变电站设备红外温度配准定位系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种对变电站设备进行温度预测的系统及方法，尤其涉及一种通过对 红外热像图和可见光图像进行配准定位实现对变电站设备的温度预测的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 电力工业中的许多设备都在高电压、大电流状态下运行，与热度有着极其密切的 联系。在众多停电事故中，因设备局部过热引起的停电检修时有发生。因此，及时发现设备 发热缺陷，将发热缺陷消除在初始状态，是保证设备安全运行、减少事故发生、避免被迫停 电的关键。红外检测的基本原理就是通过探测物体的红外辐射信号，获得物体的热状态特 征，并根据这种热状态特征及相应的判断依据判断出物体的状态。由于红外检测技术具有 远距离、不接触、实时、快速等特点，因而对实现电力设备的在线监测和故障诊断具有重要 的意义。变电站电力设备主要采用红外热成像和红外点温测量两种红外检测技术，从而实 现对全变电站主要电力设备的运行性能和发热情况的全面监测。
[0003] 红外热成像技术虽然有上述的诸多优点，但是与普通图像相比，红外热像图受到 工作原理、外界环境及自身器件等因素的影响，视觉效果不够清晰、目标设备与背景对比度 差，对后续的故障分析处理造成诸多不便。另外，红外监测设备市场几乎被国外大型公司占 据，由于行业垄断、技术封锁等原因，电力公司只能被动的购买、使用设备自带的分析软件， 无法较好的满足个性化要求，严重制约了变电站中电力设备故障诊断水平的提高，不利于 智能电网的安全稳定运行。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种变电站设备红外温度配准定位系统，其能够预测得到 变电站设备的红外热像图上各测定点的温度预测值，实现变电站设备的红外热像图和可见 光图像上各测定点的匹配及信息共享，该信息包括对所述各测定点的温度预测值。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种变电站设备红外温度配准定位方法，该方法同样 具有上述功能。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提出了一种变电站设备红外温度配准定位系统，其包 括：
[0007] 红外摄像机，其采集目标场景的红外热像图；
[0008] 可见光摄像机，其采集目标场景的可见光图像；
[0009] 视频服务器，其与红外摄像机和可见光摄像机通过视频线分别连接；
[0010] 数据处理分析单元，该数据处理分析单元通常为计算机，其与所述视频服务器连 接，其接收红外摄像机和可见光摄像机采集的变电站设备的红外热像图和可见光图像，并 对同一目标场景的红外热像图和可见光图像进行配准，以对同一目标场景的红外热像图和 可见光图像的各测定点进行匹配；所述数据处理分析单元建立径向基神经网络，并通过径 向基神经网络预测得到红外热像图上的各测定点的温度预测值，并将该温度预测值对应到 与红外热像图上的各测定点匹配的可见光图像的各测定点上。
[0011] 本发明所述的变电站设备红外温度配准定位系统，基于对同一目标场景的红外热 像图和可见光图像的配准，实现变电站设备的红外热像图和可见光图像上各测定点的匹 配，同时通过径向基神经网络将所述红外热像图的测定点的像素与温度进行拟合得到红外 热像图上的各测定点的温度预测值，并将该温度预测值对应到与红外热像图上的各测定点 匹配的可见光图像的各测定点上。所述配准就是将不同时间、不同传感器（成像设备）或 不同条件下获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程；常用的方法有基于灰度信息法、 变换域法以及基于特征法等，其技术较为成熟，是本领域技术人员公知的技术，本发明不再 做详细介绍。所述拟合的方法是，首先对所述径向基神经网络进行温度预测训练，然后用经 温度预测训练的径向基神经网络作为拟合模型，以红外热像图的测定点的像素和温度分别 作为所述拟合模型的输入和输出实现拟合。所述温度预测训练的方法是，以若干像素值为 输入样本，以所述若干像素值对应的温度条温度值作为所述输入样本相应的输出，对所述 径向基神经网络进行温度预测训练，求解径向基神经网络的参数。
[0012] 具体应用上，本发明所述的变电站设备红外温度配准定位系统可以通过设置人机 交互界面，实现红外热像图和可见光图像双通道监测：可通过点选红外热像图或可见光图 像上的任一测定点，获取该测定点的温度预测值、坐标等信息。
[0013] 本发明所述的变电站设备红外温度配准定位系统能对变电站设备进行全方位的 红外温度监测和配准定位，通过直接查阅可见光图像，获取各测定点的温度预测值、坐标等 信息，因此可降低由于红外热像图模糊而引起的热异常位置定位难度，缩小定位准确度误 差，简化了变电站红外温度监控中的后续故障分析处理难度，从而提高了变电站的智能化 水平。
[0014] 进一步地，在本发明所述的变电站设备红外温度配准定位系统中，所述红外摄像 机还与数据处理分析单元通过网线直接连接，以使数据处理分析单元向红外摄像机传输控 制参数，从而控制红外摄像机进行聚焦、光圈放电、设置区域等操作。
[0015] 进一步地，在本发明所述或上述的变电站设备红外温度配准定位系统还包括可转 动的云台，所述红外摄像机和可见光摄像机设置在所述云台上，所述云台与视频服务器连 接，以接收视频服务器的控制信号，从而使得可以通过视频服务器控制云台的转动。
[0016] 进一步地，在本发明所述或上述的变电站设备红外温度配准定位系统还包括电池 组和与电池组连接的逆变器，所述逆变器与红外摄像机、可见光摄像机、视频服务器和数据 处理分析单元分别连接，以将电池组提供的直流电转变为交流电提供给红外摄像机、可见 光摄像机、视频服务器和数据处理分析单元。
[0017] 相应地，本发明还提供了一种变电站设备红外温度配准定位方法，其包括步骤：
[0018] (1)分别获取变电站设备的同一目标场景的红外热像图和可见光图像；
[0019] (2)将可见光图像与红外热像图的像素矩阵进行匹配，以使可见光图像上的各测 定点完全对应匹配红外热像图上的各测定点；
[0020] (3)构建径向基神经网络并对其进行温度预测训练；
[0021] (4)以红外热像图上的测定点对应的像素值作为经温度预测训练的径向基神经网 络的输入，求解经温度预测训练的径向基神经网络的输出，该输出即为红外热像图上的测 定点的温度预测值，也即为可见光图像上的测定点的温度预测值。
[0022] 本发明所述的变电站设备红外温度配准定位方法的构思与本发明所述的变电站 设备红外温度配准定位系统的构思一致，在此不再赘述。
[0023] 本发明所述的变电站设备红外温度配准定位方法能预测得到变电站设备的红外 热像图上各测定点的温度预测值，实现变电站设备的红外热像图和可见光图像上各测定点 的匹配及信息共享，该信息包括对所述各测定点的温度预测值。
[0024] 进一步地，在本发明所述的变电站设备红外温度配准定位方法中，在所述步骤（1) 和（2)之间还包括图像预处理步骤，所述图像预处理步骤至少包括对红外热像图和可见光 图像进行图像均衡处理和滤波处理，该处理过程属于数字图像处理中的基础内容，是本领 域技术人员熟知的，因此本发明不再进行详细解释说明。
[0025] 进一步地，在本发明所述的变电站设备红外温度配准定位方法中，所述步骤（3) 包括下述步骤：
[0026] (3a)构建隐含层基函数；
[0027] (3b)基于所述隐含层基函数构建径向基神经网络；
[0028] (3c)以若干像素值为输入样本，以所述若干像素值对应的温度条温度值作为所述 输入样本相应的输出，对所述径向基神经网络进行温度预测训练，求解径向基神经网络的 参数。
[0029] 上述方案中，径向基神经网络的隐含层基函数有多种形式，最常用的是高斯核函 数。
[0030] 进一步地，在上述变电站设备红外温度配准定位方法中，
[0031] 步骤（3a)中构建的隐含层基函数为高斯核函数，其表达式为：
[0032]
[0033] 其中，X为η维输入向量，X= [X。x2,…，χη]，η为输入层神经元的个数；c.j为第j 个隐含层基函数的中心，是与X具有相同维数的向量^(X-c,)为第j个隐含层神经元的输 出值，P为隐含层神经元的个数；％为标准化常数，即高斯核函数的方差；
[0034] 步骤（3b)中构建的径向基神经网络的表达式为：
[0035]
[0036] 其中，yk为第k个输出层神经元的输出值，m为输出层神经元的个数；w_u为第j个 隐含层神经元与第i个输入层神经元之间的连接权值；
[0037] 步骤（3c)中所述参数包括隐含层基函数的数据中心C]、标准化常数〇 ,以及连接 权值^i，通过最小二乘法对其进行求解。
[0038] 上述方案中，所述参数多于方程数，是一个超定方程的求解，需要使用数值解法进 行求解，本发明采用最小二乘法。使用最小二乘法求解超定方程组是本领域内的技术人员 均熟知的方法，在此不再做详细的介绍。
[0039] 进一步地，在上述变电站设备红外温度配准定位方法中，〇 ,的取值范围为[0. 01， 0. 05]〇
[0040] 本发明所述的变电站设备红外温度配准定位系统与现有技术相比，具有以下有益 效果：
[0041] 1)能预测得到变电站设备的红外热像图上各测定点的温度预测值，实现变电站设 备的红外热像图和可见光图像上各测定点的匹配及信息共享；
[0042] 2)能对变电站设备进行全方位的红外温度监测和配准定位，通过直接查阅可见光 图像，获取各测定点的温度预测值、坐标等信息，因此可降低由于红外热像图模糊而引起的 热异常位置定位难度，缩小定位准确度误差，简化了变电站红外温度监控中的后续故障分 析处理难度，从而提高了变电站的智能化水平。
[0043] 本发明所述的变电站设备红外温度配准定位方法同样具有上述效果。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明所述的变电站设备红外温度配准定位系统在一种实施方式下的总 体架构示意图。
[0045] 图2为本发明所述的变电站设备红外温度配准定位系统在一种实施方式下的工 作流程图。
【具体实施方式】
[0046] 下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的变电站设备红外温度配 准定位系统及方法作出进一步的解释和说明。
[0047] 图1示意了本发明所述的变电站设备红外温度配准定位系统