一种覆冰环境下架空线路弧垂监测方法及装置与流程

本公开属于图像处理，具体涉及一种覆冰环境下架空线路弧垂监测方法及装置。

背景技术：

1、目前使用的输电导线包括电缆和架空线路，其中，架空线路因其便于建设维护、造价成本较低等占主导地位。随着国家电网特高压骨干网规模的扩大，架空线路跨越地区逐年增加，运行环境也日趋复杂，这给电网结构的安全运行带来巨大压力，而在覆冰环境下，在对架空线路的安全检查保护方面，维护人员的数量无法达到同步增长。传统运检模式方法简单、信息来源单一，架空线路的检查感知仍以停电检修和离线试验为主，难以适应电网发展及体制变革的要求，因此，积极运用智能运检技术实现在线监测成为了当前的主要任务。

2、覆冰环境下因树木隐患导致的线路跳闸事件是指，在覆冰环境下，导线由于覆冰导致弧垂增加，加之树木因冰雪覆盖而导致导线与树木的净空距离小于安全距离，线路运行的电压击穿导线与树木的间隙放电，从而引发跳闸。

3、现有的覆冰架空线路检测方法主要包括人工测量、无人机巡检、建立线树模型和设备在线监测。人工测量使用的设备主要有激光测距仪和光学经纬仪，激光测距仪应用地形广，但局限于精度较差，最高仅能达到±0.2m的误差，而且在影响激光信号的气象环境下准确性更低。对于采用上述两种方法判断疑似进入架空线路安全运行距离的树木，需要用误差在厘米级的光学经纬仪，由两人配合扶塔尺调整观测。经纬仪测量方法精度很高但是难以携带，需要配备专门的人员车辆。综合看来人工测量树障的强度高、成本高且效率低下，无法满足新时期在覆冰环境下的树障监测要求。

4、无人机巡检主要是依靠无人机灵活机动的特点，携带可见光、红外测温、激光雷达等多种传感器，到达人类不易到达的区域采集架空线路的现场数据。无人机巡检同样存在明显缺点，受制于电源的续航能力和民用航空空间管制，无人机飞行距离和范围有限，只适用于部分重点区域重点线路深入巡检，而且本质仍属于定期巡检。

5、在无法准确监测架空线路周围树木生长情况的前提下，现在供电公司大多采取的措施是定期派工作队砍伐修建沿线树木，不仅耗费人力物力且效果不佳。而覆冰环境下对树木建立视觉点云模型能够给工作管理人员提供可靠的数学支撑，计算得到树木生长构成威胁的准确时间，进行精准的工作安排。

6、在线监测装置是将多种传感器安装在架空线路或者杆塔上，实时采集导线本身参数或是环境外部参数，传输至后台系统进行处理，能够直观地反映导线的运行状态，引导工作人员赶赴现场排除隐患。在线监测装置可以解决诸如导线覆冰、异常温升、风偏舞动、外力破坏等常见问题。

7、在应对树障隐患上，目前的在线监测装置按照传感器类型和防护方式可以分为激光、超声波测距和视频图像检测。在线监测装置拍摄的图像计算导线覆冰厚度、导线舞动幅度、弧垂高度等都均有相应的文献研究和算法实现，但对架空线路周围树障隐患的图像分析研究还处于较为缺乏的状态，原因在于二维数字图像难以实现三维测量，无法为树障隐患监测提供有效的信息依据。但近年兴起的立体视觉技术理论表明，通过两个不同位置的摄像头可以完成覆冰环境下周围环境空间距离的测量。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种覆冰环境下架空线路弧垂监测方法，该方法能够降低架空线路检验成本，对目标的定位及时间空间预警更加精准。

2、为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

3、一种覆冰环境下架空线路弧垂监测方法，包括如下步骤：

4、s100：采集覆冰架空线路图像并作预处理，获得预处理图像；

5、s200：提取预处理图像中覆冰架空线路的边缘特征；

6、s300：对相机进行标定；

7、s400：利用标定后的相机并基于覆冰架空线路的边缘特征对覆冰架空线路进行三维重建，以获得覆冰架空线路的三维模型；

8、s500：基于覆冰架空线路的三维模型观察覆冰架空线路弧垂的净空距离，并和弧垂安全阈值进行比对，以完成对覆冰架空线路弧垂的监测。

9、优选的，步骤s100中，所述对采集的覆冰架空线路图像作预处理包括以下步骤：

10、s101：对图像进行灰度化处理，获得灰度图；

11、s102：对灰度图进行去噪处理，获得去噪后的灰度图。

12、优选的，步骤s200中，通过哈里斯角点检测提取预处理图像中覆冰架空线路的边缘特征。

13、优选的，步骤s200包括以下步骤：

14、s201：对去噪后的灰度图进行图像增强；

15、s202：在去噪后的灰度图中分别沿x、y和xy方向计算二阶偏导，以选择灰度图中覆冰架空线路边缘特征点存在的区域；

16、s203：对灰度图中覆冰架空线路边缘特征点存在的区域进行过滤，获得过滤后的特征点区域；

17、s204：计算过滤后的特征点区域中每个像素的角点，以获得覆冰架空线路的边缘特征。

18、优选的，步骤s400中，所述利用标定后的相机并基于覆冰架空线路的边缘特征对覆冰架空线路进行三维重建包括如下步骤：

19、s401：对覆冰架空线路的边缘特征进行立体匹配以得到覆冰架空线路的视差图；

20、s402：基于覆冰架空线路的视差图生成覆冰架空线路的深度图，以完成三维重建。

21、本公开还提供一种覆冰环境下架空线路弧垂监测装置，包括：

22、采集模块，用于采集包含覆冰架空线路图像；

23、预处理模块，用于对所采集的图像进行预处理，以获得预处理图像；

24、提取模块，用于提取预处理图像中覆冰架空线路的边缘特征；

25、标定模块，用于对相机进行标定；

26、三维重建模块，用于利用标定后的相机并基于覆冰架空线路的边缘特征对覆冰架空线路进行三维重建，以获得覆冰架空线路的三维模型；

27、监测模块，用于基于覆冰架空线路的三维模型观察覆冰架空线路弧垂的净空距离，并和弧垂安全阈值进行比对，以完成对覆冰架空线路弧垂的监测。

28、优选的，所述预处理模块包括：

29、第一处理单元，用于对图像进行灰度化处理，获得灰度图；

30、第二处理单元，用于对灰度图进行去噪处理，获得去噪后的灰度图。

31、优选的，所述提取模块包括：

32、增强单元，用于对去噪后的灰度图进行图像增强；

33、区域选择单元，用于在去噪后的灰度图中分别沿x、y和xy方向计算二阶偏导，以选择灰度图中覆冰架空线路边缘特征点存在的区域；

34、过滤单元，用于对灰度图中覆冰架空线路边缘特征点存在的区域进行过滤，获得过滤后的特征点区域；

35、计算单元，用于计算过滤后的特征点区域中每个像素的角点，以获得覆冰架空线路的边缘特征。

36、优选的，所述三维重建模块包括：

37、第一生成单元，用于对覆冰架空线路的边缘特征进行立体匹配以得到覆冰架空线路的视差图；

38、第二生成单元，用于基于覆冰架空线路的视差图生成覆冰架空线路的深度图，以完成三维重建。

39、本公开还提供一种计算机存储介质，包括：

40、存储器，存储有多条计算机指令；

41、处理器，用于执行计算机指令以实现如前任一所述的方法。

42、与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：本公开所述方法能够降低架空线路检验成本，对目标的定位及时间空间预警更加精准，提高了由于传感器参数及天气影响下的预警精确度。