一种高压断路器动触头运动特性测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可精确测试高压断路器动触头运动特性的方法，属于测试技术领 域。
【背景技术】
[0002] 断路器动触头的运动特性是决定断路器断流容量的重要因素之一，因此，断路器 的制造厂和运行单位都需要对断路器动触头的运动特性进行测试。
[0003] 目前，断路器动触头运动特性的测试方法主要分为两类：一类是毫秒计测速法，此 类方法利用毫秒计测量与断路器的动触头运动规律一致的物体通过恒定行程的时间，再利 用测量结果推算动触头的运动速度。这种测速方法实质上是将断路器动触头运动视为"匀 速直线运动"，然而，由于受到各种作用力和电弧的影响，断路器动触头在分、合闸过程中的 运动本质上是一种变加速运动。因此，毫秒计测速法很难获得理想的测试精度。另一类方 法是使用电磁振荡器、鼓形测速仪、滑块式行程记录仪或其它测速装置对断路器动触头的 运动特性进行测试。其中，电磁振荡器的优点是结构简单、成本低，但其测试误差较大，不能 用于断路器操作机构的分一合一分循环测试；鼓形测速仪的优点是动触头行程与时间的关 系曲线清晰可见，可以用于操作机构的分一合一分循环测试，但测试误差较大，而且成本比 较高；鼓形测速仪的缺点是比较笨重，安装也不方便；滑块式行程记录仪通过示波器记录 读数，测试方法简单，但由于其触头弹跳问题难以解决，滑块式行程记录仪已不能满足新型 超高压断路器的测试要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种测试精度高且实施方便的高压 断路器动触头运动特性测试方法，为高压断路器的状态测试和性能评价提供可靠依据。
[0005] 本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
[0006] 一种高压断路器动触头运动特性测试方法，所述方法首先在高压断路器动触头的 绝缘拉杆和转轴上设置辅助标志物，并利用相机在断路器开、合过程中采集辅助标志物的 图像序列，然后采用粒子滤波方法对辅助标志物进行跟踪并据此获取每幅图像中辅助标志 物的质心坐标，再根据图像序列中相邻帧之间的时间间隔和辅助标志物在图像中的坐标变 化，获得动触头的运动轨迹，最后根据动触头的运动轨迹获取其运动特性。
[0007] 上述高压断路器动触头运动特性测试方法，所述方法包括以下步骤：
[0008] a.在高压断路器的绝缘拉杆和转轴上固定辅助标志物，其中，绝缘拉杆上固定一 个辅助标志物，转轴上固定两个辅助标志物；
[0009] b.调整相机的位置和视野，使其对准绝缘拉杆和转轴所在的观察窗，启动相机并 拍摄高压断路器开、合过程，获取辅助标志物的图像序列；
[0010] C.对图像序列中的各帧图像进行畸变校正，将图像由RGB空间变换到HSV空间；
[0011] d.根据每个辅助标志物的颜色特征，从图像序列的第一帧开始，依次检测图像中 是否有辅助标志物存在，直到检测到辅助标志物为止；
[0012] e.对图像中的辅助标志物进行分割和标记，确定其在图像中的位置和大小，并提 取其颜色直方图特征，然后初始化粒子滤波跟踪过程；
[0013] f.以当前的辅助标志物为依据，采用高斯分布生成N个粒子，由这些粒子代表辅 助标志物在后续帧中的候选位置和大小；
[0014] g.获取后续帧中各粒子所代表的候选目标的颜色直方图特征，计算它们和当前目 标之间的相似度，并用最相似粒子的信息更新当前目标；
[0015] h.重复步骤f、g，记录各帧中辅助标志物在图像中的位置、大小，生成其运动轨 迹；
[0016] i.根据辅助标志物的实际尺寸、成像大小、摄像机的焦距、拍摄速率，利用小孔成 像原理，计算高压断路器动触头的断开速度、闭合速度、行程及角位移，绘制其运动轨迹，最 终得到其动作特性。
[0017] 上述高压断路器动触头运动特性测试方法，为了提高跟踪算法的鲁棒性和准确 性，在每次采用高斯分布生成N个粒子后，应对粒子的位置进行修正，将不符合断路器分、 合闸时辅助标志物运动方向和最大速度的无效粒子剔除。
[0018] 上述高压断路器动触头运动特性测试方法，各粒子所对应的候选目标和当前目标 的颜色直方图特征之间的相似度采用Bhattacharyya系数来度量，Bhattacharyya系数的 计算公式如下：
[0019]
【主权项】
1. 一种高压断路器动触头运动特性测试方法，其特征是，所述方法首先在高压断路器 动触头的绝缘拉杆和转轴上设置辅助标志物，并利用相机在断路器开、合过程中采集辅助 标志物的图像序列，然后采用粒子滤波方法对辅助标志物进行跟踪并据此获取每幅图像中 辅助标志物的质心坐标，再根据图像序列中相邻帧之间的时间间隔和辅助标志物在图像中 的坐标变化，获得动触头的运动轨迹，最后根据动触头的运动轨迹获取其运动特性。
2. 根据权利要求1所述的一种高压断路器动触头运动特性测试方法，其特征是，具体 操作步骤为： a. 在高压断路器的绝缘拉杆和转轴上固定辅助标志物，其中，绝缘拉杆上固定一个辅 助标志物，转轴上固定两个辅助标志物； b. 调整相机的位置和视野，使其对准绝缘拉杆和转轴所在的观察窗，启动相机并拍摄 高压断路器开、合过程，获取辅助标志物的图像序列； c. 对图像序列中的各帧图像进行畸变校正，将图像由RGB空间变换到HSV空间； d. 根据每个辅助标志物的颜色特征，从图像序列的第一帧开始，依次检测图像中是否 有辅助标志物存在，直到检测到辅助标志物为止； e. 对图像中的辅助标志物进行分割和标记，确定其在图像中的位置和大小，并提取其 颜色直方图特征，然后初始化粒子滤波跟踪过程； f. 以当前的辅助标志物为依据，采用高斯分布生成N个粒子，由这些粒子代表辅助标 志物在后续帧中的候选位置和大小； g. 获取后续帧中各粒子所代表的候选目标的颜色直方图特征，计算它们和当前目标之 间的相似度，并用最相似粒子的信息更新当前目标； h. 重复步骤f、g，记录各帧中辅助标志物在图像中的位置、大小，生成其运动轨迹； i. 根据辅助标志物的实际尺寸、成像大小、摄像机的焦距、拍摄速率，利用小孔成像原 理，计算高压断路器动触头的断开速度、闭合速度、行程及角位移，绘制其运动轨迹，最终得 到其动作特性。
3. 根据权利要求2所述的一种高压断路器动触头运动特性测试方法，其特征是，为了 提高跟踪算法的鲁棒性和准确性，在每次采用高斯分布生成N个粒子后，应对粒子的位置 进行修正，将不符合断路器分、合闸时辅助标志物运动方向和最大速度的无效粒子剔除。
4. 根据权利要求3所述的一种高压断路器动触头运动特性测试方法，其特征是，各粒 子所对应的候选目标和当前目标的颜色直方图特征之间的相似度采用Bhattacharyya系 数来度量，Bhattacharyya系数的计算公式如下：
其中，H为目标颜色直方图分量的个数；qu表示当前目标颜色直方图的第u个分量的 值；Pu⑴表示第i个候选目标（即第i个粒子）颜色直方图的第u个分量的值， 的值越大，候选目标和当前目标的颜色直方图特征之间的相似度越高。
5. 根据权利要求4所述的一种高压断路器动触头运动特性测试方法，其特征是，采用 高斯分布生成N个粒子的具体方法是： 将跟踪第k帧时的第i个粒子记为式=(4,乂，圮f，其中，4,乂分别表示辅助标志 物在第k帧图像中的第i个候选位置；分别表示辅助标志物的高度和宽度，生成粒子 的公式如下：
其中，为第k-1中跟踪到的辅助标志物的位置及尺寸； 〇T= (〇x，〇y，〇w，〇h)T为图像中辅助标志物运动时位置和尺寸变化的方差；rT=(rx,ry,rw,rh)T为计算机生成的标准正态分布随机数。
6.根据权利要求5所述的一种高压断路器动触头运动特性测试方法，其特征是，将图 像由RGB空间变换到HSV空间时，由像素在RGB空间的r、g、b分量值计算HSV空间各分量、 即色调h、饱和度s和亮度v的公式如下：
其中，max为r,g,b中的最大值，min为r,g,b中的最小值。
【专利摘要】一种高压断路器动触头运动特性测试方法，所述方法首先在高压断路器动触头的绝缘拉杆和转轴上设置辅助标志物，并利用相机在断路器开、合过程中采集辅助标志物的图像序列，然后采用粒子滤波方法对辅助标志物进行跟踪并据此获取每幅图像中辅助标志物的质心坐标，再根据图像序列中相邻帧之间的时间间隔和辅助标志物在图像中的坐标变化，获得动触头的运动轨迹，最后根据动触头的运动轨迹获取其运动特性。本发明采用粒子滤波定向逐帧修正快速捕捉方法获得与断路器动触头刚性连接的绝缘拉杆和转轴上的辅助标志物的运动轨迹，进而得到动触头的运动特性，该方法实施方便而且测试精度高，可为高压断路器的状态测试和性能评价提供可靠依据。
【IPC分类】G01M13-00
【公开号】CN104697768
【申请号】CN201410814290
【发明人】袁和金, 赵现平, 赵书涛, 牛为华, 程志万, 崔克彬, 葛玉敏
【申请人】华北电力大学（保定）, 云南电网公司电力科学研究院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月23日