输电线路弧垂智能图像在线监测系统的制作方法

本发明提出了一种输电线路弧垂智能图像在线监测系统，属于智能电网领域。

背景技术：

输电线路弧垂作为输电线路设计与运行的主要指标，关系到输电线路的正常运行，弧垂过大不仅会使线路运行出现安全隐患，还会降低线路的输电能力，因此需要对弧垂进行实时准确的监测，以确保线路运行的安全。

目前在电力系统中，受测量方法的限制，常使用人工测量和在输电线路上设置传感器的方式对输电线路弧垂异常来进行检测。但由于输电线路所处地理环境复杂，终年暴露于野外，人工测量和在输电线路上设置传感器的方式成本高，智能化程度低，受天气影响严重，无法满足智能电网发展和管理的需求。

温度变化对输电线路的弧垂影响很大，温度升高时导线膨胀，弧垂变大，导线的对地距离变小，当导线的对地距离小于安全距离时，输电线路运行出现安全隐患，因此输电线路运行环境历史温度变化对输电线路弧垂测量非常重要。但是在现行输电线路弧垂检测中，缺乏温度因素对弧垂检测影响的评判，无法满足电网对输电线路弧垂测量以及预警和报警的需求。

近年来，也有采用视频和图像的方式对输电线路弧垂进行监测的技术，中国专利“一种基于图像处理的输电线路导线弧垂的测量方法”（申请号：201110166098.4）仅提出对采集到的输电线路图像信息进行处理，经计算得到弧垂，没有进行拍摄角度矫正、标尺的标定、以及预警和报警的判断等；尤其是缺少根据水平和垂直方向信息对采集的视频或图像信息进行有效矫正的过程，会使采集视频或图像时的角度误差影响难以消除，降低弧垂监测的准确性。

综上所述，现有主要的输电线路弧垂检测方式成本高、安装维护不便、耗时费力、智能化程度低，视频图像方法不对视频或图像信息进行矫正，精度低，同时未考虑环境因素和载流量的影响，存在诸多缺陷，无法满足现代智能电网技术发展的要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提出了输电线路弧垂智能图像在线监测系统，降低了输电线路弧垂监测的成本和劳动强度，具有结构简单、安装维护方便等优点，测量时进行了视频图像矫正，有效提高了精度，并在考虑环境温度和载流量的前提下对弧垂进行监测评估，大大提高了预警和报警的准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的输电线路弧垂智能图像在线监测系统，包括视频图像采集模块（1）、水平垂直方向测量传感器（2）、数据分析处理模块（3）。视频图像采集模块（1）采集输电线路视频或图像信息，送往数据分析处理模块（3），数据分析处理模块（3）进行视频图像的分析处理，消除环境因素影响，提取并形成输电线路的几何信息，并确定连接两侧杆塔的端点数据。数据分析处理模块（3）提取并形成的输电线路的几何信息包括输电线路输电线轮廓，以及两侧杆塔外轮廓，用于后续输电线路端点坐标以及弧垂大小计算。

水平垂直方向测量传感器（2）采集水平或垂直信息，送往数据分析处理模块（3），数据分析处理模块（3）计算出垂直方向和水平方向，与提取出的输电线路的信息进行合并，修正上述提取出的输电线路的几何信息和连接两侧杆塔的端点数据，据此在图像中寻找到输电线路真正的最低点，并计算出输电线路的最低点弧垂大小。

计算输电线路弧垂大小时，系统采用输电线路两端杆塔之间的实际档距作为标尺，并根据输电线路与杆塔档距在图像中的比例关系，计算输电线路弧垂的实际尺寸。档距可以通过实地测量或者由线路参数直接获得，并且档距在图像或视频信息中易于测量，作为标尺可以提高弧垂实际尺寸的测量精度。

为了对输电线路的弧垂情况进行实时监测和评估，所述的系统还包括环境温度测量模块（4），采集环境温度信息，送往数据分析处理模块（3），数据分析处理模块（3）利用环境温度和输电线路本身参数，计算出该环境温度下的正常弧垂大小，并与上述通过视频图像计算出的弧垂大小进行比较，得到弧垂差，当该弧垂差超过设定限值，或者一段时间段的弧垂差呈现逐渐增大或突然增大趋势时，进行预警和报警。

所述的设定限值大小可以根据现场能够提供的条件采用2种不同的方式确定，而且不论采用哪种方式计算，由于引入了环境温度变量，该设定值大小都是实时变化的，从而使得弧垂的预警和报警能够更好适应现场条件变化。

方式1：根据计算出该线路在载流量为0和额定值时，在当前环境温度下线路发热导致的弧垂波动范围来确定的。

方式2：根据当前输电线路的实际载流量，计算出在该载流量和当前环境温度下线路发热导致的弧垂来确定的。系统通过增加传感器来测量当前输电线路的实际载流量，或者直接从电网实时运行数据中获取，得到的输电线路的实际载流量要有一定的裕度系数，以防止输电线路运行波动造成的错误报警。

水平垂直方向测量传感器（2）采用重力加速度传感器、陀螺仪或水平仪，实时测量输电线路垂直方向或水平方向信息。当水平垂直方向测量传感器（2）采集的是水平信息时，可以在图像中计算出垂直信息，当水平垂直方向测量传感器（2）采集的是垂直信息时，可以在图像中计算出水平信息。

所述系统可以设计为便携式结构（7），由运行人员随身携带，现场采集输电线路弧垂信息，将弧垂数据和预警报警信息发送给中心服务器（6）。由于系统可以对采集的图像或视频信息进行角度矫正，设计为便携式结构不会受现场采集时拍摄角度的影响，具有很高的准确性和稳定性，并且扩大了系统的适用范围。便携式结构可以设计为专用的便携式手持机，甚至是带有重力加速度传感器的智能手机，以方便运行人员随身携带。

系统设计为固定式结构（8），在现场长期固定安装，包括通讯模块（5），将弧垂数据和预警报警信息发送给运行人员或中心服务器（6）。有些输电线路所处地形复杂，人员不易到达，采用固定式结构安装，可以降低运行人员巡检的风险和成本，扩大系统的适用范围。

与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

采用智能视频图像识别技术结合水平垂直方向测量传感器进行视频图像矫正，实现了输电线路弧垂实时在线监测，同时降低了拍摄角度对输电线路弧垂监测计算精度的影响，具有智能化程度高、操作简单、成本低廉、安装维护方便等优点。

结合输电线路弧垂数据、环境温度数据、线路载流量和线路参数，评判环境温度对输电线路弧垂变化的影响，同时消除环境温度对监测结果的影响，实现了输电线路弧垂的在线评估和预警，且大大提高了输电线路弧垂预警和报警的准确性。

本系统可以采用固定式结构，在现场长期固定安装，也可以设计为便携式结构，由运行人员随身携带；智能化程度高、实时性强、操作简单、成本低廉、安装维护方便，降低运行人员巡检的风险、扩大了系统的适用范围，具有很高的准确性和稳定性。

附图说明

图1：系统结构示意图。

图2：固定式结构示意图。

图3：便携式结构示意图。

图中：1—视频图像采集模块、2—水平垂直方向测量传感器、3—数据分析处理模块、4—环境温度测量模块、5—通讯模块、6—中心服务器、7—便携式结构、8—固定式结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

如图1和图2，系统包括视频图像采集模块（1）、水平垂直方向测量传感器（2）、数据分析处理模块（3），视频图像采集模块（1）采集输电线路视频或图像信息，送往数据分析处理模块（3），数据分析处理模块（3）进行视频图像的分析处理，消除环境因素影响，提取并形成输电线路的几何信息，并确定连接两侧杆塔的端点数据；视频图像采集模块（1）可以采用数码摄像机或者照相机，采集输电线路的视频或图像信息；数据分析处理模块（3）提取并形成的输电线路的几何信息包括输电线路输电线轮廓，以及两侧杆塔外轮廓，用于后续输电线路端点坐标以及弧垂大小计算。

水平垂直方向测量传感器（2）采集水平或垂直信息，送往数据分析处理模块（3），数据分析处理模块（3）计算出垂直方向和水平方向，与提取出的输电线路的信息进行合并，修正上述提取出的输电线路的几何信息和连接两侧杆塔的端点数据，据此计算出输电线路的最低点弧垂大小。计算输电线路弧垂大小时，系统采用输电线路两端杆塔之间的实际档距作为标尺，可通过现场测量或从系统参数中获取，实现简便；并根据输电线路与杆塔档距在图像中的比例关系，计算输电线路弧垂的实际尺寸。

如图1，系统还包括环境温度测量模块（4），环境温度测量模块（4）采集环境温度信息，送往数据分析处理模块（3），数据分析处理模块（3）利用环境温度和输电线路本身参数，计算出该环境温度下的正常弧垂大小，并与上述通过视频图像计算出的弧垂大小进行比较，得到弧垂差，当该弧垂差超过设定限值，或者一段时间段的弧垂差呈现逐渐增大或突然增大趋势时，进行预警和报警。具体为预警还是报警，可由工作人员根据需要确定，且通过设定不同的限值实现。

设定限值大小可以根据现场能够提供的条件采用2种不同的方式确定，一是根据计算出该线路在载流量为0和额定值时，在当前环境温度下线路发热导致的弧垂波动范围来确定的；二是根据当前输电线路的实际载流量，计算出在该载流量和当前环境温度下线路发热导致的弧垂来确定的，系统通过增加传感器来测量当前输电线路的实际载流量，或者通过通讯模块（5）直接从电网实时运行数据中获取，得到的输电线路的实际载流量要有一定的裕度系数，以防止输电线路运行波动造成的错误报警。

如图2，系统可以设计为固定式结构（8），在现场长期固定安装，包括通讯模块（5），将弧垂数据和报警信息发送给运行人员或中心服务器（6）。有些输电线路所处地形复杂，人员不易到达，采用固定式结构安装，可以降低运行人员巡检的风险和成本，扩大系统的适用范围。

如图3，系统还可以设计为便携式结构（7），由运行人员随身携带，现场采集输电线路弧垂信息，将弧垂数据和报警信息发送给中心服务器（6），由于系统可以对采集的图像或视频信息进行角度矫正，设计为便携式结构（7）不会受现场采集时拍摄角度的影响，具有很高的稳定性，并且扩大了系统的适用范围。便携式结构（7）可以设计为专用的便携式手持机，甚至是带有重力加速度传感器的智能手机，以方便运行人员随身携带。

以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。