一种基于图像分析的光缆对地距离检测装置及方法与流程

本发明涉及光缆对地距离检测领域，具体涉及一种基于图像分析的光缆对地距离检测装置及方法。

背景技术：

光缆是用于通讯系统中信息通信设备之间的一种传输设备，相比传统采用铜线进行传输具有更大传输容量，中继距离更长，目前光缆使用越来越广泛，在人们日常生活中起着非常重要的作用。

技术人员在架设光缆时，需要控制光缆与地面的距离不低于设定的安全距离，这样才能保证光缆的正常运行。但是，在光缆日常运行过程中，常常因为外力破坏等因素造成光缆的下垂，当光缆与地面的距离低于安全距离时，将影响通信系统的安全稳定运行。尤其是在光缆跨域道路时，如果光缆往下垂落，与地面的距离低于安全距离，将会造成安全隐患，很容易给过往车辆和行人造成伤害，严重时可能会引起伤亡事故或通讯网络的中断。

目前，多是通过巡视人员对光缆进行巡视，判断光缆与地面的距离是否过小，然而这主要依赖巡视人员的经验，如果巡视人员经验不足，难以发现光缆与地面的距离低于安全距离，使得此类隐患不能被及时发现和消除，同时这种方式也增加了人员的工作量，巡视时间也较长，故需要设计一种光缆对地距离检测装置及方法。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种基于图像分析的光缆对地距离检测装置及方法，以解决现有技术方案中巡视人员对光缆进行巡视时，需要根据经验判断光缆与地面的距离是否低于安全距离的问题。

为了实现所述目的，本发明一种基于图像分析的光缆对地距离检测装置，用于设置在悬挂光缆的吊线上，包括壳体，所述壳体上端设有用于与吊线连接的连接装置，壳体下端设有用以检测对地距离的距离检测单元，壳体内设有用于获取对地距离并根据对地距离判断光缆对地距离是否安全并进行预警的控制单元和用于对距离检测单元和控制单元供电的供电装置，供电装置包括第一太阳能电池板和作为备用电池的第二太阳能电池板，所述第一太阳能电池板设置在壳体上表面，所述第二太阳能电池板设置在壳体侧壁上。

优选的，所述第二太阳能电池板上端与壳体侧壁铰接，初始状态下，所述第二太阳能电池板处于竖直状态并贴紧所述壳体侧壁；所述壳体内设有用于控制第二太阳能电池板转动到水平方向或竖直方向的控制装置，所述壳体上表面设有一个第三凹腔，所述第三凹腔底部的中心位置设有光源传感器，所述控制装置与第一太阳能电池板和光源传感器相连，所述控制装置判断是否检测到第一太阳能电池板的电量低于设定值且接收到光源传感器检测到太阳光的信号，如果是，则控制第二太阳能电池板转动到水平方向，如果否，则控制第二太阳能电池板转动到竖直方向。

优选的，所述第二太阳能电池板上固定有转轴，第二太阳能电池板通过所述转轴与壳体侧壁铰接，所述转轴上设有与第一齿轮，所述第一齿轮的中心轴与转轴的中心轴位于同一直线上，所述壳体侧壁设有电机，所述电机的输出轴上固定有第二齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，所述控制装置与电机相连以控制第二太阳能电池板转动到水平方向或竖直方向。

优选的，所述第三凹腔为圆柱体结构，所述圆柱体的高等于底面直径。

优选的，所述第三凹腔底部设有排水孔。

优选的，所述距离检测单元包括图像测距器、超声波测距离传感器和距离处理器，所述图像测距器包括红色圆形比对板、存储模块、计算模块和拍摄面朝下的摄像头，所述红色圆形比对板用于设置在壳体正下方的地面上，壳体安装到光缆上时，获取壳体与地面之间的初始距离并控制摄像头拍摄一张包含红色圆形比对板的地面照片作为基础照片，将所述初始距离和基础照片存到存储模块中，摄像头每隔10分钟拍摄一次包含地面照片作为对比照片，并将对比照片存储到存储模块上，计算模块获取基础照片和初始距离，识别基础照片中的红色圆形比对板部分并计算基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块获取对比照片，识别对比照片中的红色圆形比对板部分并计算对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块根据初始距离、基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点和对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点计算得出拍摄对比照片时壳体与地面之间的距离，所述距离处理器获取图像测距器测得的壳体与地面之间的距离作为第一距离以及获取超声波测距离传感器壳体与地面之间的距离作为第二距离，判断第一距离与第二距离的差值与第一距离的比值是否在-20％～20％之间，如果判断结果为是，则以第一距离和第二距离的平均值作为光缆对地距离，如果判断结果为不是，则以第一距离作为光缆对地距离。

优选的，距离处理器连接有异常记录模块和异常报警模块，异常记录模块内存储有异常次数值和异常次数阈值，距离处理器判断第一距离与第二距离的差值与第一距离的比值是否在-20％～20％之间，如果判断结果为不是，则距离处理器控制异常记录模块内存储有异常次数值加1，并判断异常次数值是否超过异常次数阈值，如果异常次数值超过异常次数阈值，则控制异常报警模块进行报警。

优选的，所述连接装置为挂钩，所述挂钩与壳体上端焊接。

为了实现所述目的，本发明一种基于图像分析的光缆对地距离检测方法，其特征在于：

获取图像测距器测得的壳体与地面之间的距离作为第一距离以及获取超声波测距离传感器壳体与地面之间的距离作为第二距离，判断第一距离与第二距离的差值与第一距离的比值是否在-20％～20％之间，如果判断结果为是，则以第一距离和第二距离的平均值作为光缆1对地距离，如果判断结果为不是，则以第一距离作为光缆1对地距离。

优选的，图像测距器测得的壳体与地面之间的距离的步骤包括：

将红色圆形比对板用于设置在壳体正下方的地面上；

在壳体安装到光缆上时，获取壳体与地面之间的初始距离并控制摄像头拍摄一张包含红色圆形比对板的地面照片作为基础照片；

控制摄像头每隔10分钟拍摄一次包含地面照片作为对比照片，并将对比照片存储到存储模块上；

获取基础照片和初始距离，识别基础照片中的红色圆形比对板部分并计算基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块获取对比照片，识别对比照片中的红色圆形比对板部分并计算对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块根据初始距离、基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点和对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点计算得出拍摄对比照片时壳体与地面之间的距离。

通过实施本发明可以取得以下有益技术效果：装置测量光缆对地距离并根据对地距离判断光缆对地距离是否安全并进行预警，无需巡视人员根据经验光缆与地面的距离是否低于安全距离。

以第一太阳能电池板作为主电池，以第二太阳能电池板作为备用电池进行供电，防止断电情况的发生。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的正视图；

图2为本发明一种实施方式的第一旋臂与第二旋臂分离时的左视图；

图3为本发明一种实施方式的第一旋臂与第二旋臂连接时的左视图；

图4为本发明另一种实施方式在第二太阳能电池板处于竖直状态时的的正视图；

图5为本发明另一种实施方式的第一旋臂与第二旋臂分离时的左视图；

图6为本发明另一种实施方式的第一旋臂与第二旋臂连接时的左视图；

图7为本发明另一种实施方式在第二太阳能电池板处于水平状态时的正视图；

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

实施例：

如图1～图7所示，本发明提供了基于图像识别的光缆对地距离检测装置，用于设置在悬挂光缆1的吊线2上，包括壳体3，壳体3上端设有用于与吊线2连接的连接装置4，壳体3下端设有用以检测对地距离的距离检测单元，壳体3内设有用于获取对地距离并根据对地距离判断光缆1对地距离是否安全并进行预警的控制单元和用于对距离检测单元和控制单元供电的供电装置。

控制单元通过对地距离与预设阈值比较，如果对地距离低于预设阈值，则进行预警；预设阈值根据实际要求进行设定，其中预警可以通过蜂鸣器或预警灯预警，也可通过gprs传输给远程监控设备进行预警。

如图2、图3、图5和图6所示，作为连接装置的一种优选结构，连接装置包括至少一组夹持臂，夹持臂包括第一旋臂41、第二旋臂42和用于连接第一旋臂41和第二旋臂42的螺栓43，第一旋臂41一端与壳体3转动连接，第二旋臂42一端与壳体3转动连接，第一旋臂41上设有第一吊线卡槽44和第一螺孔45，第二旋臂42上设有与第一吊线卡槽44对应的第二吊线卡槽46和与第一螺孔45对应的第二螺孔47，第一旋臂41设有第一螺孔45的部位和第二旋臂42设有第二螺孔47的部位均转动到竖直方向时，第一螺孔45的中心轴和第二螺孔47的中心轴在同一直线上，第一吊线卡槽44的开口朝向第二吊线卡槽46，第二吊线卡槽46的开口朝向第一吊线卡槽44，第一吊线卡槽44与第二吊线卡槽46结合形成供吊线2穿过的挂孔。使用时，首先旋转第一旋臂41和第二旋臂42，使其处于图3所示状态，并移动到吊线和光缆相对的位置处，接着旋转第一旋臂41和旋转第二旋臂42，将第一旋臂41设有第一螺孔45的部位和第二旋臂42设有第二螺孔47的部位均转动到竖直方向，即图2所示状态，最后，通过螺栓43穿过第一螺孔45和第二螺孔47，将第一旋臂41和第二旋臂42连接固定，使得第一吊线卡槽44和第二吊线卡槽46将吊线2卡在第一吊线卡槽44与第二吊线卡槽46结合形成挂孔内，进而使得光缆对地距离检测装置挂在导线2上。

如图2、图3、图5和图6所示，为了使得第一吊线卡槽44与第二吊线卡槽46能将吊线2卡紧，提高装置安装到导线上的稳定性，第一吊线卡槽44内设有用于卡紧吊线2的第一凸齿441，第二吊线卡槽46内设有用于卡紧吊线2的第二凸齿461，通过第一凸齿441和第二凸齿461实现对吊线2的齿轮咬合。

如图1～图7所示，为了通过简单的结构实现第一旋臂41与壳体3的转动连接和第二旋臂42与壳体3的转动连接，第一旋臂41用于与壳体3连接的一端设有左右方向上贯穿第一旋臂41的第一穿孔，第二旋臂42用于与壳体3连接的一端设左右方向上贯穿第二旋臂42的第二穿孔，壳体3上端设有用于连接第一旋臂41的第一凹腔和用于连接第二旋臂42的第二凹腔，第一旋臂41一端设在第一凹腔内，第二旋臂42一端设在第二凹腔内，第一凹腔内设有穿过第一穿孔的第一横杆411，第二凹腔内设有穿过第二穿孔的第二横杆421。第一横杆411固定在凹腔内，第一旋臂41通过第一穿孔转动连接在第一横杆41上，第二横杆421固定在第二凹腔内，第二旋臂42通过第二穿孔转动连接在第二横杆421上。

如图2、图3、图5和图6所示，为了让光缆1可以稳定在置于壳体3上方，壳体3上端位于第一凹腔与第二凹腔之间设有左右方向设置的光缆通槽5，光缆通槽5在垂直光缆1轴心面上的截面为半圆形，这样的结构还具备的优点是：不但光缆通槽5可以拖住光缆1防止其左右晃动，而且工作人员光缆1可以很方便地将光缆1置于光缆通槽5上，进一步的，光缆通槽5和夹持臂配合还起到固定吊线2与光缆1之间距离作用。

如图4～图7所示，为了更稳定的将光缆1固定在本发明的装置上，第一旋臂41上设有第一斜夹杆412，第一斜夹杆412远离第一旋臂41一端设有第一弧形夹壁413，第二旋臂42上设有第二斜夹杆422，第二斜夹杆422远离第二旋臂42一端设有第二弧形夹壁423，第一旋臂41设有第一螺孔45的部位和第二旋臂42设有第二螺孔47的部位均转动到竖直方向时，第一弧形夹壁413、第二弧形夹壁423和光缆通槽5形成一个用于夹持光缆1夹持空间，夹持空间与光缆1现状相对应。

作为连接装置的另一种优选结构，连接装置可以为挂钩，挂钩与壳体上端焊接。这样的结构在于结构简单，制作成本低。

作为供电装置的一种优选结构，供电装置包括第一太阳能电池板，第一太阳能电池板设置在壳体3上表面。

由于一些地区的阳光较少，太阳能较弱，为了防止第一太阳能电池板供电不住，如图5和图6所示，供电装置还包括作为备用电池的第二太阳能电池板6，第二太阳能电池板6设置在壳体3侧壁上，由于第二太阳能电池板6并不经常要用到，所以第二太阳能电池板6设置壳体3侧壁即可，无需增大壳体3上表面来放置第二太阳能电池板6，使得装置更为小巧。

如图5和图6所示，由于第二太阳能电池板6设置在壳体3侧壁上后，因为太阳光能照射到第二太阳能电池板6的时间较少，特别时中午太阳能最大的时候，太阳光无法照射到第二太阳能电池板6或太阳光与第二太阳能电池板6的夹角接近180度，使得第二太阳能电池板6能接受的太阳光很少。

为了解决上述问题，如图4～图7所示，本发明一种解决方案为：第二太阳能电池板6上端与壳体3侧壁铰接，如图4所示，初始状态下，第二太阳能电池板6处于竖直状态并贴紧壳体3侧壁，壳体3内设有用于控制第二太阳能电池板6转动到水平方向或竖直方向的控制装置，控制装置与第一太阳能电池板连接以检测第二太阳能电池板6的电量是否低于设定值，如果低于设定值，则控制第二太阳能电池板6转动到水平方向，如果不低于设定值，则控制第二太阳能电池板6转动到竖直方向，设定值可以设为第一太阳能电池板总容量的15％，或根据需要设定，这样的技术方案，仅在第二太阳能电池板6不足时，才将第二太阳能电池板6转动到水平方向进行充电，在不必要时无需增大装置在水平面上的占用空间。

为了解决上述问题，如图4～图7所示，本发明另一种方案为：第二太阳能电池板6上端与壳体3侧壁铰接，如图4所示，初始状态下，第二太阳能电池板6处于竖直状态并贴紧壳体3侧壁；壳体3内设有用于控制第二太阳能电池板6转动到水平方向或竖直方向的控制装置，壳体3上表面设有一个第三凹腔31，第三凹腔31底部的中心位置设有光源传感器32，控制装置与第一太阳能电池板和光源传感器32相连，控制装置判断是否检测到第一太阳能电池板的电量低于设定值且接收到光源传感器32检测到太阳光的信号，如果是，则控制第二太阳能电池板6转动到水平方向，如果否，则控制第二太阳能电池板6转动到竖直方向。设定值可以设为第一太阳能电池板总容量的15％，或根据需要设定；第三凹腔31和光源传感器32的配合是为了检测太阳光是否接近中午的直射，其原理是：当太阳光太斜时，第三凹腔31的腔壁遮挡了太阳光，使得光源传感器32无法检测到太阳光，即此时光源传感器32不会发出检测到太阳光的信号给控制装置；当太阳光角度达到一定值时，第三凹腔31的腔壁无法遮挡太阳光，使得光源传感器32检测到太阳光，即此时光源传感器32发出检测到太阳光的信号给控制装置。

作为第二太阳能电池板与壳体连接的一种优选结构，如图5和图6所示，第二太阳能电池板6上固定有转轴61，第二太阳能电池板通过转轴61与壳体侧壁铰接，转轴61上设有与第一齿轮62，第一齿轮62的中心轴与转轴61的中心轴位于同一直线上，壳体侧壁设有电机63，电机63的输出轴上固定有第二齿轮64，第二齿轮64与第一齿轮62啮合，控制装置与电机63相连以控制第二太阳能电池板转动到水平方向或竖直方向。通过简单的结构实现第二太阳能电池板与壳体侧壁铰接，并可以通过控制电机63实现第二太阳能电池板转动，第一齿轮62的齿数为第二齿轮64的齿数的5倍到10倍,第二齿轮64的齿形与第一齿轮62的齿形相同。

如图5和图6所示，作为第三凹腔31的优选结构，第三凹腔31为圆柱体结构，圆柱体的高等于底面直径。为了防止第三凹腔31积水，第三凹腔31底部设有排水孔33。

作为距离检测单元的一种优选结构，检测单元为超声波测距离传感器，超声波测距离传感器是本领域已知的一种距离检测器，本发明不再进行详细描述。

作为距离检测单元的另一种优选结构，如图4～图7所示，距离检测单元包括图像测距器，图像测距器包括红色圆形比对板、存储模块、计算模块和拍摄面朝下的摄像头7，红色圆形比对板用于设置在壳体3正下方的地面上，壳体3安装到光缆1上时，获取壳体3与地面之间的初始距离并控制摄像头拍摄一张包含红色圆形比对板的地面照片作为基础照片，将初始距离和基础照片存到存储模块中，摄像头每隔10分钟拍摄一次包含地面照片作为对比照片，并将对比照片存储到存储模块上，计算模块获取基础照片和初始距离，识别基础照片中的红色圆形比对板部分并计算基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块获取对比照片，识别对比照片中的红色圆形比对板部分并计算对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块根据初始距离、基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点和对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点计算得出拍摄对比照片时壳体3与地面之间的距离。壳体3与地面之间的距离可以直接作为光缆1对地距离。

对应的本发明还设计了一种基于图像识别的光缆对地距离检测方法，包括如下步骤：

将红色圆形比对板用于设置在壳体3正下方的地面上；

在壳体3安装到光缆1上时，获取壳体3与地面之间的初始距离并控制摄像头拍摄一张包含红色圆形比对板的地面照片作为基础照片；

控制摄像头每隔10分钟拍摄一次包含地面照片作为对比照片，并将对比照片存储到存储模块上；

获取基础照片和初始距离，识别基础照片中的红色圆形比对板部分并计算基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块获取对比照片，识别对比照片中的红色圆形比对板部分并计算对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块根据初始距离、基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点和对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点计算得出拍摄对比照片时光缆与地面之间的距离。

根据初始距离、基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点和对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点计算得出拍摄对比照片时光缆与地面之间的距离的原理是：由于红色圆形比对板的实际面积y和照片的总像素z都是固定的，当获取初始距离d1、基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点x、对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点x2；首先可以根据

可以通过公式如下公式计算得出光缆与地面之间的距离d2(也是壳体与地面的具体)：

简化后的公式为：

为了提高光缆1对地距离的测量精度，如图4～图7所示，距离检测单元还包括超声波测距离传感器、距离处理器，距离处理器获取图像测距器测得的壳体3与地面之间的距离作为第一距离以及获取超声波测距离传感器壳体3与地面之间的距离作为第二距离，判断第一距离与第二距离的差值与第一距离的比值是否在-20％～20％之间，如果判断结果为是，则以第一距离和第二距离的平均值作为光缆1对地距离，如果判断结果为不是，则以第一距离作为光缆1对地距离。为了距离检测单元有异常时，可以预警，距离处理器连接有异常记录模块和异常报警模块，异常记录模块内存储有异常次数值和异常次数阈值，距离处理器判断第一距离与第二距离的差值与第一距离的比值是否在-20％～20％之间，如果判断结果为不是，则距离处理器控制异常记录模块内存储有异常次数值加1，并判断异常次数值是否超过异常次数阈值，如果异常次数值超过异常次数阈值，则控制异常报警模块进行报警。控制异常报警模块可以为gprs模块和位置模块，通过gprs模块将位置模块和报警信息发送到工作人员的移动设备上。

对应的本发明还设计了一种基于图像分析的光缆对地距离检测方法，包括如下步骤：

距离处理器获取图像测距器测得的壳体与地面之间的距离作为第一距离以及获取超声波测距离传感器壳体与地面之间的距离作为第二距离，判断第一距离与第二距离的差值与第一距离的比值是否在-20％～20％之间，如果判断结果为是，则以第一距离和第二距离的平均值作为光缆1对地距离，如果判断结果为不是，则以第一距离作为光缆1对地距离。

其中通过距离处理器获取图像测距器测得的壳体与地面之间的距离的步骤包括：

将红色圆形比对板用于设置在壳体正下方的地面上；

在壳体安装到光缆上时，获取壳体与地面之间的初始距离并控制摄像头拍摄一张包含红色圆形比对板的地面照片作为基础照片；

控制摄像头每隔10分钟拍摄一次包含地面照片作为对比照片，并将对比照片存储到存储模块上；

获取基础照片和初始距离，识别基础照片中的红色圆形比对板部分并计算基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块获取对比照片，识别对比照片中的红色圆形比对板部分并计算对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点，计算模块根据初始距离、基础照片中红色圆形比对板所占用的像素点和对比照片中红色圆形比对板所占用的像素点计算得出拍摄对比照片时壳体与地面之间的距离。

上述根据具体情况，红色圆形比对板也可以由成圆形状涂在底面上的漆代替。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。