一种可监测的超声波闭环驱鸟装置及驱鸟方法与流程

[0001]
本发明属于空压机技术领域，具体涉及一种可监测的超声波闭环驱鸟装置及驱鸟方法。


背景技术：

[0002]
架空线路的安全一直电网的重要组成部分,若电力线路的安全隐患不能及时处理,就会危及企业生产和居民的日常生活。随着国民经济水平的提高，人民的生活需求也日益提升，对于供电安全的重视程度也越来越高，现在鸟类在户外的电力线路上活动频繁，甚至筑巢在输电架的上，具有很大的安全隐患。
[0003]
电力系统中的重要节点变电站，尤其是郊区或高山的户外敞开式变电站，经常受到鸟类侵害。鸟害妨害变电站安全运行的事故屡有发生，以2018-2019年为例，潍坊地区因鸟害引发的变电站内故障多达6起，其中包含一起变压器跳闸事故。变电站对驱鸟装置的需求一直存在。
[0004]
近年来，电网规模的快速增长，站多人少的矛盾日益突出，自动巡检技术已成为大势所趋：目前潍坊公司已有37座变电站采用自动巡检技术(220kv及以上变电站一般采用机器人自动巡检，110kv及以下变电站一般采用摄像头进行自动巡检)。在此趋势下运维远程化、自动化、智能化也成为必然趋势。另一方面，驱鸟装置虽然历经改进，但一直没有达到特别令人满意的程度。变电站无人化、自动化、智能化的进一步提高，需要一种与之相适应的更加智能、全自动、可远程化的驱鸟装置。
[0005]
传统驱鸟装置虽然在一定程度上能够达到驱鸟的目的，但是不具有监测的目的，使得驱鸟装置一直在运行，造成很大的资源浪费，且人员误入超声波发射范围内，会对人类造成伤害；此外未考虑到鸟类筑巢行为的监测，驱鸟效果较差；无法实时反馈驱鸟的效果，使得维护人员无法根据反馈效果进行超声波频率的调整。


技术实现要素：

[0006]
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种可监测的超声波闭环驱鸟装置及驱鸟方法，以解决上述技术问题。
[0007]
第一方面，本发明提供一种可监测的超声波闭环驱鸟装置,包括：图像抓取处理单元、鸟类识别单元、超声波驱鸟单元、效果反馈单元、筑巢警报单元、无线通讯单元和总控制台；图像抓取处理单元、鸟类识别单元、超声波驱鸟单元、效果反馈单元、筑巢警报单元分别通过无线通讯单元与总控制台通信连接；所述图像抓取处理单元与鸟类识别单元以及筑巢警报单元分别连接，所述鸟类识别单元与效果反馈单元连接；所述效果反馈单元与超声波驱鸟单元连接；
[0008]
所述图像抓取处理单元用于利用多个广角摄像头抓取图像并进行图像处理；所述图像抓取处理单元有多个,多个所述的图像抓取处理单元根据变电站的设备尺寸进行对称分布并实现双冗余覆盖；
[0009]
所述鸟类识别单元用于提取图像特征区分鸟类和人；
[0010]
所述超声波驱鸟单元用于发射变频、变功率超声波进行驱鸟；
[0011]
所述效果反馈单元用于通过在驱逐前后对鸟类数量以及鸟类出现的位置分布、鸟类出现的时长、时间点等进行判断从而获得驱鸟效果；
[0012]
所述筑巢警报单元用于根据图像分析并判断鸟类筑巢现象而进行报警；
[0013]
所述无线通讯单元用于实现总控制台与各个功能单元无线通讯；
[0014]
所述总控制台用于实现各功能单元的电性控制、显示驱鸟效果以及接收报警信息、运行智能闭环驱鸟策略。
[0015]
进一步的,所述图像抓取处理单元包括可移动摄像机、图像处理模块，所述可移动摄像机与图像处理模块连接，所述可移动摄像机用于实现电力线路上监控区域全覆盖；所述图像处理模块用于通过灰度处理、滤波去噪等图像处理步骤，得到可用于分析的图像。
[0016]
进一步的,所述鸟类识别模块包括：特征提取模块和人型识别模块；所述特征提取模块用于将图像抓取处理模块的输出图像进行特征提取，并与鸟类的特征进行比对；所述人型识别模块用于对所述输出图像进行特征提取并与人型特征进行比对。
[0017]
进一步的,所述效果反馈模块包括：数量判断模块和效果对比模块；所述数量判断模块与所述效果对比模块连接；所述数量判断模块用于计算驱鸟动作前后的所述输出图像中鸟类的数量；所述效果对比模块根据所述鸟类的数量进行驱鸟效果的分析。
[0018]
进一步的,所述筑巢警报单元包括：筑巢特征提取模块和筑巢报警模块；所述筑巢特征提取模块与所述筑巢报警模块连接，所述筑巢特征提取模块用于根据所述输出图像提取鸟类筑巢的特征并进行对比，判断电力线路、变电站架构附近是否有鸟巢，所述筑巢报警模块用于根据筑巢特征提取模块输出的结果进行报警。
[0019]
进一步的,所述超声波驱鸟单元包括发射驱动模块、超声波发射模块、自动调频模块、调节功率模块；所述发射驱动模块与超声波发射模块连接；所述自动调频模块、调节功率模块与所述超声波发射模块连接；所述自动调频模块、调节功率模块用于根据驱鸟效果的反馈进行超声波频率的调整。
[0020]
第二方面，本发明提供一种可监测的超声波闭环驱鸟方法,包括：
[0021]
s1、可移动摄像头开启视频监控；
[0022]
s2、单帧捕捉图像进行灰度、去噪处理并作差分计算，灰度差值为0的两幅图像作为背景图像；
[0023]
s3、继续捕捉图像并与背景图像作差分计算，并割取运动物体图像；
[0024]
s4、对运动物体图像根据运动物体的形状进行区域分割，然后根据这些区域提取图像特征，并与鸟类特征值或者人型特征值进行对比：提取运动的物体的特征值与鸟类的特征值符合则进行超声波驱鸟；提取运动的物体的特征值与人型的特征值符合则禁止驱鸟；
[0025]
s5、计算驱鸟动作前后的所述输出图像中鸟类的数量，反馈驱鸟效果并调整超声波的频率、功率。
[0026]
进一步的，所述方法还包括：定期单帧捕捉图像进行灰度、去噪处理后，分区域提取特征值，并与鸟巢的特征值并进行对比，判断电力线路、变电站架构附近是否有鸟巢，若有则报警提醒工作人员清除鸟巢。
[0027]
进一步的，所述方法还包括：定期更新背景图像。
[0028]
本发明的有益效果在于，
[0029]
本发明提供的一种可监测的超声波闭环驱鸟装置及驱鸟方法，监测鸟类运动并利用超声波进行驱鸟，且根据驱鸟效果进行反馈，对超声波进行变频调节，形成闭环的驱鸟流程；当人员误入超声波发射范围内时，停止发射超声波或降低超声波反射功率，避免对造成人员伤害；对鸟类筑巢行为进行监测，从根源提高驱鸟效果。
[0030]
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
[0032]
图1是本申请一个实施例的装置的结构示意图。
[0033]
图2是本申请一个实施例的一个广角摄像头的结构示意图。
[0034]
图3是本申请一个实施例的两个广角摄像头实现双冗余覆盖的结构示意图。
[0035]
图4是本申请一个实施例的多个广角摄像头室外覆盖的结构示意图。
[0036]
图5是本申请一个实施例的多个广角摄像头具体设备覆盖的结构示意图。
[0037]
图6是本申请一个实施例的一个发射驱动模块的电路结构示意图。
[0038]
图7是本申请一个实施例的一个超声波发射模块的电路结构示意图。
[0039]
图8是本申请一个实施例的驱鸟算法流程示意图。
具体实施方式
[0040]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0041]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0042]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0043]
第一方面，本发明实施例提供一种可监测的超声波闭环驱鸟装置,包括：图像抓取处理单元、鸟类识别单元、超声波驱鸟单元、效果反馈单元、筑巢警报单元、无线通讯单元和总控制台；图像抓取处理单元、鸟类识别单元、超声波驱鸟单元、效果反馈单元、筑巢警报单元分别通过无线通讯单元与总控制台通信连接；所述图像抓取处理单元与鸟类识别单元以及筑巢警报单元分别连接，所述鸟类识别单元与效果反馈单元连接；所述效果反馈单元与
超声波驱鸟单元连接；
[0044]
所述图像抓取处理单元用于利用多个广角摄像头抓取图像并进行图像处理；所述图像抓取处理单元有多个,多个所述的图像抓取处理单元根据变电站的设备尺寸进行对称分布并实现双冗余覆盖
[0045]
所述鸟类识别单元用于提取图像特征区分鸟类和人；
[0046]
所述超声波驱鸟单元用于发射变频、变功率超声波进行驱鸟；
[0047]
所述效果反馈单元用于通过在驱逐前后对鸟类数量、以及鸟类出现的位置分布、鸟类出现的时长、时间点等进行判断从而获得驱鸟效果；
[0048]
所述筑巢警报单元用于根据图像分析并判断鸟类筑巢现象而进行报警；
[0049]
所述无线通讯单元用于实现总控制台与各个功能单元无线通讯；
[0050]
所述总控制台用于实现各功能单元的电性控制、显示驱鸟效果以及接收报警信息、运行智能闭环驱鸟策略。
[0051]
可选的，作为本发明的一种实施例,所述图像抓取处理单元包括可移动摄像机、图像处理模块，所述可移动摄像机与图像处理模块连接，所述可移动摄像机用于实现电力线路上、变电站监控区域全覆盖；所述图像处理模块用于通过灰度处理、滤波去噪等图像处理步骤，得到可用于分析的图像。
[0052]
可选的，作为本发明的一种实施例,所述鸟类识别模块包括：特征提取模块和人型识别模块；所述特征提取模块用于将图像抓取处理模块的输出图像进行特征提取，并与鸟类的特征进行比对；所述人型识别模块用于对所述输出图像进行特征提取并与人型特征进行比对。
[0053]
可选的，作为本发明的一种实施例,所述效果反馈模块包括：数量判断模块和效果对比模块；所述数量判断模块与所述效果对比模块连接；所述数量判断模块用于计算驱鸟动作前后的所述输出图像中鸟类的数量；所述效果对比模块根据所述鸟类的数量进行驱鸟效果的分析。
[0054]
可选的，作为本发明的一种实施例,所述筑巢警报单元包括：筑巢特征提取模块和筑巢报警模块；所述筑巢特征提取模块与所述筑巢报警模块连接，所述筑巢特征提取模块用于根据所述输出图像提取鸟类筑巢的特征并进行对比，判断电力线路附近是否有鸟巢，所述筑巢报警模块用于根据筑巢特征提取模块输出的结果进行报警。
[0055]
可选的，作为本发明的一种实施例,所述超声波驱鸟单元包括发射驱动模块、超声波发射模块、自动调频模块、调节功率模块；所述发射驱动模块与超声波发射模块连接；所述自动调频模块、调节功率模块与所述超声波发射模块连接；所述自动调频模块、调节功率模块用于根据驱鸟效果的反馈进行超声波频率的调整。
[0056]
第二方面，本发明实施例提供一种可监测的超声波闭环驱鸟方法,包括：
[0057]
s1、可移动摄像头开启视频监控；
[0058]
s2、单帧捕捉图像进行灰度、去噪处理并作差分计算，灰度差值为0的两幅图像作为背景图像；
[0059]
s3、继续捕捉图像并与背景图像作差分计算，并割取运动物体图像；
[0060]
s4、对运动物体图像根据运动物体的形状进行区域分割，然后根据这些区域提取图像特征，并与鸟类特征值或者人型特征值进行对比：提取运动的物体的特征值与鸟类的
特征值符合则进行超声波驱鸟；提取运动的物体的特征值与人型的特征值符合则禁止驱鸟；
[0061]
s5、计算驱鸟动作前后的所述输出图像中鸟类的数量，反馈驱鸟效果并调整超声波的频率、功率。
[0062]
可选的，作为本发明的一种实施例，所述方法还包括：定期单帧捕捉图像进行灰度、去噪处理后，分区域提取特征值，并与鸟巢的特征值并进行对比，判断电力线路附近是否有鸟巢，若有则报警提醒工作人员清除鸟巢。
[0063]
可选的，作为本发明的一种实施例，所述方法还包括：定期更新背景图像。
[0064]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0065]
实施例1
[0066]
如图1所示，本申请实施例提供一种可监测的超声波闭环驱鸟装置,包括：图像抓取处理单元、鸟类识别单元、超声波驱鸟单元、效果反馈单元、筑巢警报单元、无线通讯单元和总控制台；图像抓取处理单元、鸟类识别单元、超声波驱鸟单元、效果反馈单元、筑巢警报单元分别通过无线通讯单元与总控制台通信连接；所述图像抓取处理单元与鸟类识别单元以及筑巢警报单元分别连接，所述鸟类识别单元与效果反馈单元连接；所述效果反馈单元与超声波驱鸟单元连接；
[0067]
其中，所述图像抓取处理单元包括广角动摄像机、图像处理模块，所述广角摄像机与图像处理模块连接；所述鸟类识别模块包括：特征提取模块和人型识别模块；所述筑巢警报单元包括：筑巢特征提取模块和筑巢报警模块，所述筑巢特征提取模块与所述筑巢报警模块连接，所述效果反馈模块包括：数量判断模块和效果对比模块，所述数量判断模块与所述效果对比模块连接；所述超声波驱鸟单元包括发射驱动模块、超声波发射模块、自动调频模块、调节功率模块；所述发射驱动模块与超声波发射模块连接；所述自动调频模块、调节功率模块与所述超声波发射模块连接；所述自动调频模块、调节功率模块用于根据驱鸟效果的反馈进行超声波频率的调整。
[0068]
在本实施例中，所述广角摄像头有多个，本实施例采用400万室外360度变焦球形摄像头，其有效观测距离为60米，摄像头广角视角55
°
，有效检测区域为一三角形区域，如图2所示。多个广角摄像头两两对称分布，对称布置时共同覆盖区域如图3所示，根据所检测间隔的大小，调整两摄像头的距离，就可以调整双检测六边形的形状；
[0069]
如图4所示，变电站的室外设备主要有变压器、110kv室外敞开设备、35kv电容器，110kv室外敞开区域宽50米、长100米，如下图中阴影长方形所示，布置摄像头方案如下：对称两摄像头距离70米，同一侧两相邻摄像头相距10米，共8个摄像头完成该区域的双冗余覆盖。
[0070]
如图5所示，在变电站的220kv变压器需要检测区域宽10米，长15米，由于变压器体积较大，会遮挡光线，因此采用四角各安装一台摄像头实现双冗余检测，35kv电容器需要检测区域宽10米，长20米，同样会遮挡光线，与变压器一样采用四角各安装一台摄像头实现双冗余覆盖。
[0071]
在本实施例中，如图6所示，发射驱动模块采用74hc00与非门设计的推挽式超声波驱动电路；如图7所示，所述超声波发射模块采用激励型mos管推挽变换器作为功率放大级；
[0072]
所述可移动摄像机实现电力线路上监控区域全覆盖,如图8所示，本装置基于通卷
积神经网络(机器学习)算法，所述图像处理模块进行图像处理，包括:图像灰度化、高斯平滑和拉普拉斯锐化、背景去除等处理，得到可用于分析的图像；所述特征提取模块将图像抓取处理模块的输出图像进行特征提取，包括：小图划分并提取hog特征、窗宽特征加权、mean-shift算法跟踪并与鸟类的特征进行比对；所述人型识别模块对所述输出图像进行特征提取并与人型特征进行比对，避免对人员造成误伤；所述数量判断模块通过鸟类识别模型输出识别结果：鸟类个数，并计算驱鸟动作前后的所述输出图像中鸟类的数量；所述效果对比模块根据所述鸟类的数量进行驱鸟效果的分析，所述自动调频模块、调功率模块根据驱鸟效果的反馈进行超声波频率、功率的调整，以达到更好的驱鸟效果；
[0073]
具体地，在本实施例中，执行驱鸟效果评估算法，所述驱鸟效果用一个量化指标q值来表示，具体方法如下：
[0074]
综合鸟类数量n1、鸟类出现的间隔数量n2、鸟类数量变化率k、鸟类存在时长t、鸟类出现日时间点t1、鸟类出现月份t2、白天或黑夜t3，添加权重系数，构成量化指标q：
[0075]
q＝a*n1+b*n2+c*k+x(t1，t2，t3)*t，
[0076]
其中：a，b，c分别为权重系数，x()为修正函数，所述，x()是由鸟类出现日时间点t1、鸟类出现月份t2、白天或黑夜t3决定，并根据驱鸟系统动作历史记录更新这三者的影响比重，量化指标q越大代表鸟害越严重，驱鸟效果越差，将其作为驱鸟效果反馈值来进行驱鸟算法修正。
[0077]
同时，所述筑巢特征提取模块根据所述输出图像提取鸟类筑巢的特征并进行对比，判断电力线路、变电站内附近是否有鸟巢，所述筑巢报警模块根据筑巢特征提取模块输出的结果进行报警，从而提醒工作人员将鸟巢清除，能够从根源解决鸟类干扰的问题。所述控制台设置在变电站内，所述总控制台通过无线通讯单元实现各功能单元的电性控制，显示驱鸟效果供工作人员参考，并接收报警信息。
[0078]
本实施例提供一种可监测的超声波闭环驱鸟方法,所述方法的可执行主体可以是一种一种可监测的超声波闭环驱鸟装置，所述方法包括：
[0079]
s1、可移动摄像头开启视频监控；
[0080]
s2、单帧捕捉图像进行灰度、高斯平滑和拉普拉斯锐化、并作差分计算，灰度差值为0的两幅图像作为背景图像，定期更新背景图像，提高计算的精准度。
[0081]
s3、继续捕捉图像并与背景图像作差分计算，并割取运动物体图像；
[0082]
s4、对运动物体图像根据运动物体的形状进行区域分割，然后根据这些区域提取图像特征，并与鸟类特征值或者人型特征值进行对比：提取运动的物体的特征值与鸟类的特征值符合则进行超声波驱鸟；提取运动的物体的特征值与人型的特征值符合则禁止驱鸟；
[0083]
s5、计算驱鸟动作前后的所述输出图像中鸟类的数量，反馈驱鸟效果并调整超声波的频率、功率。
[0084]
s6、定期单帧捕捉图像进行灰度、去噪处理后，将图像分成多个区域进行提取特征值，并与鸟巢的特征值并进行对比，判断电力线路附近、变电站架构上是否有鸟巢，若有则报警提醒工作人员清除鸟巢。
[0085]
s7、记录本次驱鸟动作信息，包括鸟类数量、出现时长、出现时间、出现位置、驱鸟所用频率、驱鸟最大功率、驱鸟效果值等，作为以后驱鸟的依据，也可以供工作人员查阅。
[0086]
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。