一种基于红外热成像的升压站测温预警系统及方法与流程

本发明属于安防监测技术领域，具体涉及一种基于红外热成像的升压站测温预警系统及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，对供电可靠性要求越来越高，架空高压输电线路是电力系统最重要的组成部分，高压输电线路大都架设在高空铁塔上，长期在高电压、大电流状态下运行，很容易产生故障，故障主要集中在线路连接处，例如接线管、线夹、直线压接管、螺栓、跳线夹、调整板、二线连接板等，由于气候恶劣变化，暴风、暴雨、暴雪、雷电，往往会使输电线路热效应加剧、造成金属材料老化、机械性能降低，产生局部放电，导致连接件烧损、熔焊或断裂损坏，直接影响着高压输电线路的安全运行。

目前，输电线路的检测，大都采用测温仪巡检，只能监测当时情况，不能即时检测和报警；还有的采用对关键部位传感器测量，需几十个传感器，传感器保护、安装成本都很高；这些方法虽能进行监测，但均存在一些弊端，均不能全天候在线直观测量。

基于此，公开号为cn201540300u的专利文献公开了一种输电铁塔的红外热成像远程监测装置，主要结构由主机箱、电路板、屏蔽箱、太阳能电池板、蓄电池、风速风向传感器、摄像机、红外热像仪、3g无线通讯发射、接收天线、温湿度传感器，主机箱、摄像机、红外热像仪及其上的设备均安装在输电铁塔上，之间由屏蔽电缆联接；主机箱上的3g发射天线发射3g无线通讯信号，通过无线通讯网将主机箱摄取的图像及技术信息发送并联接地面工控计算机，并进行程序计算、显示并打印出监测数据，判断输电铁塔的运行情况，对输电铁塔的监控实现了信息化、图像化、数字化传输监控。

基于上述现有技术，虽然解决了全天候在线直观测量的问题，但是局限于对监测数据进行事后分析，难以及时提供早期预警，以降低安全故障的扩大程度甚至避免安全故障的发生。

技术实现要素：

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种基于红外热成像的升压站测温预警系统及方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于红外热成像的升压站测温预警系统，包括：

红外热成像摄像机，用于实时采集待检测区域的热图像；

服务器，与红外热成像摄像机连接，用于对待检测区域的热图像进行处理以获取待检测区域的温度变化趋势曲线；还用于将待检测区域的温度变化趋势曲线与一故障诊断模型进行匹配以输出匹配结果；

报警器，用于在匹配结果为匹配时执行故障预警。

本发明的升压站测温预警系统，可以获取待检测区域的温度变化趋势，根据温度变化趋势与故障诊断模型进行匹配，如果匹配时，则通过报警器执行故障预警，及时提供早期预警，可以降低安全事故的扩大程度甚至避免安全事故的发生。

作为优选方案，所述服务器包括：

转换单元，用于将实时采集的待检测区域的热图像转换为待检测区域的温度变化曲线；

算法单元，用于对待检测区域的温度变化曲线进行算法处理以获取待检测区域的温度变化趋势曲线；

匹配单元，用于将待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型进行匹配以输出匹配结果。

作为优选方案，所述算法处理为采用增量递推回归建模和广义似然比变化点检测算法对温度变化曲线的变化趋势进行拟合。

作为优选方案，所述服务器还包括历史热图像大数据库和故障定位单元，所述匹配单元还用于从所述历史热图像大数据库中筛选出与当前故障预警对应的待检测区域的热图像最相似的热图像；所述故障定位单元用于对当前故障预警对应的待检测区域的热图像与其相似的热图像进行比对以确定待检测区域中的故障点位置。

作为优选方案，所述升压站测温预警系统还包括可见光摄像机，用于实时采集待检测区域的光学图像；所述可见光摄像机与红外热成像摄像机的聚焦位置保持一致；所述可见光摄像机与服务器连接。

作为优选方案，所述升压站测温预警系统还包括风速变送器和温湿度变送器，所述风速变送器和温湿度变送器均与服务器连接，所述风速变送器用于获取当前环境的风速信息，所述温湿度变送器还用于获取当前环境的温度、湿度信息；所述服务器还用于根据当前环境的风速、温度、湿度信息对待检测区域的热图像的温度分布进行修正。

本发明还提供一种基于红外热成像的升压站测温预警方法，包括如下步骤：

s1、通过红外热成像摄像机实时采集升压站内待检测区域的热图像；

s2、对待检测区域的热图像进行处理以获取待检测区域的温度变化趋势曲线；

s3、将待检测区域的温度变化趋势曲线与一故障诊断模型进行匹配；若匹配，则控制报警器执行故障预警。

作为优选方案，所述步骤s2包括：

s21、将实时采集的待检测区域的热图像转换为待检测区域的温度变化曲线；

s22、对待检测区域的温度变化曲线进行算法处理以获取待检测区域的温度变化趋势曲线。

作为优选方案，所述算法处理为采用增量递推回归建模和广义似然比变化点检测算法对温度变化曲线的变化趋势进行拟合。

作为优选方案，所述步骤s1和s2之间还包括：根据当前环境的参数对待检测区域的热图像的温度分布进行修正。

本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明基于红外热成像的升压站测温预警系统及方法，可以获取待检测区域的温度变化趋势，根据温度变化趋势与故障诊断模型进行匹配，如果匹配时，则通过报警器执行故障预警，及时提供早期预警，可以降低安全事故的扩大程度甚至避免安全事故的发生。

附图说明

图1是本发明实施例的基于红外热成像的升压站测温预警系统的结构示意图；

图2是本发明实施例基于红外热成像的升压站测温预警方法应用于升压站内电力设备路线巡检的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示，本发明实施例的基于红外热成像的升压站测温预警系统，包括设备端和服务器，其中，设备端包括红外热成像摄像机、可见光摄像机、电动云台、报警器、风速变送器和温湿度变送器，红外热成像摄像机、可见光摄像机、电动云台、报警器、风速变送器和温湿度变送器均与服务器通信连接，具体的连接方式可以为无线通信连接、网线连接、can总线连接等方式。

其中，红外热成像摄像机和可见光摄像机分别用于实时采集升压站内待检测区域的热图像和光学图像；待检测区域可以为升压站内的各种设备以及连接电缆等。红外热成像摄像机和可见光摄像机设于电动云台上，电动云台用于调节红外热成像摄像机和可见光摄像机的聚焦位置，且红外热成像摄像机和可见光摄像机的聚焦位置始终保持一致，从而使得红外热成像摄像机和可见光摄像机拍摄的热图像和光学图像对应于同一聚焦位置；此时，光学图像可以辅助技术人员对热图像的查看和分析。优选地，红外热成像摄像机和可见光摄像机集于一体构成双目摄像机，实现红外热成像摄像机与可见光摄像机同步扫描，保证待测位的热图像和图像的同步，同时也简化了发热预警系统的结构。例如，双目摄像机可以采用dh-tpc-pt8x20m系列，集云台于一体，简化了摄像的整体结构。其中，双目摄像机具有无线通信模块，以便将采集的热图像和图像传输至控制主机。红外实时视频流通过携带智能帧的方式，同时上传全视频画面的温度数据帧，借助服务器强大的数据运算能力，实现实时视频全画面的温度分析，包括线温曲线分析、电力设备温度场分布梯度分析、温差分析等。

服务器，用于接收红外热成像摄像机实时采集待检测区域的热图像，并对待检测区域的热图像进行处理以获取待检测区域的温度变化趋势曲线；还用于将待检测区域的温度变化趋势曲线与预先建立的故障诊断模型进行匹配以输出匹配结果；具体地，服务器包括服务模块和用户交互模块，服务模块分为五部分：中心管理单元、设备管理单元、视频转发单元、巡检诊断服务器、文件服务器。中心管理单元通过网络向其它功能单元发送命令，对其它功能单元进行管理，控制其它功能单元的负载均衡、信息查询等功能；而且，中心管理单元还可以实现主服务器和备服务器的切换，以防止单一服务器异常时系统崩溃。设备管理单元还用于管理各种双目摄像机、电动云台、报警器、风速变送器和温湿度变送器等设备，具体地，各种双目摄像机、电动云台、报警器、风速变送器和温湿度变送器通过相应的协议接入服务模块，由服务模块内的设备管理单元统一管理，例如，设备管理单元可以控制各种双目摄像机、电动云台、报警器、风速变送器和温湿度变送器的运行，也可以调取各种双目摄像机拍摄的视频图像、电动云台的运行参数、报警器的报警功能、风速变送器和温湿度变送器采集的当前的风速、温度和湿度参数。巡检诊断服务器通过网络向设备管理单元发送请求，经设备管理单元处理后，返回设备的相关信息；巡检诊断服务器通过网络向视频转发单元请求视频数据，将视频数据转化为图片、录像等媒体文件进行存储，并实现全视频温度数据获取；巡检诊断服务器通过网络将获取的媒体文件存储到文件服务器。

其中，巡检诊断服务器完成对电力设备检测区域的测温、修正、分析、告警等，巡检诊断服务器包括转换单元、与转换单元连接的算法单元、与算法单元连接的匹配单元。

转换单元用于将红外热成像摄像机实时采集的待检测区域的热图像转换为待检测区域的温度变化曲线；

算法单元，用于对待检测区域的温度变化曲线进行算法处理以获取待检测区域的温度变化趋势曲线；具体地，由于电力设备的运行状况一般存在逐步变化的过程，提取其温度趋热变化信息，为监控对象提供早期预警、状态评估、决策支持非常重要；以智能巡检测温(即实时巡检测温)为基础，自动对设备巡视检测的历史数据进行大数据趋势分析，采用增量递推回归建模和广义似然比变化点检测算法对温度变化曲线的变化趋势进行拟合，实现对电力设备检测的趋势拟合，预测电力设备未来一段时间的运行状况，从而可以达到预警的目的。在现有的趋势提取算法中，滑动窗口算法和外推式在线数据分割算法较为常用，但前一种算法需每一到达的数据流元素使用线性拟合算法建模，计算量大，实时性差；后一种算法只对给定长度的数据序列回归建模，因此趋势提取误差较大；而本实施例采用基于增量递推最小二乘法的动态数据流趋势分析算法，采用增量计算快速检测数据流分割点并确定分段，因而实时性较强。同时根据新到的数据流元素，在线调整趋势参数，采用广义似然比检测分割点，因而趋势分析的精度更高；其中，待检测区域的温度变化趋势不仅可以曲线的形式显示，还可以直方图形式显示。

匹配单元，用于将待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型进行匹配以输出匹配结果；其中，本实施例的故障诊断模型为：通过对热图像特点、热图像检测区域以及缺陷性质判断标准进行大数据故障分析，构建电力设备状态诊断标准及智能专家诊断库，建立电力设备运行故障诊断模型，以故障诊断模型作为对各电力设备进行故障诊断的依据；其中，故障诊断模型需要符合《dl-t664-2008带电设备红外诊断应用规范》的要求。故本实施例将待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型进行匹配以输出匹配结果，匹配结果包括待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型匹配、待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型不匹配；如果待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型匹配，说明待检测区域的温度变化趋势满足故障的条件，此时，服务器可以控制报警器执行故障预警，提前进行报警，便于及时采取相关的安全措施；如果待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型不匹配，说明待检测区域的温度变化趋势处于正常状态下。

另外，人机交互模块包括网站服务器和网页浏览器，主要以ie浏览器的方式访问升压站测温预警系统的页面，方便快捷。

本实施例的风速变送器用于获取当前环境的风速信息，温湿度变送器用于获取当前环境的温度、湿度信息；服务器可以根据当前环境的风速、温度、湿度信息对待检测区域的热图像的温度分布进行修正，从而使待检测区域的温度变化曲线更加精确，有利于实现精确预警。

人机交互单元实现用户自由控制系统的运行，具体地，用户可以通过ie浏览器的方式访问升压站测温预警系统，升压站测温预警系统具有以下功能：

红外热成像摄像机监控支持各类伪彩显示，并可将画面内任意温度区域以醒目颜色显示；

可见光摄像机配备高变倍高清镜头，实现辅助查看；

红外热成像和可见光视频的实时监控，可实时控制电动云台及可见光摄像机的镜头、红外光系统的镜头的自动聚焦；

本地和远程实时录像；

视频历史视频回放，支持时间、地点、事件等多种检索条件，可独立回放和自动关联同步回放，支持快进、慢进、步进、快退、慢退、步退等多种回放模式；

支持根据测温物体(或部位)的形状，实现实时测温分析诊断；

支持实时视频全面任意物体(或部位)的精确测温与分析；

全画面自动捕捉最高温、最低温、或指定温度范围内的多个目标点，并同时测量出目标点的温度值；

全画面任意选取单个或多个测温对象区域进行温度、温差、线温、温度场分布、最大持续负荷过热点温度分析等；

全画面支持鼠标移动点实时测温；

全画面多点同时测温；

全画面任意选取一直线进行温度分析，可显示线上最高温、最低温以及平均温；

全画面任意选取单个或多个区域进行温度分析，可显示区域最高温、最低温以及平均温，区域间可进行比较分析；

对画面内任意点、线、区域的温度变化趋势进行记录分析，分析结果以曲线或者直方图形式进行显示；

可自动计算被测点与设置温度的温差；

可设定辐射率、距离、环境温度、相对湿度等各项参数；

可以根据需要自动/手动调节亮度和对比度。

另外，升压站测温预警系统还可以通过实时测温分析实现实时视频画面测温分析及手动分析，主要包括：最高温度、最低温度、平均温度、最大持续负荷过热点温度、温差、相对温差等参数计算及诊断结果输出，其中，当前负荷、最大负荷用户需要手动输入，具体输入数值按照《dl-t664-2008带电设备红外诊断应用规范》作为参考。

线温分析：主要实现视频画面测温统计分析展示，以图表形式展现，当前统计图支持曲线、柱状图两种方式；

支持测温对象温度异常告警，实现告警上传与联动；

支持结合环境因素(风速、温度、湿度等)，实现实测温度折算与分析，避免环境因素对设备真实运行状态的影响诊断；

支持对监控区域进行温差检测，并具有温差趋势分析功能；

系统故障诊断依据系统自建的分析诊断专家库，进行检测点的自动计算、分析判断；

支持根据环境信息设置，对测温对象的温度变化趋势进行综合分析，根据电力设备温度变化趋势曲线进行智能预警；

自动分析和采集功能，根据用户设定的阀值，进行初步诊断分析，设定触发条件，可以自动/手动对红外图像进行拍摄和回放录放；

设备热故障典型红外图像库管理功能，典型故障图像信息库的图像及其相应辅助信息添加、删除、修改和查询，日常采集可见光图像及信息数据库的图像及其相应辅助信息删除、修改和查询；

支持通过检测环境数据折算进行设备故障诊断温度的归一化处理，提高故障诊断的准确性。

另外，电力设备的故障诊断与判定是一件非常困难与慎重的事情，其停电维检或更换设备，一方面成本较高，另一方面也会给广大用电用户造成停电的不便。因此，一旦智能诊断发生告警，势必还要借助与分析工具及丰富的分析方法，最终确诊故障。故本实施例的服务器还可以包括历史热图像大数据库和故障定位单元，匹配单元还用于从历史热图像大数据库中筛选出与当前故障预警对应的待检测区域的热图像最相似的热图像；故障定位单元用于对当前故障预警对应的待检测区域的热图像与其相似的热图像进行比对以确定待检测区域中的故障点位置。其中，历史热图像大数据库主要指从长期采集的自动巡检测温与热图像的历史大数据数据库，通过匹配单元筛选出与当前告警或预警的设备在相似环境条件检测下记录的数据(一般温度相差在±3℃，风速相差在±1级下的检测数据，在此条件下的环境折算系数基本是一样的)，以进行数据分析，包括：

1、巡检结果比对分析：自动巡检时，会记录当时的环境系数、待测区域的测温情况等；

2、热图像比对分析：

1)线温分析：对关键部位，可在热图像上勾勒出曲线，如导线，或某避雷器从上到下的温度直线，系统分析出整条线的温度分布与走势，以供比对判断；

2)温度场梯度分布分析：支持以多边形的区域描绘，在热图像上，可根据待测区域的不同形状，进行分析区域的温度场分布，包括温度分布范围以及在相应温度上的像素分布；

3)等温分析：实现热图像全画面温度：介于、等于、大于、小于某温度的像素点识别，以便于快速定位待测区域中故障点的位置；

4)热点最大持续负荷过热点温度分析与预测；

5)温差分析：任意检测点的温差分析，利用横向与纵向的比较方式，快速定位故障原因。

本发明实施例的升压站测温预警系统，可以获取待检测区域的温度变化趋势，根据温度变化趋势与故障诊断模型进行匹配，如果匹配时，则通过报警器执行故障预警，及时提供早期预警，可以降低安全事故的扩大程度甚至避免安全事故的发生。

对应于上述的升压站测温预警系统，本发明实施例还提供一种基于红外热成像的升压站测温预警方法，包括如下步骤：

s1、通过红外热成像摄像机实时采集升压站内待检测区域的热图像；具体地，待上述升压站测温预警系统布置完成后，红外热成像摄像机聚焦于待检测区域，红外热成像摄像机实时采集待检测区域的热图像；另外，还可以通过风速变送器采集当前环境的风速信息，通过温湿度变送器采集当前环境的温度、湿度信息；根据当前环境的参数对待检测区域的热图像的温度分布进行修正；还可以通过可见光摄像机实时采集待检测区域的光学图像，以辅助对热图像的查看。

s2、对修正后的待检测区域的热图像进行处理以获取待检测区域的温度变化趋势曲线；其中，步骤s2包括：

s21、将实时采集的待检测区域的热图像转换为待检测区域的温度变化曲线；具体地，服务器接收红外热成像摄像机实时采集待检测区域的热图像，接着由转换单元将红外热成像摄像机实时采集的待检测区域的热图像转换为待检测区域的温度变化曲线；

s22、对待检测区域的温度变化曲线进行算法处理以获取待检测区域的温度变化趋势曲线；具体地，通过服务器的算法单元对待检测区域的温度变化曲线进行算法处理，从而获取待检测区域的温度变化趋势曲线；其中，算法处理为采用增量递推回归建模和广义似然比变化点检测算法对温度变化曲线的变化趋势进行拟合；由于电力设备的运行状况一般存在逐步变化的过程，提取其温度趋热变化信息，为监控对象提供早期预警、状态评估、决策支持非常重要；以智能巡检测温(即实时巡检测温)为基础，自动对设备巡视检测的历史数据进行大数据趋势分析，采用增量递推回归建模和广义似然比变化点检测算法对温度变化曲线的变化趋势进行拟合，实现对电力设备检测的趋势拟合，预测电力设备未来一段时间的运行状况，从而可以达到预警的目的。在现有的趋势提取算法中，滑动窗口算法和外推式在线数据分割算法较为常用，但前一种算法需每一到达的数据流元素使用线性拟合算法建模，计算量大，实时性差；后一种算法只对给定长度的数据序列回归建模，因此趋势提取误差较大；而本实施例采用基于增量递推最小二乘法的动态数据流趋势分析算法，采用增量计算快速检测数据流分割点并确定分段，因而实时性较强。同时根据新到的数据流元素，在线调整趋势参数，采用广义似然比检测分割点，因而趋势分析的精度更高；其中，待检测区域的温度变化趋势不仅可以曲线的形式显示，还可以直方图形式显示。

s3、将待检测区域的温度变化趋势曲线与预先建立的故障诊断模型进行匹配；若匹配，则控制报警器执行故障预警。其中，本实施例的故障诊断模型为：通过对热图像特点、热图像检测区域以及缺陷性质判断标准进行大数据故障分析，构建电力设备状态诊断标准及智能专家诊断库，建立电力设备运行故障诊断模型，以故障诊断模型作为对各电力设备进行故障诊断的依据；其中，故障诊断模型需要符合《dl-t664-2008带电设备红外诊断应用规范》的要求。故本实施例将待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型进行匹配以输出匹配结果，匹配结果包括待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型匹配、待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型不匹配；如果待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型匹配，说明待检测区域的温度变化趋势满足故障的条件，此时，服务器可以控制报警器执行故障预警，提前进行报警，便于及时采取相关的安全措施；如果待检测区域的温度变化趋势曲线与故障诊断模型不匹配，说明待检测区域的温度变化趋势处于正常状态下。

另外，在步骤s3之后还可以包括：匹配单元从历史热图像大数据库中筛选出与当前故障预警对应的待检测区域的热图像最相似的热图像，接着故障定位单元对当前故障预警对应的待检测区域的热图像与其相似的热图像进行比对以确定待检测区域中的故障点位置。这是因为电力设备的故障诊断与判定是一件非常困难与慎重的事情，其停电维检或更换设备，一方面成本较高，另一方面也会给广大用电用户造成停电的不便。因此，一旦智能诊断发生告警，势必还要借助与分析工具及丰富的分析方法，最终确诊故障。

本发明实施例的基于红外热成像的测温预警方法，可以获取待检测区域的温度变化趋势，根据温度变化趋势与故障诊断模型进行匹配，如果匹配时，则通过报警器执行故障预警，及时提供早期预警，可以降低安全事故的扩大程度甚至避免安全事故的发生。

将本发明实施例的基于红外热成像的升压站测温预警方法应用于升压站内电力设备路线巡检的实际案例中，如图2所示，具体包括如下流程：

s00、电力设备路线巡检启动；

s10、获取设备各检测区域温度、环境温度、湿度、风速等信息，转至步骤s20；另外，还获取当前可见光视频与红外热图，转至步骤s50；

s20、对各检测区域的实测温度分析阀值分析，根据环境温度、湿度、风速对实测温度进行折算温度阀值分析，还对单相或相间温差进行分析，还对最大持续负荷过热点温度进行预测；为避免环境因素，如考虑所测的环境温度、湿度、风速对红外测温真实反馈电力设备运行状况的影响，需将红外实测温度，进行环境因素归一化处理。另外，电力设备的运行温度在一定程度上受运行负荷的影响，根据当前负荷与最大持续负荷，对最大持续负荷过热点温度进行预测。同理，对最大持续续负荷过热点温度结合环境环境温度、湿度、风速进行归一化处理，得到最大持续负荷过热点温度的折算温度。

s30、根据步骤s20的分析结果确定是否告警；还包括对步骤s20的分析结果进行趋势分析和预测，并确定是否告警；若告警，则转至步骤s40；若不告警，则转至步骤s50；

s40、对告警进行跟踪，从而可以确定对应的故障点位置；

s50、将结果上报与存储；

s60、完成路线巡检。

作为优选实施例，在升压站测温预警系统中可以省略可见光摄像机、电动云台、风速变送器和温湿度变送器中一个或多个；如果省略可见光摄像机，则相当于省略可见光摄像机采集的光学图像对热图像的辅助查看和分析作用；如果省略电动云台，则相当于省略云台对调节红外热成像摄像机和可见光摄像机的聚焦位置调节作用；如果省略风速变送器或温湿度变送器，则相当于不考虑风速或温湿度对待检测区域的热图像的温度分布的影响。相应地，测温预警方法作适应于升压站测温预警系统的调整。

作为优选实施例，在升压站测温预警系统中可以省略服务器的历史热图像大数据库和故障定位单元，即只需实现预警功能即可，对定位故障点的位置不作要求。

作为优选实施例，本实施例的升压站测温预警系统还提供实时视频全画面的测温专家分析，为电力设备状态的实时监控、实时专家分析或共享视频会诊提供平台，无需实地分析，便于及时对预警故障进行处理。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。