和中值濾波。均值濾波采用一個奇數點的窗口在圖像上滑動，窗口中心點所對應的像素灰度值用窗口內所有像素的平均值替代。但發明人發現均值濾波雖然降低了圖像噪聲，但圖像的邊緣和細節也變模糊了。中值濾波也是采用一個奇數點的窗口在圖像 上滑動，窗口中心點所對應的像素灰度值用窗口內所有像素的中間值替代。但發明人發現中值濾波不但降低了圖像噪聲，而且保留了圖像的邊緣和細節，因此，本發明采用中值濾波對輸電線路圖像進行去噪聲。去噪后，采用Laplacian算子模板進行邊緣檢測。二維微分算子零交叉點圖像中的邊緣比較細，具有抑制噪聲的能力和反干擾性能，Laplacian算子是線性二次微分算子，具有旋轉不變性，能夠滿足不同走向的圖像邊界的銳化要求，可以確定一個像素是在邊緣暗的一邊還是亮的一邊，因此，本申請采用Laplacian算子模板進行邊緣檢測，Laplacian算子模板為{-2，-4，-4，-4，-2；-4，0，8，0，-4；-4，8，24，8，-4；-4，0，8，0，-4；-2，-4，-4，-4，-2}。

具體實施時，為了準確地分割出外物入侵目標，在本實施例中，對預處理后的圖像進行二值化處理，分割出外物入侵目標，包括：對預處理后的圖像的前景圖像和背景圖像進行差運算得到差分圖像；對差分圖像進行二值化處理，在二值化圖像中分割出所述外物入侵目標。具體的，例如，可以采用背景差分法根據公式(1)對前景圖像與背景圖像進行差運算得到差分圖像，并根據公式(2)對差分圖像進行二值化，從而分割出闖入運動目標(即外物入侵目標)：

d＝|I_L(x，y，i)-B_L(x，y)| (1)

其中，ID_L是背景幀差圖，B_L是背景圖像，I_L(x，y，i)表示當前圖像幀數為i，d是差分圖像，T為閾值。

具體實施時，在二值化圖像中分割出外物入侵目標后，通過以下方法有效、準確地跟蹤外物入侵目標，在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程，例如，各粒子的狀態轉移方程為：

其中，v為粒子的速度，ω為慣性權重，η為加速常數，通常取值為2，rand()為取0-1之間的隨機數，pdg為全局最優解，s為外物入侵目標的位置，t為當前時刻，t-1為前一時刻，i為任意一個粒子。

；然后，求前一時刻各粒子的狀態轉移方程的目標解，將所有粒子的狀態轉移方程的目標解中的最優解確定為所述外物入侵目標的當前位置。具體的，現有的核粒子濾波算法是通過調用核函數去生成一個連續的后驗密度函數估計并基于核密度估計產生的梯度來分配粒子，采用核密度估計近似后驗概率密度，然后利用均值轉移算法估計后驗密度梯度，將粒子沿著梯度方向移動到后驗密度模式處。在本申請中，對核粒子濾波算法進行了改進，由于在核粒子濾波算法中每一次狀態估計面臨的目標解是不同的，本發明提出改進的核粒子濾波算法，即在核粒子狀態轉移方程中采用粒子群的速度-位移模型，保留種群前一時刻的全局最優解。粒子群中的粒子不考慮其自身最佳經歷和群體最佳經歷，而只考慮前一時刻的全局最優解；由于上一時刻的目標解對當前時刻目標的影響最大，在此取上一時刻的目標解代表粒子集中全局最優解，使得粒子集在權值更新前更趨向于高似然區域，遠離真實狀態的粒子更加趨向于真實狀態出現概率較大的區域，提高了每個粒子的作用效果，對粒子發散問題有所改善，提高了跟蹤精度。

以下結合具體示例來詳細說明上述輸電線路防外破檢測方法，如圖2所示，該方法包括：獲取背景圖像后，采集輸電線路圖像，并對輸電線路圖像進行預處理(例如，預處理包括中值濾波去噪聲、采用Laplacian算子模板進行邊緣檢測等)，然后，在預處理后的圖像中進行目標檢測，例如，對預處理后的圖像的前景圖像和背景圖像進行差運算得到差分圖像，對差分圖像進行二值化處理，在二值化圖像中分割出外物入侵目標；分割出外物入侵目標后，采用本申請改進后的核粒子濾波算法跟蹤外物入侵目標，判斷外物入侵目標是否是長時間停留，若是，則可以發出告警，若否，則可以繼續采集輸電線路圖像。

基于同一發明構思，本發明實施例中還提供了一種輸電線路防外破檢測裝置，如下面的實施例所述。由于輸電線路防外破檢測裝置解決問題的原理與輸電線路防外破檢測方法相似，因此輸電線路防外破檢測裝置的實施可以參見輸電線路防外破檢測方法的實施，重復之處不再贅述。以下所使用的，術語“單元”或者“模塊”可以實現預定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實施例所描述的裝置較佳地以軟件來實現，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現也是可能并被構想的。

圖3是本發明實施例的輸電線路防外破檢測裝置的一種結構框圖，如圖3所示，包括：圖像采集模塊301、圖像處理模塊302以及目標檢測模塊303，下面對該結構 進行說明。

圖像采集模塊301，安裝在塔上，用于在與輸電線路相對固定的位置上，采集輸電線路圖像，將所述輸電線路圖像傳送給圖像處理模塊；

所述圖像處理模塊302，與圖像采集模塊301連接，用于對所述輸電線路圖像進行預處理，對預處理后的圖像進行二值化處理，分割出外物入侵目標；

目標檢測模塊303，與圖像處理模塊302連接，用于在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程，根據各粒子的狀態轉移方程檢測所述外物入侵目標的位置。

具體實施時，上述圖像采集模塊301還可以包括電源、網絡傳輸單元、中央控制管理單元以及視頻編碼單元。其中，電源由太陽能極板和蓄電池組成，太陽能極板將采集到的太陽能轉換為電能，輸出給蓄電池儲存；蓄電池根據系統需要將電能供給各個單元電路。圖像采集模塊可以是攝像頭，攝像頭將采集的輸電線路圖像傳輸給視頻編碼單元，視頻編碼單元(例如，該視頻編碼單元可以是視頻服務器)主要功能是將攝像頭采集到的視頻信息編碼轉換為數字信息，先進行本地存儲，再轉換成IP數據包通過網絡傳輸單元傳送給監控中心或圖像處理模塊302。

具體實施時，上述輸電線路防外破檢測裝置可以采用如圖4所示的結構，圖像采集模塊的功能由攝像裝置完成，圖像處理模塊和目標檢測模塊的功能由入侵檢測模塊完成。

在一個實施例中，所述圖像處理模塊302，包括：濾波單元，用于采用中值濾波方法對所述輸電線路圖像去噪聲；邊緣檢測單元，用于對去噪聲后的輸電線路圖像，采用線性二次微分子算法進行邊緣檢測。

在一個實施例中，所述圖像處理模塊302，還包括：差分單元，用于對預處理后的圖像的前景圖像和背景圖像進行差運算得到差分圖像；二值化處理單元，用于對差分圖像進行二值化處理，在二值化圖像中分割出所述外物入侵目標。

在一個實施例中，所述目標檢測模塊303在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程為：

其中，v為粒子的速度，ω為慣性權重，η為加速常數，通常取值為2，rand()為取0-1之間的隨機數，pdg為全局最優解，s為外物入侵目標的位置，t為當前時刻，t-1為前一時刻，i為任意一個粒子。

在一個實施例中，所述目標檢測模塊303，具體用于求前一時刻各粒子的狀態轉移方程的目標解，將所有粒子的狀態轉移方程的目標解中的最優解確定為所述外物入侵目標的當前位置。

在本發明實施例中，通過在與輸電線路相對固定的位置上，采集輸電線路圖像，使得可以有利于檢測并跟蹤運動外物入侵目標，然后對輸電線路圖像進行預處理、二值化處理，分割出外物入侵目標，并在二值化后的圖像中以所述外物入侵目標為中心的預設范圍內，采用粒子群的速度和位移模型建立各粒子的狀態轉移方程，進而根據各粒子的狀態轉移方程檢測外物入侵目標的位置，使得可以準確檢測到外物入侵目標，有效跟蹤輸電線路周界入侵的目標，提高了目標跟蹤精度，降低了誤報率。

顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明實施例的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明實施例不限制于任何特定的硬件和軟件結合。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明實施例可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。