手车触头状态识别方法和装置

1.本发明涉及高压开关柜技术领域，具体的涉及应用图像识别技术实现高压开关柜手车接触头状态自动识别技术领域。


背景技术：

2.高压开关柜是电力领域应用非常广泛的设备，如果高压开关柜出现故障，将对整个供电系统产生极大影响。在日常供电中，高压开关柜出现故障的主要原因是发热故障，一旦高压开关柜出现发热故障，并且没有能够得到及时有效的处理和解决时，便会大幅度增加高压开关柜的故障发生率，同时对供电可靠性产生影响。根据多年对高压开关柜故障的分析显示，高压开关柜最容易出现发热故障的部位是其手车触头。几乎所有的高压开关柜手车触头的连接均利用铜排，但是金属铜不仅具有良好的导电性能，更具有优秀的导热性能。高压开关柜在工作状态中形成的热量会使铜排快速加热，导致高压开关柜内部对应触头的开闭性能受到严重影响。一旦高压开关柜手车触头出现发热事故，如果要对高压开关柜进行全面系统地检修和修护时不仅过程麻烦，且操作困难。即便经过检修维护处理，开关的电气性能也无法得到完全的恢复。
3.导致高压开关柜发热故障形成的过程是一个循序渐进的过程，即处于不良工作环境当中或者自身出现异常情况时的高压开关柜接触面温度升高，同时电流发热效应的持续作用会促使触头温度逐渐提高。一旦这种温度升高趋势过快，致使触头温度高于高压开关柜内部电流互感器的额定耐热标准或者高于绝缘套管的耐热标准，便会导致电流互感器和绝缘套管的损坏，造成单相或两相间短路，最终使得该发热故障的破坏力被放大，波及到其他附属设备，最终供配电系统或者电力变压器的稳定性受到影响，甚至出现火灾，乃至爆炸。
4.一般开关柜选型都会根据系统容量及设备的使用标准进行动稳定、热稳定校验，但在实际运行中，仍有较多复杂因素导致开关柜的过热故障。其中最主要的原因是母线铜排连接点不紧固造成接触电阻增大。电流回路某一接头的阻值过大，该部位空隙会发生放电，发热量将急剧增大，当开关柜正常散热无法使热量快速消散，就会使本部位的温度异常升高。母线铜排连接点也就是手车接触头的不紧固主要是在生产车间安装的时候，由安装工手工安装完成，纯靠安装工人个人的经验，由于电力设备生产线上安装工人个人差异比较大，并且在一天的安装过程中，受车间环境及个人身体素质影响，难以避免出现失误，给高压开关柜在生产安装阶段埋下隐患。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种不依靠人工个人影响的监测设备和方法，对母线铜排手车接触点的紧固程度进行标准化的自动化识别监测，解决上述人工安装失误问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
7.一种手车触头状态识别方法，包括：
8.获取螺柱区域图像和铜排区域图像；
9.在螺柱区域图像和铜排区域图像中获取螺柱形状图像以及螺柱和铜排距离位置图像；
10.在螺柱和铜排距离位置图像中以直线段检测算法获取螺柱的侧面形状、铜排的侧面形状及螺柱侧面到铜排侧面的直线段距离；
11.将螺柱形状、螺柱侧面到铜排侧面的直线段距离参数和参照数据进行对比，判断当前时间铜排接头处螺柱安装状态。
12.可选的，获取螺柱区域图像和铜排区域图像的方法包括：
13.通过图像设备获取螺柱正面图像和铜排的接头处的侧面图像，对螺柱正面图像和铜排的接头处的侧面图像进行预处理，以螺柱和铜排的形状特征定位铜排和螺柱位置，获取螺柱区域图像和铜排区域图像。
14.可选的，对所述螺柱区域图像和铜排区域图像进行一下处理：
15.对螺柱区域图像和铜排区域图像分别灰度化操作，以边缘检测处理后进行反色操作，对反色操作后的所述螺柱区域图像和铜排区域图像进行形态学腐蚀和膨胀操作，生成图像pa1和图像ia1；
16.在图像pa1和图像ia1中寻找轮廓，对所有轮廓进行形状特征判断，确定螺柱的正面外轮廓、铜排的侧面轮廓和螺柱的侧面轮廓；
17.根据螺柱的正面外轮廓、铜排的侧面轮廓和螺柱的侧面轮廓，在螺柱区域图像和铜排区域图像中截取螺柱半径和铜排厚度的区域作为感兴趣区域，将所述感兴趣区域存入螺柱区域图像和铜排区域图像。
18.可选的，螺柱形状图像和螺柱和铜排位置图像的获取方法包括：
19.将螺柱区域图像和铜排区域图像分别进行归一化，对螺柱区域图像和铜排区域图像进行边缘检测后生成图像pb1和图像ib1，对螺柱区域图像和铜排区域图像进行自适应阈值分割后记为图像pb2和图像ib2，将所述图像pb2和图像ib2经直线段检测算法，生成的直线段信息分别存入数组arrayb11和数组arrayb21；
20.采用最小二乘法计算螺柱中心坐标和半径；根据数组arrayb11中的直线段的坐标，计算数组arrayb11中的直线段中点到螺柱中心的距离，将距离大于半径的直线段中点坐标存入数组arrayb12；
21.采用最小二乘法计算螺柱中心坐标和半径；根据数组arrayb21中的直线段的坐标，计算数组arrayb21中的直线段中点到螺柱中心的距离，将距离大于螺柱厚度的直线段中点坐标存入数组arrayb22。
22.可选的，所述螺柱初始图像和铜排初始图像为螺柱正面图像和铜排接头处的侧面图像。
23.可选的，所述参照数据为预存的，螺柱形状、螺柱和铜排距离、距离最远和最近阈值对应值的数据库表格。
24.本发明还提供一种手车触头状态识别装置，包括第一摄像单元、第二摄像单元、处理器单元、存储单元、通信单元和供电单元，
25.所述存储单元存储有根据螺柱的形状，以及螺柱和铜排的直线段距离构建的状态信息表；
26.所述第一摄像单元安装于高压开关柜手车触头上方，对准母线铜排螺柱正面接头，所述第二摄像单元对准手车触头的侧面连接处；
27.处理器单元用于接收和处理两组摄像单元采集的图像，计算螺柱形状、螺柱侧面到铜排侧面的直线段距离参数，并与存储单元存储的状态信息表进行比对，输出比对结果。
28.可选的，所述第二摄像单元和接头处螺柱的直线距离为0.8
‑
1.2米。
29.可选的，所述第一摄像单元和第二摄像单元的采集角度为0
‑
30度。
30.可选的，还包括警告单元，告警内容包括当前铜排接头处螺柱没有良好安装信息。
31.本发明的有益效果：
32.本发明实现了对高压开关柜的母线铜排手车接触点的紧固程度进行标准化的自动化识别监测，对于监测不良的、没有达到安装标准要求的接触点报警提示要求安装工人再次安装，通过这种方法将极大的提高高压开关柜在生产组装阶段的产品品质，降低故障率的产生。
33.具体的，在本发明中通过两路全高清视频摄像头对高压开关柜安装阶段对高压开关柜安装的全程监测，无需繁杂信息输入等操作达到对高压开关柜手车接触螺柱紧固程度的高自动化、高精度的目的。
34.提出了一种自动识别方法，充分利用铜排外廓和接线头螺柱外廓形状的标准化，将手车接触头螺柱的形状、铜柱和铜排之间的直线段距离等构建一个状态信息表预先到内存中，然后利用灰度变换和最小二乘法拟合，精确定位安装过程中手车接触头螺柱及母线铜排的轮廓特征；同时本发明采用一种edline直线段，快速检测出铜排和螺柱的直线距离，提高了数据处理的实时性和有效性。
35.同时，本发明提出了一种基于nxp的最新型64位处理器cortex a53处理器上面的嵌入式硬件方案，该硬件方案用电量低，具有非常灵活的部署特性和移动特性，可以在电力设备公司做到快速灵活的部署，同时在硬件系统上面集成本发明提出的算法程序，实际设计和操作结果说明了该方法的有效性。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1是手车触头状态识别方法的总流程图。
具体实施方式
38.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
39.实施例1：
40.本实施例提供了一种手车触头状态识别方法，包括：
41.步骤s1：获取螺柱正面图像p和铜排的接头处的侧面图像i，对所述螺柱正面图像p和铜排的接头处的侧面图像i进行预处理，依据以螺柱和铜排的形状特征判断检测初步实
现铜排和螺柱的粗定位，获取螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1。
42.所述预处理主要包括去噪声、灰度变换、边沿处理等处理手段。
43.获取螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1之后，进一步对螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1分别灰度化操作，以边缘检测处理后进行反色操作，对反色操作后的所述螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1进行形态学腐蚀和膨胀操作，并将操作结果存入图像pa1和图像ia1；
44.在图像pa1和图像ia1中寻找轮廓存入contours，对所有轮廓进行形状特征判断，确定螺柱的正面外轮廓、铜排的侧面轮廓和螺柱的侧面轮廓；
45.具体的，对所有轮廓的外接矩形依次进行占空比、宽高比的形状特征判断，确定螺柱的正面外轮廓、铜排的侧面轮廓和螺柱的侧面轮廓。
46.根据螺柱的正面外轮廓、铜排的侧面轮廓和螺柱的侧面轮廓，在螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1中截取螺柱半径r和铜排厚度h的区域作为感兴趣区域，将所述感兴趣区域存入螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1。
47.其中，采用canny算子作边缘检测处理。
48.步骤s2：在所述螺柱区域图像p1内精确定位螺柱中心o1(a1,b1)、半径r的螺柱形状图像p2，在所述铜排区域图像i1定位螺柱和铜排距离位置图像i2。
49.步骤s3：在所述螺柱和铜排位置图像i2内通过直线段检测算法(edlines)检测出螺柱的侧面形状、铜排的侧面形状及螺柱侧面到铜排侧面的直线段距离，具体为螺柱右侧到铜排左侧的直线段距离，各自写入到状态链表arrayb1和arrayb2中；其中arrayb1和arrayb2为一个大的链表，其链表里面包含两个数组arrayb11、arrayb12和arrayb21、arrayb22。
50.其中，所述步骤s2和s3中，具体包括以下步骤：
51.将螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1分别进行归一化处理，对螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1进行边缘检测后生成图像pb1和图像ib1，对螺柱区域图像p1和铜排区域图像i1进行自适应阈值分割后记为图像pb2和图像ib2，将所述图像pb2和图像ib2经直线段检测算法，生成的直线段信息分别存入数组arrayb11和数组arrayb21；
52.采用最小二乘法计算螺柱中心坐标和半径，根据数组arrayb11中的直线段的坐标，计算数组arrayb11中的直线段中点到螺柱中心的距离，将距离大于半径的直线段中点坐标存入数组arrayb12；
53.同理采用最小二乘法拟合圆，得到螺柱中心和半径记为螺柱中心o1(a1,b1)和半径r
54.根据数组arrayb21中的直线段的坐标，计算数组arrayb21中的直线段中点到螺柱中心的距离，将距离大于螺柱厚度h的直线段中点坐标存入数组arrayb22。
55.s4：将所述状态数组arrayb1和arrayb2中记载的螺柱形状、螺柱侧面到铜排侧面的直线段距离与数据库中的螺柱形状、螺柱和铜排距离值的参照数据做对比，获取手车触头安装最终是否良好的结果信息。
56.具体的，所述数据库中的参照数据为螺柱形状、螺柱和铜排距离值(进一步可以解释为螺柱侧面到铜排侧面距离)、距离最远和最近阈值对应值的数据库表格。当比对结果为超出最远的距离阈值，认为当前铜排接头处螺柱没有得到良好的安装。
57.实施例2：
58.本实施例提供一种手车触头状态识别装置，
59.包括第一摄像单元、第二摄像单元、处理器单元、存储单元、通信单元和供电单元，
60.所述存储单元存储有根据螺柱的形状，以及螺柱和铜排的直线段距离构建的状态信息表；
61.所述第一摄像单元安装于高压开关柜手车触头上方，对准母线铜排螺柱正面接头，所述第二摄像单元对准手车触头的侧面连接处；
62.处理器单元用于接收和处理两组摄像单元采集的图像，计算螺柱形状、螺柱侧面到铜排侧面的直线段距离参数，并与存储单元存储的状态信息表进行比对，输出比对结果。
63.其中，所述处理器单元为嵌入式cpu处理器，还包括所述嵌入式cpu运行的linux操作系统，以及加载于嵌入式cpu处理器的双目视觉图像识别程序；
64.存储单元包括sdram和emmc；第一摄像单元和第二摄像单元包括前置cmos高清摄像头，所述供电单元为带有调电保护功能的acdc供电单元。
65.所述第二摄像单元和接头处螺柱的直线距离为0.8
‑
1.2米，本实施例中选用中间值1米，在其他实施例中，该值可以允许有
±
0.2米误差。
66.所述第一摄像单元和第二摄像单元的采集角度为0
‑
30度，两个摄像头对焦中心的角度差值就是图像中心点，便于在计算过程中提取中心。
67.所述嵌入式cpu处理器采用64位cortex a53四核处理器i.mx8mm，内部集成视频图像处理单元vpu，可对图像数据进行实时处理、识别和压缩等；
68.所述sdram大小为2gb的lpddr4，3200mbts；
69.所述emmc大小为64gb的emmc 5.1存储器；
70.所述cmos高清摄像头分辨率为1080p，帧率为30fps的高清数字摄像头，通过mipi csi高速差分串行通信口和处理器连接；
71.所述网络通信单元包含1个1000m自适应网卡和1个4g无线全网通模块；
72.所述acdc供电单元包含一个1f的大电容，用于后备电源供电，在掉电情况下用于1分钟左右供电，以便紧急情况下数据备份，包含一个220v和380v交流电源输入，12v直流电源输出的acdc模块。
73.实施例3：
74.本实施例披露一种基于实施例1和实施例2所述的手车触头状态识别方法和手车触头状态识别装置(以下简称装置)的状态告警系统的实现流程。
75.初始化装置，通过web server登陆，配置和后台服务器的通信协议、本地的网络协议和端口号后，启动和服务器的连接；
76.所述装置自动从服务器下载最新版本的高压开关柜手车触头螺柱形状、螺柱和铜排距离、距离最远和最近阈值对应值的数据库表格，存入到内存中备用；或预先保存该数据库表格。
77.启动所述装置，cmos全高清摄像头采集柜内手车触头处的螺柱图像、铜排和螺柱的接头处图像，经过图像预处理后，进入基于嵌入式的直线段图像检测算法导出手车触头螺柱状态信息(包括螺柱形状、螺柱和铜排距离)；
78.将手车触头螺柱状态信息和数据库中预存的状态信息(表格)进行对比，如果超出
最远的距离阈值，认为当前铜排接头处螺柱没有得到良好的安装，直接发出告警信息给安装人员，由安装人员接受信息并完成改正。
79.在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。
80.所述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
81.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
82.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read
‑
only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
83.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。