一种基于单目视觉分析方法的输电线路舞动监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于单目视觉分析方法的输电线路舞动监测方法，第一步，选择好进行监测的系统硬件，系统硬件包括激光测距仪、工业摄像头、笔记本电脑、三角架、普通录像机，激光测距仪用于测量距离、仰角、与线路夹角；本发明方法通过分析现场拍摄的线路舞动视频录像，结合相应的标定参数，实现对线路舞动的精确监测。通过分析现场拍摄的线路舞动视频录像，结合相应的标定参数，实现对线路舞动的精确监测。
【专利说明】一种基于单目视觉分析方法的输电线路舞动监测方法【技术领域】
[0001]本发明涉及电力监测领域，尤其是针对输电线路舞动的监测方法。
【背景技术】
[0002]架空输电线路在运行过程中会因自然条件的作用而发生多种灾害事故，舞动就是其中危害较为严重的一种。舞动是指导线在一定自然条件下，覆冰形成非对称圆截面，在风的作用下产生一种低频、大振幅的自激振动。
[0003]舞动在振动形态上表现为在一个档距内只有一个或少数几个半波。输电线路舞动的发生通常取决于三方面的要素:导线不均匀覆冰、风激励和线路结构参数。一般来说，发生舞动线路的如下信息是非常重要的，应尽可能准确、翔实地观测、记录。例如舞动发生的日期、时间、气温、风速、风向、冰型、冰厚、线路参数(档距、分裂导线分裂数)、阶次、频率、振幅等。表征舞动特性的主要参数为振幅、频率和阶次。
[0004]舞动产生的危害是多方面的，轻者会发生闪络、跳闸，重者发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，杆塔螺栓松动、脱落，甚至倒塔，导致重大电网事故。随着我国电网建设的发展，近年来我国架空输电线路舞动事故发生的频率和强度明显增加，舞动已成为当前我国威胁线路安全的最主要因素之一。
[0005]我国关于舞动的记载始于20世纪50年代。据资料统计，自1957年至2008年，我国东北、华北、华中、西北等地区输电线路发生舞动事故已超过80起，波及到各个电压等级的输电线路。其中辽宁22起、湖北21起、河南9起，这3个省份是舞动发生最频繁的地区。考虑到输电线路自身具有一定的抗舞动能力，轻微舞动并未造成严重事故，以及统计数据的不完整，实际发生的舞动次数应高于统计记录。尤其是2000年后，我国输电线路几乎每年都发生较严重的舞动事故，造成的经济损失较大。
[0006]近年来发达国家输电线路的发展基本处于停滞状态，因此有关线路的舞动记录不多，形成舞动的因素非常复杂，而各种因素又相互影响，构成了激发与扩展的复杂情况。归纳起来，对导线舞动的激发与扩展起主要作用的因素大致包括地形与地势，当地的气象条件、线路系统的结构与参数。由于上述特点，造成了舞动预测的困难性。
[0007]舞动发生时的相关数据对后续的舞动机理及相关影响因素分析、舞动防治起着至关重要的作用。由于舞动发生几率较低，不易被人们观测到，因此世界上不少国家建立了舞动试验线路，为舞动问题的深入研究和舞动治理提供基础数据。通过监测，可以掌握舞动发生的范围、频度、 以及易于舞动的气象、地形条件，监测又是验证防舞动设计计算理论、确定防舞动方案以及防舞动效果的重要手段。
[0008]目前，导线舞动监测技术主要采用两种原理:一种是通过视频采集技术来实现对舞动监测；另一种是通过传感器采集输电导线舞动参数，然后通过计算机建模处理，分析计算线路舞动情况。关于输电线路舞动监测技术在国内外应用都还很不成熟，装置和系统存在诸多缺陷和问题，归纳起来主要有以下三个方面:
I)传感器的布置问题，导线舞动在线监测系统的难点在于传感器的安装与数量的选择以及曲线拟和算法的选择，安装的传感器过多，可以得到更多的数据，曲线拟和就好，精度也越高，但相应的成本也越大，软件的计算量也随之加大，且安装过多的传感器还有可能破坏输电导线舞动的数学模型。反之成本降低了，但由于监测点有限，就不能精确地计算、拟和输电导线舞动的轨迹。
[0009]2)电源问题，对传感器来说，在信息接受方或发送终端都是需要电源的。现在设计的输电线舞动监测终端多采用太阳能蓄电池或自充电蓄电池系统为系统的电源。一种方案是自取电蓄电池系统，即利用市电供电或者直接把输电线的高压电变成所需电源对电池进行充放电；另一种是太阳能电池板充放电电源系统，该电源系统是一个独立的自给自足电源系统，不受市电或输电线路电源影响，但是太阳能蓄电池的转化效率较低，供电时间短，受天气影响较严重。
[0010]3)数据传输问题，现有的传输技术有较多种，诸如无线传输、光纤传输、宽带传输、微波传输等，无线传输较为多见，但很容易出现数据丢包现象，光纤传输目前应用较少，但数据传输稳定可靠，而且几乎不受电磁干扰的影响，应用前景广阔，但价格较高。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种基于单目视觉分析方法的输电线路舞动监测方法，实现舞动幅值、频率、阶次以及舞动动态轨迹和变化趋势的精确监测。
[0012]本发明的技术方案是:
一种基于单目视觉分析方法的输电线路舞动监测方法，第一步，选择好进行监测的系统硬件，系统硬件包括激光测距仪、工业摄像头、笔记本电脑、三角架、普通录像机，激光测距仪用于测量距离、仰角、与线路夹角；
第二步，对摄像机进行标定，根据成像基本原理，进行标定的计算，解决摄像机拍摄得到的舞动图像尺寸与实际尺`寸的对应问题，以得到用摄像机观测舞动的振幅，
第三步，进行舞动监测，
其中，第二步对摄像机进行标定过程如下:
用来拍摄的输电线路所在空间内任意一点的垂直位移标定系数K，
【权利要求】
1.一种基于单目视觉分析方法的输电线路舞动监测方法，其特征在于:第一步，选择好进行监测的系统硬件，系统硬件包括激光测距仪、工业摄像头、笔记本电脑、三角架、普通录像机，激光测距仪用于测量距离、仰角、与线路夹角； 第二步，对摄像机进行标定，根据成像基本原理，进行标定的计算，解决摄像机拍摄得到的舞动图像尺寸与实际尺寸的对应问题，以得到用摄像机观测舞动的振幅， 第三步，进行舞动监测， 其中，第二步对摄像机进行标定过程如下: 用来拍摄的输电线路所在空间内任意一点的垂直位移标定系数K，
2.根据权利要求1所述的基于单目视觉分析方法的输电线路舞动监测方法，其特征在于:所述第三步，舞动监测分为在线监测和离线监测， 在线监测需要将摄像头与笔记本电脑相连，将事先测量的距离、仰角、与线路夹角及相机参数输入数据库，在录像过程中自动追踪特征点的运动轨迹，并将各特征点信息综合，绘制舞动导线的三维运动轨迹，具体操作流程如下:1)确定舞动监测对象，主要确定要监测的线路具体档距，全档监测还是半档监测，监测三相导线还是只监测一相导线； 2)选择摄像点，主要考虑到拍摄点与线路应用一定的距离以保证标定系数的精确性，但同时应保证线路特征点的清晰； 3)将摄像头与安装有视频分析软件的笔记本电脑相连，并固定于三角架上， 4)测量摄像头的仰角、摄像头与线路方向的夹角、及摄像头至各特征点的距离等参数，并录入视频分析软件数据库， 5)输入摄像头焦距、像元尺寸等参数，计算机自动计算出各特征点的标定系数； 6)开机自动监测，在摄像头录取舞动录像的同时，系统自动跟踪各特征点的像素变化轨迹，并根据标定系数计算出实际变化量，综合各特征点的运动轨迹绘制线路三维变化轨迹，从而得到舞动幅值、频率、阶次等参数，在监测过程中保证定点、定焦距录像； 离线监测， 离线监测可先录取舞动视频，然后测量距离、仰角、与线路夹角，结合相机参数计算出标定系数，在利用软件 追踪各特征点的变化轨迹，然后结合各特征点的标定系数得出舞动导线的三维变化轨迹；离线监测所需设备少，操作流程简单，特别适合于野外监测，操作流程如下: 1)确定舞动监测对象，主要确定要监测的线路具体档距，全档监测还是半档监测，监测三相导线还是只监测一相导线； 2)选择摄像点，主要考虑到拍摄点与线路应用一定的距离以保证标定系数的精确性，但同时应保证线路特征点的清晰； 3)将摄像及固定于三角架上进行定点、定焦录像； 4)录像录制后记录测量摄像头的仰角、摄像头与线路方向的夹角、及摄像头至各特征点的距离等参数；结合摄像机本身参数计算出各特征点的标定系数； 5)录制结束后，将录取的录像带入视频分析系统，获得各特征点的二维变化曲线，结合标定系数，得出各特征点的二维变化轨迹，并得出舞动线路的三维曲线，从而得到舞动幅值、频率、阶次等参数。
【文档编号】G01H9/00GK103698001SQ201310707413
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】阎东, 吕中宾, 杨威, 谢凯, 杨晓辉, 邵颖彪, 魏建林, 宋高丽, 张博 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司电力科学研究院