基于视频监测技术的输电导线舞动幅值及频率的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于视频图像处理技术，特别涉及一种基于视频监测技术的输电导线舞动 幅值及频率的计算方法。具体说是是以输电导线舞动时的运动轨迹为核心，通过对摄像机 获得的视频图像进行处理，获取该输电导线的舞动特性，通过运动轨迹获取档距内任意位 置处导线的舞动特性。 技术背景
[0002] 在当前我国经济迅猛发展的大背景下，全社会对电力可靠性的要求越来越高，电 力事故造成的经济损失越来越严重。输电线路作为电网组成的重要部分，其安全运行直 接决定着电网运行的可靠性，然而由于输电线路广泛分布于荒郊野外，运行环境恶劣，当 遭遇覆冰积雪及风力作用时将引起导线出现低频率（〇. 1-3HZ)、大幅度（约为导线直径的 15-500倍）、非线性特征的舞动，由于输电线路舞动时振幅大、持续时间长，导致导线间距 过小，绝缘隙小、振动疲劳、金具受损、杆塔倒塌等事故隐患，严重影响电网安全可靠运行。 为此针对输电导线舞动开展监测分析，获取其舞动特征并开展相关防舞抑制措施，对于确 保电网安全运行意义重大。
[0003] 基于输电导线舞动监测对保障输电线路安全运行的重要性，国内外针对输电导线 舞动监测开展了相关研宄，监测方法和手段主要集中于：
[0004] 第一类：在输电导线上布置传感器来采集输电线路舞动参数，分析并拟合成导线 的舞动轨迹、计算得出导线舞动的最大幅值、频率等。导线舞动监测最常用的传感器为加速 度传感器，通过安装于导线上的加速度传感器感知、测量导线舞动时刻的加速度，通过积分 运算获得导线的运动轨迹，并得出舞动的幅值、频率等。加速度传感器具备结构简单、灵敏 度高、测量速度快等优点，但是由于其工作原理仍是通过传感器获取表征加速度大小和方 向的特征电气量来对舞动开展测量分析，运行现场导线周围交变电磁场、温漂、零漂等因素 将影响其测量精度；同时要准确获得一个档距内任一点处的舞动或最大舞动值需要在一个 档距内导线上安装多个传感器，增加了测量的工作量及不安全因素，另外导线安装过多的 传感器将改变其原有的舞动规律，影响测量结果的有效性，故在运行现场大范围安装实施 存在困难。
[0005] 第二类：采用视频监控并对获取的图像进行处理获得导线舞动特性。按监测方法 的不同可分为固定式和便携式监测设备：固定式监测装置即舞动在线监测系统，将摄像装 置固定于杆塔某一位置获取导线舞动的整个视频图像，通过对视频图像进行处理获得监控 范围内不同点的舞动特征；受摄像装置监控范围的限制，该方法目前只能获得可视范围内 部分导线的舞动形态，而档距内导线较长，无法获得整个档距导线的舞动状况，也不能有效 得到档距内导线的舞动严重程度。便携式监测设备即通过工作人员携带摄像装置对舞动导 线的任意位置进行监测，通过分析监测图像获得监测点处导线舞动的性态；便携式设备虽 然能有效获得档距内导线任意位置的舞动性态，但是对于导线舞动状况的监测依赖于人工 对监测点的选择，如果不能有效选取舞动最严重点开展监测，则无法获得档距内导线的舞 动严重程度。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提出一种基于视频监测技术的输电导线舞动幅值及频率的计算 方法，其特征在于，包括：
[0007] 1)输电导线舞动幅值的确定
[0008] (1)数据的采集：将输电线路杆塔上摄像机所拍摄的视频图像通过GPRS网络传送 至控制中心；
[0009] (2)相关参数的确定：测量周围环境温度，环境湿度，风速；查找固定档距，摄像机 所拍摄的视频图像一秒钟所得的视频图像帧数；
[0010] (3)数据图像分析：覆冰导线在风的激励作用下会发生周期性的舞动，在一个舞 动周期内观测点会出现一次最高点和最低点，通过摄像机跟踪拍摄的视频图像，得到一个 舞动周期内舞动最低点和最尚点图像；
[0011] ⑷图像分割，为了得到提取到比较好的图像边缘，使用K-means算法进行提取， 即通过统计图像直方图获得几个离散的初始聚类中心，然后按照聚类内部相似性最大，聚 类间相似性最小的原则进行分割；
[0012] (5)图像匹配，将预存于图像匹配系统中的基准图像与经过处理的图像进行匹配 处理，找到与基准图像最相似的目标物的中心位置，先进行粗匹配得到些比较有可能是目 标物的区域，然后在精确匹配，从而可以快速确定目标物的位置；
[0013] (6)依据导线舞动轨迹特征，结合导线1点处的舞动幅值&并据式（3)可计算得 出档距内导线的最大舞动幅值A，
【主权项】
1. 一种基于视频监测技术的输电导线舞动幅值及频率的计算方法，其特征在于，包 括： 1) 输电导线舞动幅值的确定 ⑴数据的采集：将输电线路杆塔上摄像机所拍摄的视频图像通过GPRS网络传送至控 制中心； (2) 相关参数的确定：测量周围环境温度，环境湿度，风速；查找固定档距，摄像机所拍 摄的视频图像一秒钟所得的视频图像帧数； (3) 数据图像分析：覆冰导线在风的激励作用下会发生周期性的舞动，在一个舞动周 期内观测点会出现一次最高点和最低点，通过摄像机跟踪拍摄的视频图像，得到一个舞动 周期内舞动最低点和最尚点图像； ⑷图像分割，为了得到提取到比较好的图像边缘，使用改进的K-means算法进行提 取，即通过统计图像直方图获得几个离散的初始聚类中心，然后按照聚类内部相似性最大， 聚类间相似性最小的原则进行分割； (5) 图像匹配，将预存于图像匹配系统中的基准图像与经过处理的图像进行匹配处理， 找到与基准图像最相似的目标物的中心位置，先进行粗匹配得到些比较有可能是目标物的 区域，然后在精确匹配，从而可以快速确定目标物的位置； (6) 依据导线舞动轨迹特征，结合导线1点处的舞动幅值&并据式（3)可计算得出档 距内导线的最大舞动幅值A，
其中：L为档距长度； 1为导线离杆塔的距离； &为离杆塔1距离处导线的舞动幅值； n为档距内导线舞动的半波数，其值取决于导线档距；当档距L〈200m时，n取1 ;当 200m〈L〈400m时，n取 2 ;当LMOOm时，n取 3 ; 依据导线舞动轨迹特征及档距内导线的最大舞动幅值A，依据式（4)可得出档距内不 同位置处导线的舞动状态：
其中：L为档距长度； 1为导线离杆塔的距离； A(1，t)为离杆塔1距离处导线t时刻的舞动幅值； ?为档距内导线舞动的频率，其中《 = 2Jif= 2jt/T(T为周期）； 2) 导线舞动频率的计算： 首先确定摄像机的频率，即每一秒钟摄像机拍摄的帧数，设为fs;其次取一定时间内导 线舞动的视频图像，记视频长度为t秒，则所取视频帧数n=t*fs个；其次对所取舞动视频 所有帧进行扫描统计，找出舞动极大值点对应的帧的个数，记做N，这样求出舞动的周期T，
则舞动的频率f就为周期T的倒数。
2. 根据权利要求1所述基于视频监测技术的输电导线舞动幅值及频率的计算方法，其 特征在于，所述步骤1-(1)数据的采集：通过在杆塔每相导线正上方位置固定一个高清摄 像装置，对档距内某一位置1点处导线开展全天候监测，并通过GPRS或CDMA方式传送至监 控中心。
3. 根据权利要求1所述基于视频监测技术的输电导线舞动幅值及频率的计算方法，其 特征在于，所述步骤1-(3)数据图像分析：覆冰导线在风的激励作用下会发生周期性的舞 动，监控中心通过视频软件逐帧回放监控视频获取导线舞动至最高？1及最低位置处P2的视 频图像，通过图像匹配技术获取P2点的坐标Pi(Xd 、P2(x2,y2)，通过式（1)计算获得 导线在图像上的位移量d;
其中x、y为监测图像上点的坐标。
4. 根据权利要求1所述基于视频监测技术的输电导线舞动幅值及频率的计算方法，其 特征在于，所述步骤1-(4)同时对经过K-means方法分割后的目标图像进行纵向扫描，，并 据式（2)获取导线1点处的舞动幅值&， Ax=Dd/H(2) 其中：D为导线直径；H为导线对应的像素值。
【专利摘要】本发明公开了属于视频图像处理技术的一种基于视频监测技术的输电导线舞动幅值及频率的计算方法。具体说是是以输电导线舞动时的运动轨迹为核心，通过对摄像机获得的视频图像进行处理，通过图像灰度化、滤波、直方图均衡化、分割及图像匹配后的导线目标图像舞动最低、最高位置图，获取该输电导线的舞动特性，然后对输电导线舞动幅值和频率的计算，全面掌握档距内导线的舞动性态及最大舞动幅值；该方法克服了现有舞动监测系统不能有效获得档距内导线舞动性态及最大舞动幅值的不足，使得测量结果更加准确、有效。
【IPC分类】G06K9-62, G06T7-00, H04N7-18
【公开号】CN104574390
【申请号】CN201410840301
【发明人】汪佛池, 杨升杰, 律方成
【申请人】华北电力大学（保定）
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月29日