电力设备的灾损监控感知采集方法及装置与流程

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种电力设备的灾损监控感知采集方法及装置。

背景技术：

国家电网中各类电力设备的安全稳定运行是人民正常生活工作的重要保障。近年来，各种自然灾害频发且有增长趋势，台风、强降雨、地质地震、雨雪冰冻等灾害都会对电网设备造成巨大损害。

现有技术中对于电力设备的灾损信息仍主要依靠人工现场勘察后上报的方式，一方面现场信息采集效率不高，另一方面在重大突发事件来临时存在数据获取难、获取慢、局限性大、数据源少等问题，影响了应急响应科学决策，无法快速全方位采集灾损现场设备的受损数据。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的上述缺陷，从而提供一种可以快速获取电力设备运行数据，准确判断电力设备运行状况的方案。

为此，根据本发明一个方面，提供了一种电力设备的灾损监控感知采集方法，包括以下步骤：

通过视觉探测器采集电力现场的视觉信息，生成所述电力现场的多张三维图像；所述视觉探测器包括可见光探测器、红外线探测器和紫外线探测器；

对所述多张三维图像进行处理，以确定所述三维图像中包含的电力设备对应的设备标识；

获取服务器中存储的与所述设备标识相对应的实时运行数据和历史运行数据；

将所述实时运行数据与所述历史运行数据显示在所述三维图像中的对应位置。

示例性地，在所述通过视觉探测器采集电力现场的视觉信息，生成所述电力现场的多张三维图像的步骤之前，还包括：

获取所述电力现场中每个电力设备的标准点云特征，存储所述标准点云特征与对应的电力设备的设备标识之间的映射关系。

示例性地，所述对所述三维图像进行图像处理，以确定所述三维图像中包含的电力设备对应的设备标识的步骤包括：

对所述三维图像进行预处理以去除噪声；

基于所述标准点云信息对所述三维图像进行调整，以使所述三维图像的视角与所述标准点云信息的视角相对应；

将所述三维图像中包含的电力设备的点云信息与存储的所述标准点云信息对比，以确定与所述电力设备的点云信息相对应的标准点云信息，并获取与所述标准点云信息具有映射关系的设备标识。

示例性地，在所述通过视觉探测器采集电力现场的视觉信息，生成所述电力现场的多张三维图像的步骤之后，还包括：

检测所述多张三维图像之间是否满足连续性条件；

当所述多张三维图像之间不满足连续性条件时，通过所述视觉探测器生成所述电力现场的补充三维图像，以使所述补充三维图像和所述多张三维图像之间满足所述连续性条件。

示例性地，还包括：

基于所述电力设备在所述三维图像中显现的视觉特征，确定所述电力设备的运行状况；所述视觉特征包括温度特征和表针示数特征。

示例性地，还包括：

当无法通过服务器获取到与电力设备相对应的实时运行数据和历史运行数据时，通过无线方式获取与所述电力设备相对应的实时运行数据。

示例性地，还包括：

基于所述实时运行数据和所述历史运行数据确定所述电力设备的运行状况。

根据本发明第二方面，提供了一种电力设备的灾损监控感知采集装置，包括：

图像采集单元，用于通过视觉探测器采集电力现场的视觉信息，生成所述电力现场的多张三维图像；所述视觉探测器包括可见光探测器、红外线探测器和紫外线探测器；

设备标识单元，用于对所述多张三维图像进行处理，以确定所述三维图像包含的电力设备对应的设备标识；

数据获取单元，用于获取服务器中存储的与所述设备标识相对应的实时运行数据和历史运行数据；

融合显示单元，用于将所述实时运行数据与所述历史运行数据显示在所述三维图像中的对应位置。

根据本发明第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

根据本发明第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明技术方案，具有如下优点：

(1)本发明将机器视觉环境建模技术用在电力灾情现场的设备识别过程中，无需借助外部辅助设备便可实现对灾情现场中电力设备的精细化识别和比对，从而准确获取现场设备的实时和历史运行数据。

(2)本发明结合机器视觉点云识别和无线传感器组网技术，利用机器视觉点云识别技术实现现场设备的精细化识别，获取后台对应设备的运行视觉，利用无线传感器组网zigbee等无线通信模块，实现因灾损严重后台监测系统无法获取设备实时运行状态后的电力设备现场传感器的快速组网和数据采集，通过两种数据采集技术的融合，从而建立起完善可靠的现场电力设备灾损数据采集方法体系，保障现场应急人员快速准确获取电力设备受损情况，从而快速开展应急救援抢险。

(3)本发明将rgb可见光建模和多频段(红外、紫外光)建模方法进行融合，提高设备在复杂灾情环境下的识别率，对于肉眼无法识别的设备故障，采用多普段光线进行监测识别，有效提高设备故障发现概率。

(4)本发明利用增强现实技术将识别出的实体设备实时和历史运行信息，与设备实体景象叠加展现融合，实现现场作业人员生动准确地获取实体设备的详细实时运行数据和受损情况，辅助现场应急人员快速了解电力设备灾情情况并开展救援抢修。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中电力设备的灾损监控感知采集方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例2中电力设备的灾损监控感知采集装置的一个具体示例的原理框图；

图3为本发明实施例3中电力设备的灾损监控感知采集装置的硬件结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

请参阅图1，示出了一种电力设备的灾损监控感知采集方法，包括以下步骤：

s100:通过视觉探测器采集电力现场的视觉信息，生成所述电力现场的多张三维图像；所述视觉探测器包括可见光探测器、红外线探测器和紫外线探测器。

本实施例中的电力现场可以包括变电站、风电场升压站、火力发电厂等实际应用场景。可以利用视觉探测器扫描电力现场的环境以生成电力现场的视频片段，该视频片段由多张连续的三维图像组成。例如，可以围绕整个电力现场进行360°扫描，以完整获取电力现场的所有电力设备的三维图像。本实施例中的视觉探测器可以发出可见光、红外线、紫外线等多种光线，对应地三维图像可以包括可见光图像、红外图像、紫外图像等多模态图像形式。可见光图像可以反映电力设备的表面状况、表针示数，红外图像可以反映电力设备的温度，紫外图像可以反映电力设备的放电程度，等等，从而可以从多方面监控电力设备的运行状态。

s200:对所述多张三维图像进行处理，以确定所述三维图像中包含的电力设备对应的设备标识。

可以理解，电力现场中包括多台电力设备，每个设备标识用于唯一确定一台电力设备。可以通过不同的位置信息确定电力现场中不同的设备标识，或者通过不同的形状信息确定不同的设备标识，本实施例对此不做限制。

s300:获取服务器中存储的与所述设备标识相对应的实时运行数据和历史运行数据。

通常每台电力设备的运行数据会实时传送到远程服务器，因此在获得每台设备对应的唯一设备标识的基础上，可以根据该设备标识从远程服务器中获取到与目标设备标识对应的历史运行数据和实时运行数据。可以理解，有些电力设备的运行参数可以直接通过肉眼观测到，例如具有表盘指针示数的压力数据、温度数据等；有些电力设备的运行参数无法直接通过肉眼观测到，例如发电机的实时转速、变压器两端的实时电压等。通过接入远程服务器，可以准确获取到每台电力设备相对应的所有运行数据。

s400:将所述实时运行数据与所述历史运行数据显示在所述三维图像中的对应位置。

电力设备的历史运行信息和实时运行信息可以作为判断该电力设备运行状况是否正常的依据。三维图像的对应位置可以是电力设备的上方、下方或侧方等空间位置。例如三维图像中包含设备1、设备2和设备3共三台电力设备，其中从服务器中获取到设备1的实时运行数据为数值1，设备1的历史运行数据为数值1’；设备2的实时运行数据为数值2，设备2的历史运行数据为数值2’；设备3的实时运行数据为数值3，设备3的历史运行数据为数值3’。可以在设备1的图像的上方显示数值1和数值1’，在设备2的图像的上方显示数值2和数值2’，在设备3的图像的上方显示数值3和数值3’，这样就实现了电力设备的实时运行数据和历史运行数据在三维图像中的融合显示。

电力设备的实时运行数据可以包括一个或几个数据，历史运行数据则可能包括大量数据。可以通过设置过滤条件来选择有限个历史运行数据，例如最近一周内的历史运行数据，从而可以节约三维图像上的显示空间，简化对比过程。

本实施例基于三维图像识别图像中电力设备的设备标识，从服务器中获取电力设备的运行数据并显示在三维图像中，有助于现场应急处理人员准确快速地判断电力设备地运行状态，提高灾损情况下电力设备的监控效率。

优选地，在步骤s100之前，还包括：获取所述电力现场中每个电力设备的标准点云特征，存储所述标准点云特征与对应的电力设备的设备标识之间的映射关系。

本步骤是通过机器视觉技术对电力设备进行建模，利用建立好的电力设备的模型从三维图像中识别电力设备。具体可以采用视觉探测器如rgb-d传感器和多频段传感器(红外线探测器、紫外线探测器)实时地获取电力设备的点云信息，利用二进制形式的orb特征算子对点云信息进行特征提取以获取电力设备的标准点云特征。具体实施时，可以将电力设备的标准点云特征描述成二进制形式的视觉单词。当多个电力设备构成一个电力系统时，可以将每个电力设备对应的视觉单词存储在树形结构的子节点中，该电力系统则可以作为树形结构的根节点。当包括多个电力系统时，可以存储每个电力系统中对应的每个电力设备的视觉单词，由此形成视觉词典。通过该视觉词典，可以查询到每个电力设备的标准点云特征，以及其与对应电力系统的隶属关系。

在存储标准点云特征的基础上，本步骤进一步存储标准点云特征和设备标识之间的映射关系。例如标准点云特征1对应设备标识1，标准点云特征2对应设备标识2，标准点云特征3对应设备标识3。

通过机器视觉技术为电力设备建模，存储电力设备的标准点云特征与设备标识之间的映射关系，有利于提高电力设备识别的快速性和准确性。

优选地，步骤s200包括：

s210:对所述三维图像进行预处理以去除噪声。由于在图像获取过程和传输过程中可能存在着噪声和其他不利于图像分析的因素，因此本步骤用于进行图像的前期处理，主要利用低通滤波去除图像噪声，提高图像的质量。

s220:基于所述标准点云信息对所述三维图像进行调整，以使所述三维图像的视角与所述标准点云信息的视角相对应。可以理解，利用视觉探测器实时获取的电力设备的三维图像与预先建模过程中获取的标准点云图像之间可能存在这拍摄角度或者局部相对位置方面的差异，为了方便后续的特征提取和设备识别过程，需要对存在差异的图像进行配准，以使实时获取的三维图像的视角与预存的标准点云信息的视角相对应。具体可采用基于特征匹配的方法，利用sift算法能提取稳定的特征点，并处理两幅图像之间发生平移、旋转、仿射变换、视角变换等情况下的匹配问题，对光照变化造成具有很好的鲁棒性，可以以很高的概率进行匹配。

s230:将所述三维图像中包含的电力设备的点云信息与存储的所述标准点云信息对比，以确定与所述电力设备的点云信息相对应的标准点云信息，并获取与所述标准点云信息具有映射关系的设备标识。

此时利用视觉探测器实时获取的电力设备的三维图像与预先建模过程中获取的标准点云图像之间完成了图像匹配，使得两者之间在视角、光线等方面是相互对应的。在此基础上比较实时采集的三维图像之间的点云信息与建模过程中获取的标准点云图像中的标准点云信息进行比对，以确定电力设备的设备标识。本实施例所述的点云信息可以是三维点云图像中的多个特征点。例如，当实时采集的点云信息与标准点云信息之间的相似度大于预设阈值时，确定实时采集的点云信息与标准点云信息相对应。

通过对实时采集的三维图像进行预处理、图像匹配后与标准点云信息进行对比以确定设备标识，可以提高设备标识确认的效率和准确率，避免出现识别错误的情况。

优选地，在步骤s100之后，还包括：

检测所述多张三维图像之间是否满足连续性条件；当所述多张三维图像之间不满足连续性条件时，通过所述视觉探测器生成所述电力现场的补充三维图像，以使所述补充三维图像和所述多张三维图像之间满足所述连续性条件。

本实施例中的连续性条件可以包括时间连续性条件和几何一致性条件。时间连续性条件指的是多张三维图像的拍摄时间时连续的，几何一致性条件指的是相邻三维图像之间在几何结构上具有一致性，例如对同一个电力设备拍摄的相邻两张三维图像之间视角偏移不超过15°。

通过进行是否满足连续性条件的检测，可以保证获取到的三维图像能够完整地反映出电力现场的全貌，从而使得本发明的监控方法可以覆盖到电力现场的全部电力设备，避免遗漏。

优选地，本实施例的方法还包括：

基于所述电力设备在所述三维图像中显现的视觉特征，确定所述电力设备的运行状况；所述视觉特征包括温度特征和表针示数特征。

视觉特征指的是可以在三维图像中直接显示出来的特征，例如可见光探测到的表针示数、红外线探测到的设备温度、紫外线探测到的放电程度等参数。上述参数一般具有对应的预设范围，当某一个或几个参数超出预设范围时，则说明电力设备可能存在异常状况。通过提取视觉特征，可以为现场应急处理人员提供可靠的判断依据，从而可以简单直观地确定电力设备的运行状况。

另外，除了可以直观显示的视觉特征之外，本实施例还可以提供人为特征，主要是针对一些不易通过肉眼直接判断的参数进行数理统计，例如针对灰度值、红外温差变化值等参数提供直方图、波形图等形式的统计图，可以方便现场应急处理人员更加清楚全面地了解设备状况。

优选地，本发明的检测方法还包括：

当无法通过服务器获取到与电力设备相对应的实时运行数据和历史运行数据时，通过无线方式获取与所述电力设备相对应的实时运行数据。

可以利用zigbee等无线通信模块，实现电力设备中各类无线传感器的快速组网和数据采集。可以利用基于fpga的采集终端、zigbee传输网络和数据中心上位机与现场电力设备无线传感器进行组网通信。其中zigbee有三种标准:zigbee协调器,zigbee路由器和zigbee终端设备。协调器负责初始化、维护和控制网络；路由器负责数据采集和中继消息，提供路由信息；终端节点负责数据的采集。每个网络只须配置一个协调器,协调器和路由器为ffd,终端节点可以是ffd或rfd。zigbee标准支持星型、树形、网状型等网络拓扑结构。zigbee树形网络是最常用的拓扑类型,在这种拓扑中协调器初始化网络,路由器形成网络枝干并中继消息,终端节点作为叶节点不参与消息路由。采集终端负责对变电站开关柜的电能信息进行采集和预处理，利用zigbee的多跳技术将数据发送到数据中心上位机。数据中心完成对数据的分析处理，以图形和报表的形式显示最终的处理结果，并根据需要将数据存储，从而实现对现场设备传感器快速组网和数据采集。

本实施例可以实现因灾损严重后台服务器无法获取设备实时运行状态后的电力设备现场传感器的快速组网和数据采集，从而建立起完善可靠的现场电力设备灾损数据采集方法体系，保障现场应急人员快速准确获取电力设备受损情况，从而快速开展应急救援抢险。

优选地，本发明的电力设备的灾损监控感知采集方法还包括：

基于所述实时运行数据和所述历史运行数据确定所述电力设备的运行状况。例如可以计算实时运行数据与历史运行数据之间的差值，当差值大于预设阈值时，确定电力设备的运行状况异常。由此可以为现场应急处理人员提供明确的处理依据，提高灾损现场处理效率。

实施例2

本施例提供一种电力设备的灾损监控感知采集装置20，包括图像采集单元21、设备标识单元22、数据获取单元23和融合显示单元24。其中：

图像采集单元21用于通过视觉探测器采集电力现场的视觉信息，生成所述电力现场的多张三维图像；所述视觉探测器包括可见光探测器、红外线探测器和紫外线探测器；

设备标识单元22用于对所述多张三维图像进行处理，以确定所述三维图像包含的电力设备对应的设备标识；

数据获取单元23用于获取服务器中存储的与所述设备标识相对应的实时运行数据和历史运行数据；

融合显示单元24用于将所述实时运行数据与所述历史运行数据显示在所述三维图像中的对应位置。

本实施例可以基于三维图像识别图像中电力设备的设备标识，从服务器中获取电力设备的运行数据并显示在三维图像中，有助于现场应急处理人员准确快速地判断电力设备地运行状态，提高灾损情况下电力设备的监控效率。

实施例3

本实施例还提供一种计算机设备，如可以执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的计算机设备30至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器31、处理器32，如图3所示。需要指出的是，图3仅示出了具有组件31-32的计算机设备30，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

本实施例中，存储器31(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器31可以是计算机设备30的内部存储单元，例如该计算机设备30的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器31也可以是计算机设备30的外部存储设备，例如该计算机设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。当然，存储器31还可以既包括计算机设备30的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器31通常用于存储安装于计算机设备30的操作系统和各类应用软件，例如实施例二的采集装置20的程序代码等。此外，存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。

处理器32在一些实施例中可以是中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器32通常用于控制计算机设备30的总体操作。本实施例中，处理器32用于运行存储器31中存储的程序代码或者处理数据，例如运行电力设备的灾损监控感知采集装置30，以实现实施例一的电力设备的灾损监控感知采集方法。

实施例4

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、app应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质用于存储电力设备的灾损监控感知采集装置20，被处理器执行时实现实施例一的电力设备的灾损监控感知采集方法。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。