本发明提供了一种绝缘子远程监测及故障诊断的方法，尤其应用于电网中故障的绝缘子自动诊断和远程预警定位、导航。
背景技术：
近几年，许多行业对电力的需求与日俱增，随着配电网的投入及建设力度的持续加大，输电线路电压等级和输电距离随之增加，线路发生故障的可能性也越来越大。为了保证电力运行的安全和稳定，需要定期的对输电线路进行巡检和故障检修。对绝缘子的故障诊断，首先由巡检员到达现场手持红外热像仪对运行中的绝缘子进行热成像分析，进而完成对绝缘子的故障诊断。该方法虽能准确地对绝缘子进行故障诊断，但需要对每个运行中的绝缘子重复上述操作，人为工作量大，效率低，不能做到对故障绝缘子的自动诊断和远程监测。
中国专利文献106920240A公开了“一种基于红外图像的绝缘子识别和故障诊断方法”，其是一种对绝缘子的识别和故障诊断的方法，分析绝缘子在图像中显示的温度特性，将温度异常的绝缘子判定为故障绝缘子。该发明不能满足对绝缘子的远程监测及故障绝缘子的定位与导航的功能。
为此，本发明提供一种绝缘子远程监测及故障诊断的方法，该方法的应用能够一定程度上减轻人力和物力的投入，提高巡检人员的工作效率，为绝缘子故障监测监控提供了一条新方案，实现对电网中绝缘子的识别和故障诊断以及绝缘子的远程监控和预警的目的，同时也弥补了在手机端在电网绝缘子远程监测方面的不足。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于红外图像的绝缘子远程监测及故障诊断的方法，能够解决现有技术的不足，适合对电网绝缘子运行状态的远程监控和故障绝缘子的定位导航，提高巡检人员的工作效率。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：
本发明提供的基于红外图像的绝缘子远程监测及故障诊断的方法，具体是：通过由手机端和服务器端构成的系统来实现对电网上绝缘子的运行状态进行远程监控和故障绝缘子的定位导航，其中：手机端包括故障绝缘子信息显示模块、网络通信模块、故障绝缘子定位和导航模块，服务器端包括网络通信模块、MTALAB图像处理模块、数据库模块；当电网出现故障绝缘子时，手机端通过网络通信模块，从服务器端获取故障的绝缘子诊断结果及位置信息，并且显示在巡检人员的手机客户端，此时巡检人员通过故障绝缘子定位和导航模块实现对故障绝缘子的巡检导航。
手机端与服务器端之间的通信采用Socket通信协议，将红外图像的诊断结果信息显示在巡检人员的手机客户端，从而实现对电网中绝缘子的监控和预警的目的。
所述的MATLAB图像处理模块，对所采集到绝缘子的红外图像进行图像处理，获取红外图像的温度分布特性，获取红外图像信息及诊断绝缘子的故障诊断结果。
所述的图像处理，是将采集到的红外图像进行图像预处理、图像分割、图像识别和故障诊断，得到故障绝缘子的温度分布特性、故障诊断结果等信息，保存到数据库。
所述的图像预处理包括图像灰度化、图像去噪、图像对比度增强步骤。
所述的图像分割，采用二维最大熵阈值分割算法对红外图像进行分割处理。
所述的图像识别，采用SIFT算法对红外图像中绝缘子的识别，克服因拍摄角度差、图像尺寸变化和亮度差异等缺陷带来的绝缘子目标识别难的困难.
所述的故障诊断，采用表面温度判断法来对红外图像中的绝缘子进行故障诊断。
所述的故障绝缘子定位和导航模块是调用百度地图，实现对绝缘子的远程定位及目标导航的功能。
本发明提供的基于红外图像的绝缘子远程监测及故障诊断的方法，是用于较偏远、较复杂地区的电网上故障绝缘子的定位、导航。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)通过处理所采集到的红外图像，准确辨别绝缘子及绝缘子的温度分布特性，实现对绝缘子的故障诊断，并通过发挥移动互联网平台的优势数据传输通道将故障预警信息发送到手机端，实现远程监测的功能；
(2)方便巡检人员对故障绝缘子的定位和导航，做到“及时发现、准确定位”，提高了工作效率，确保了电网的安全稳定。
总之，本发明采用服务器端与手机端相结合，能够适应于对绝缘子故障的自动诊断和监测，特别适应较偏远较复杂的地区电网上绝缘子，实现对电网中绝缘子的识别和故障诊断以及绝缘子的远程监控和预警的目的。
附图说明
图1远程监测系统的总体结构。
图2红外图像处理框图。
图3绝缘子识别流程图。
图4绝缘子故障诊断流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种绝缘子远程监测及故障诊断的方法，通过处理所采集到的红外图像，准确辨别绝缘子及绝缘子的温度分布特性，实现对绝缘子的故障诊断，并通过发挥移动互联网平台的优势数据传输通道将故障预警信息发送到手机端，方便巡检人员通过手机端对电网中绝缘子运行状态的远程监测，以及故障绝缘子的定位、导航，提高巡检人员的工作效率。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但并不限定本发明。
本发明提供的一种绝缘子远程监测及故障诊断的方法，可以通过图1所示的系统实现对电网上绝缘子的运行状态进行远程监控和故障绝缘子的定位导航。该系统由手机端和服务器端构成，手机端包括故障绝缘子信息显示模块、网络通信模块、故障绝缘子定位和导航模块等。服务器端包括网络通信模块、MTALAB图像处理模块、数据库模块等。当存在故障绝缘子时，手机端通过网络通信模块，从服务器端获取故障的绝缘子诊断结果及位置信息，并且显示在巡检人员的手机客户端，且巡检人员通过故障绝缘子定位和导航模块实现对故障绝缘子的巡检导航。
所述手机端实现绝缘子运行信息的显示、故障绝缘子GPS位置读取以及定位和导航等功能，该手机端各模块的功能如下：
参见图1，所述的故障绝缘子信息显示模块：显示从服务器端获取的故障绝缘子的图片、绝缘子温度信息、经纬度以及故障类型等数据。
参见图1，所述的网络通信模块：用于手机端与服务器端之间的通信，采用Socket通信协议，数据格式类型为JSON，该网络通信模块负责接收服务器端发送过来的故障绝缘子信息，并显示在手机界面，以供巡检人员查看。
参见图1，所述的故障绝缘子定位和导航模块：手机端从服务器端获取红外图像的诊断结果以及处理后绝缘子图像，并利用Java的开源库Metadata Extractor对图片中的GPS信息进行提取，获得GPS信息，实现故障绝缘子的定位，提供给巡检人员，调用百度地图实现导航功能。
所述服务器端调用MATLAB对所采集到的红外图像进行红外图像处理，完成绝缘子的识别和故障诊断等功能，并将处理的结果数据保存到数据库。
该服务器端的各模块的功能如下：
参见图1，所述的网络通信模块：用于同手机端之间的通信，采用Socket通信协议，用于传输手机端请求的信息。
参见图1，所述的数据库模块：用于记录和存储图像处理模块返回的绝缘子数据，主要包含绝缘子故障诊断结果、绝缘子温度等信息；采用Socket通信协议与手机端通信。
参见图1，所述的图像处理模块：借助于MATLAB强大的图像处理库，对所采集到绝缘子的红外图像进行进行图像处理，获取红外图像的温度分布特性，诊断绝缘子故障与否。对绝缘子红外图像进行图像预处理、图像分割、图像识别和故障诊断等过程，获取故障绝缘子的温度分布特性、故障诊断结果等信息，并将数据归档到数据库。
所述的图像处理模块的工作过程包括以下步骤：
步骤1：红外图像预处理
参见图2所示，本发明中的图像预处理过程中包括图像灰度化处理、图像去噪和图像对比度增强等过程。所述的图像灰度化，采用加权平均方法处理，所述图像去噪，采用三维块匹配滤波方法，所述的对比度增强采用灰度线性变换实现。
步骤2：红外图像分割
参见图2所示，图像分割采用二维最大熵算法，将绝缘子目标与背景分离，使得绝缘子特征保留完整，获得预期的图像。
步骤3：红外图像绝缘子识别和故障诊断
绝缘子的识别过程参见图3，通过SIFT算法提取图像中SIFT特征点；采用欧式距离作为图像之间的相似度度量，假设两个向量p＝(p1,p2,...,pk)，q＝(q1,q2,...,qk)，两个向量直接欧式距离为：
采用RANSAC算法剔除错配点对，得到精确匹配点对；将获取到的特征点聚集成变换矩阵，对二维最大熵阈值分割算法分割后的模板进行仿射变换，识别绝缘子。
故障诊断参见图4，采用表面温度判断法诊断绝缘子的运行状态，通过红外图像的伪彩色值与温度值的映射关系，可得到图像中绝缘子各像素点的温度值t：
式中：t为实际温度；A、B为热像仪的标定曲线常数；对于短波系统，M为1。
将区域矩阵Q[m,n]转变成温度矩阵T[m′,n′]，对并温度矩阵T[m′,n′]中的数据进行遍历，分别得到区域中最大温度Tmax、最低温度Tmin以及平均温度Taver。其中最大温度代表温度畸变区域的温度，最低温度代表正常运行中绝缘子的温度。并与电压致热型设备缺陷诊断判据相比较，得到诊断结果。
本发明提供的一种绝缘子远程监测及故障诊断的方法，包括以下步骤：
步骤1：开启服务器
通过开启服务器，系统读取红外图片文件，同时加载MATLAB引擎，调用MATLAB图像图像处理工具。
步骤2：红外图像处理
MATLAB图像处理工具通过红外图像预处理、图像分割等处理步骤；采用SIFT算法完成待检测图像中绝缘子目标的识别；绝缘子识别完成后，采用表面温度判断法完成对绝缘子红外图像中温度数据的提取，得到红外图像的温度分布特性。并与电压致热型设备缺陷诊断判据相比较，得到诊断结果。
步骤3：数据归档与调用
将步骤2红外图像的处理结果存到数据库。服务器端与手机端通过网络通信，将绝缘子红外图像、温度参数以及故障诊断结果等信息显示在手机界面。
步骤4：绝缘子定位
手机端通过Java的开源库Metadata Extractor提取绝缘子红外图像中的GPS信息，并调用百度地图API，为巡检人员提供故障绝缘子的地理位置定位和线路导航。
重复步骤2至4，系统有效地运行，将故障绝缘子的信息发送到巡检人员的手机客户端，提高了巡检人员的工作效率，做到“及时发现、准确定位”，保证了电网的安全稳定。
本发明采用服务器端与手机端相结合，适应于对绝缘子故障的自动诊断和监测，特别适应较偏远较复杂的地区电网上绝缘子，实现对电网中绝缘子的识别和故障诊断以及绝缘子的远程监控和预警的目的。