专利名称：一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及安全检测及其预警系统，具体地，本发明涉及一种对输电线路附近的监控区域进行自动检测及其对输电线路构成的潜在危险进行多级预警的方法和系统，更具体地，本发明涉及一种对输电线路附近的树木生长状态进行自动检测及其对输电线路构成的潜在危险进行多级预警的方法和系统。所述多级预警的方法和系统采用了视频监控技术。
背景技术：
随着国民经济不断发展和我国的电力需求的不断增长，220kV及以上输电线路的电网得到了长足的发展。然而，同时电力传输的安全问题也越来越突出。输电线路及其铁塔等重要基础设施所受的外力入侵及破坏呈逐年上升趋势，严重影响电力系统等公共基础设施正常的运行和维护，对国民经济和社会稳定造成重大威胁。例如，输变电线路的外力入侵给线路运行维护、电网安全运行带来最严重的损失和隐患。影响输电线路(电网)安全和稳定的主要因素之一就是在输电线路附近存在的多种外力入侵破坏隐患，其中主要包括线路保护区内的树木灾害、人为的外力入侵和破坏以及自然灾害引起异物碰线等。所述警戒区域可以是包含被监测的输电线路下方的一个目标区域，警戒区域也可以包含被监测的外力入侵异物和建筑物。所述异物包括但不限于风筝、朔料带及鸟巢，建筑物包括但不限于住宅和桥梁。另外，通常，国家电网的一些主要电力铁塔都搭建在人烟稀少或人力无法到达的地方，而经过这些区域的超高压线路下往往种植着大量高大的树木，最高的可达20-30米， 稍有事故发生，将严重威胁输电线路的安全运行。例如，这些树木导致的事故会造成大面积停电，甚至引发一个区域的全电网事故。如果无法及时的监控和立即解除这些影响输电线路安全和稳定的树木灾害隐患，轻则大面积停电，造成严重的经济损失，重则造成人员伤亡。因此，对输电线路附近的树木进行自动检测以及预警的监控技术对输电线路上的反外力破坏具有重大意义。专利号为“CN02132392”的中国发明专利公开了一种电网故障测报系统。所述系统采用对电网取样的方式，当发生电网停电、设备受到外力破坏，或三相电压过低、以及三相电压不平衡等故障时，可及时就地报警并电话远方报警，并对故障发生的时间、地点、性质等信息进行存储、显示、打印，以供电力管理部门迅速准确的处理故障。然而，该技术只能在故障发生后提供报警，而无法对输电线路可能遭受的破坏进行预警。专利申请号为“CN200810236014”的中国发明申请专利公开了一种用于防止吊车等大型施工机械设备接近高压输电线路小于安全距离的报警器。所述报警器系统主要采用距离传感器，以判断物体与输电线路之间的距离是否小于安全距离。然而，在发生报警时，由于缺乏视频信息，电路管理人员很难判定警报是否是误报，也无法快速与准确的实施应急措施。只有等相关管理人员到达现场后，才能评估现场状况并实施具体应急方案，从而错失了最佳解决隐患的时机。专利申请号为“CN10177^62A”的中国发明申请专利公布了一种输电线路防外力破坏智能视频监控系统，包括η个监控节点、监控服务器和用户端设备，其中监控节点悬挂在线路杆塔上用来实时监视施工现场，虽然该技术为无人值守的系统和方法，能自动对多个施工现场进行全程监视，但无法解决监控树木灾害的防外力入侵问题。综上所述，现有技术无法满足当前对输电线路实时监控并对相关外力隐患及时预警的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用图像处理技术，对输电线路下方的警戒区域安全实现自动检测、并对它对输电线路造成的潜在危险进行多级预警的方法和系统。所述多级预警的方法和系统的图像处理技术采用了视频监控技术。为了解决上述技术问题，本发明提供一种一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，其特征在于，所述方法包括1)使用事先采集到的训练样本进行目标物特征模型建模；2)计算警戒区域中目标物每个像素点的图像特征；3)对比警戒区域中目标物像素点的图像特征与目标物特征模型，如果它们之间的相似度满足预先设定的条件，则该像素点检测为目标物点；4)如果警戒区域中检测到的目标物点的个数、大小超过预先设定值，系统发送预
警信号。根据本发明所述的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，其特征在于，所述目标物为输电线路下方的树木。夏季树木快速生长，当树木生长至输电线路下方的警戒范围内时，可以提取树木的图像特征和应用事先训练好的树木模型检测警戒区域内是否有树木入侵，通过对比警戒区域中的每一像素点的特征值与受监控树木特征模型来检测则警戒区域中像素点是否为树木。根据本发明的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，一旦在警戒区域中检测到一定数目的树木点，系统会发送预警信号。在本发明的一个典型实施例中，也可以根据警戒区域中检测到的树木像素点的个数多少发送预警信号。可以根据检测到树木点的个数的大小，系统产生不同报警级别预警信号，并发送警报至远程监控客户端以提醒监控人员严密监视树木的入侵状态。根据本发明的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，树木特征建模取决于应用场景，受监控树木种类可以是一种或多种。根据本发明的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，其特征在于， 建模可以使用多种图像特征包括色彩、纹理、熵特征。根据本发明的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，可以根据检测到树木点的个数的大小，系统产生不同报警级别预警信号，并发送警报至远程监控客户端并产生现场声光报警。根据本发明的对输电线路附近监控区域内的树木进行检测、预警的方法，所述目标物包含外力入侵异物和建筑物。所述异物包括但不限于风筝、朔料带及鸟巢，建筑物包括但不限于住宅和桥梁。根据本发明的对输电线路附近监控区域内的树木进行检测、预警的方法，其特征在于，所述方法和系统包括视频监控系统，所述视频监控系统在每隔一段时间内提取一帧目标图像，来检测输电线路下的警戒区域内是否存在树木。根据本发明的对输电线路附近监控区域内的树木进行检测、预警的方法，其特征在于，本发明提供的图像处理技术从一段视频帧序列图像中选取一帧目标图像，该视频是在摄像机拍摄角度为水平方向时获取的。根据本发明的对输电线路附近监控区域内的树木进行检测、预警的方法，其特征在于，对视频帧序列中的每一幅图像，可以计算根据图像中央区域的对比度，选择图像对比度最大的帧图像为目标图像。本发明所涉及的图像处理技术可以监控输电线路下方的警戒区域中是否存在树木入侵，该警戒区域位于输电线路下方。警戒区域可以通过预先采集到图像进行手工标定， 也可以利用摄像机对面铁塔信息由计算机自动标定而获得，自动标定算法可以应用边缘检测和Hough变化方法来实现。在本发明的一个典型实施例中，可对选取到的目标图像，计算其警戒区域中每个像素的图像特征，图像特征包括但不限于该像素点视觉特征、纹理特征和熵特征。据所提取到特征向量，应用事先训练好的树木特征模型判断该像素点是否属于树木像素点。根据本发明的对输电线路附近监控区域内的树木进行检测、预警的方法，其特征在于，应用模式分类中的线性分类器，使用训练样本来实现树木特征建模。训练样本可以从事先采集到一个图像集合得到，训练样本的特征包括但不限于树木的视觉特征、纹理特征和熵特征。本发明所提供的图像处理技术特征在于对比警戒区域中的每一像素点的图像特征值与受监控树木特征模型，如果它们之间的相似度满足预先设定的条件，则该像素点检测为树木点。一旦在警戒区域中检测到一定数目的树木点，系统会发送预警信号。在本发明的一个典型实施例中，也可以根据警戒区域中检测到的树木像素点的个数多少发送预警信号。可以根据检测到树木点的个数的大小，系统产生不同报警级别预警信号，并发送警报至远程监控客户端以提醒监控人员严密监视树木的入侵状态。本发明的又一技术方案如下一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，其特征在于，所述系统包括摄像头100，对警戒区域进行视频采样，并电信接入电力系统局域网或互联网，以供远程视频智能监控系统与远程监控客户端实时捕捉现场信息；视频智能监控系统200，对从摄像头100获取的视频信息进行处理，并根据检测结 果向监控客户端发送预警信号；视频智能监控系统200包括目标区域选取模块101，特征提取模块102，树木检测 模块103，与异常事件报警模块104。根据本发明的一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，目标区 域选取模块101选取监控图像中的目标区域。根据本发明的一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，在本专 利中我们关注的是输电线路下方的树木生长，因此目标区域即监控图像中电线下方一定范 围内的区域。本专利的一种典型的实施方案可通过手动选取来完成。因为对于监控相机而 言，其拍摄场景相对固定，所以固定的目标区域基本就能满足需求。在本专利的其他实施方 案中，也可采用其他背景建模方法，比如通过Hough变换找到电线的位置，再将电线下放若 干像素的范围作为目标区域。当选择完成后，对每一巾贞图像只需处理目标区域里的像素。根据本发明的一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，其特征 在于，提取模块102提取目标区域内像素的各种视觉信息。根据本发明的一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，其特征 在于，对于每一个像素，其特征向量为27维，分别为 颜色特征6维，其中3维CIE Lab颜色特征，3维光照不变颜色特征；纹理特征18维，为3个尺度、每个尺度6个角度的gabor特征；3维熵特征颜色特征6维，其中3维CIE Lab颜色特征，3维光照不变颜色特征；纹 理特征18维，为3个尺度、每个尺度6个角度的gabor特征；3维熵特征，向量的每一维都 进行归一化。根据本发明的一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，其特征 在于，对于上述102模块中的颜色特征，前三维是CIE Lab空间的三个通道L、a、b。后 三维光照不变特征的求法为先求取CIE 乂^空间的三个通道乂、￥、2。
权利要求
1.一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，其特征在于，所述方法包括1)、使用事先采集到的训练样本进行目标物特征模型建模；2)、计算警戒区域中目标物每个像素点的图像特征；3)、对比警戒区域中目标物像素点的图像特征与目标物特征模型，如果它们之间的相似度满足预先设定的条件，则该像素点检测为目标物点；4)、如果警戒区域中检测到的目标物点的个数、大小超过预先设定值，系统发送预警信号。
2.根据权利要求1所述的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，其特征在于，所述目标物为输电线路下方的树木。
3.根据权利要求1所述的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，其特征在于，建模使用多种图像特征包括色彩、纹理、熵特征。
4.根据权利要求1所述的对输电线路附近监控区域内的树木进行检测、预警的方法， 其特征在于，所述方法和系统包括视频监控系统，所述视频监控系统在每隔一段时间，从一段视频帧序列图像中提取一帧目标图像，该视频是在摄像机拍摄角度为水平方向时获取的，来检测输电线路下的警戒区域内是否存在树木。
5.根据权利要求1所述的对输电线路附近监控区域内的树木进行检测、预警的方法， 其特征在于，对视频帧序列中的每一幅图像，根据图像中央区域的对比度，选择图像对比度最大的帧图像为目标图像，应用模式分类中的线性分类器，使用训练样本来实现树木特征建模。
6.一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，其特征在于，所述系统包括摄像头，对警戒区域进行视频采样，并电信接入电力系统局域网或互联网，以供远程视频智能监控系统与远程监控客户端实时捕捉现场信息；视频智能监控系统，对从摄像头获取的视频信息进行处理，并根据检测结果向监控客户端发送预警信号；视频智能监控系统200包括目标区域选取模块，特征提取模块，树木检测模块103，与异常事件报警模块。
7.根据权利要求6所述的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，目标区域选取模块101选取监控图像中的目标区域。
8.根据权利要求6所述的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，其特征在于，对于每一个像素，其特征向量为27维，分别为 颜色特征6维，其中3维CIE Lab颜色特征，3维光照不变颜色特征； 纹理特征18维，为3个尺度、每个尺度6个角度的gabor特征； 3维熵特征颜色特征6维，其中3维CIE Lab颜色特征，3维光照不变颜色特征；纹理特征18维，为3个尺度、每个尺度6个角度的gabor特征；3维熵特征，向量的每一维都进行归一化。
9.根据权利要求8所述的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，其特征在于，对于上述102模块中的颜色特征，前三维是CIE Lab空间的三个通道L、a、b。后三维光照不变特征的求法为先求取CIE XYZ空间的三个通道X、Y、Z0
10.根据权利要求7所述的对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的系统，其特征在于，对于上述102模块中的熵特征，其计算方法为以每一个像素为中心，取一个NXN大小的窗口，统计窗口中的直方图，并求取相应的熵值
全文摘要
本发明涉及一种对输电线路附近监控区域进行安全检测、预警的方法，其特征在于，所述方法包括1)使用事先采集到的训练样本进行目标物特征模型建模；2)计算警戒区域中目标物每个像素点的图像特征；3)对比警戒区域中目标物像素点的图像特征与目标物特征模型，如果它们之间的相似度满足预先设定的条件，则该像素点检测为目标物点；4)如果警戒区域中检测到的目标物点的个数、大小超过预先设定值，系统发送预警信号。所述目标物为树木。本发明满足当前对输电线路实时监控并对相关外力隐患及时预警的需求。
文档编号G06K9/62GK102446390SQ20111006314
公开日2012年5月9日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者何冰, 刘振海, 刘新平, 朱炜, 沈超, 胡凌靖 申请人:上海市电力公司, 上海电力带电作业技术开发有限公司