基于视频监测技术的强风沙地区输电导线舞动预警系统的制作方法

1.本发明涉及输电技术领域，具体地说，涉及基于视频监测技术的强风沙地区输电导线舞动预警系统。


背景技术：

2.我国因为地势的原因，东方沿海地区人多，西方地区人员稀薄，而人多的地方所使用的电能也就多，为了解决东部用电的问题，出现了西电东送的工程，在西电东送的工程中，最重要的时导线的搭建和后期的维持，但电线在遇到强风沙或遇到强对流的天气时，其用于传递电线的导线会被风吹动的胡乱舞动，而被吹的舞动的导线，在舞动的过程中很容易断裂，目前在导线发生断裂后，无法第一之间知道是什么位置的电线发生断裂，需要大量的人员进行排查，其排查的速度慢，救援工作缓慢。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供基于视频监测技术的强风沙地区输电导线舞动预警系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供基于视频监测技术的强风沙地区输电导线舞动预警系统，包括能量供给单元、图像采集单元、风速检测单元、数据分析单元、数据反馈单元和控制调节单元；
5.所述能量供给单元用于给图像采集单元、风速检测单元、数据分析单元和数据反馈单元提供电能；
6.所述图像采集单元用于对导线的位置进行捕捉，确定导线晃动的位置；
7.所述风速检测单元用于检测风的速度，同时在检测到的风速达到一定值后，向图像采集单元发送信号，使图像采集单元对导线的位置进行拍摄捕捉；
8.所述数据分析单元用于接收风速检测单元采集的风速以及图像采集单元拍摄的图像，并根据风速和导线的位置判断导线摆动的情况；
9.所述数据反馈单元用于将导线摆动的情况发送出去；
10.所述控制调节单元用于对摆动的导线进行控制。
11.作为本技术方案的进一步改进，所述能量供给单元包括能量收集模块、电能存储模块和电能释放模块；
12.所述能量收集模块用于收集外界的能量，并将外界的能量转化为电能；
13.所述电能存储模块用于对能量收集模块收集的电能进行保存；
14.所述电能释放模块用于将能量收集模块、电能存储模块中的电能释放出去。
15.作为本技术方案的进一步改进，所述图像采集单元包括图像捕捉模块、限度设置模块、对比模块和图像限定传输模块；
16.所述图像捕捉模块用于接收风速检测单元发生的信息指定，并在接收到信息指定后，对导线进行持续性的图像捕捉；
17.所述限度设置模块用于限制图像捕捉模块捕捉到的导线摆动的安全范围；
18.所述对比模块用于接收限度设置模块限制的摆动范围和图像捕捉模块捕捉到的导线摆动的图片，并通过捕捉图片上的导线信息进行判断导线的位置，并将超过限度设置模块限制的导线摆动的图片信息发生到图像限定传输模块中；
19.所述图像限定传输模块用于接收对比模块的图片信息，并识别出图片中导线摆动的最大值，并将识别出的摆动最大值发送到数据分析单元中。
20.作为本技术方案的进一步改进，所述对比模块对图片上导线的位置进行捕捉的方法采用局部动态阀值分隔算法，其算法步骤为：
21.①
、图像划分：对限度设置模块和对比模块中传输的图片中的带有导线的复杂背景进行局部阈值分割；
22.②
、局部阀值选取：对局部阀值分割所得的两组子图像集合{p1,p2,....,p
k
}和{q1,q2,....,q
k
}进行分析,并获取两组子图像的分割阈值并存入阙值矩阵；
23.③
、块状效应消除：对阈值矩阵进行平滑处理,使每个子图像的阈值融合其周围子图像的阈值信息，最终得到用于图像分割的阈值矩阵；
24.④
、图像的二值化：采用步骤
③
获得的阈值矩阵对原图像进行二值化处理。
25.作为本技术方案的进一步改进，在进行图像划分时，其具体步骤为：
26.1)、读入原图像,对其进行首次划分,得到大小相等的n个子图像o1,o2....o
n
；
27.2)、对每个子图像进行直方图分析,计算子图像的灰度均值μ1、最大灰度值g1和最小灰度值g2；
28.3)、当子图像满足分割条件时,停止继续划分,并将这些子图像依次记为p1,p2,....p
r
,1≤r≤n；
29.4)、当子图像不满足分割条件时,则进行二次划分，将其划分为大小相等的四个子图像，并将划分得到的子图像依次记为q1,q2,...,q
k
，1≤k≤4n。
30.作为本技术方案的进一步改进，局部阀值选取的具体步骤为：
31.1)、对于子图像集合{p1,p2,....,p
k
}中的各子图像,使用全局otsu算法依次计算分割阈值t,并复制四份存入阈值矩阵相应位置；
32.2)、分析子图像集合{q1,q2,....,q
k
}中的各子图像的直方图,并计算各子图像的灰度均值μ2、最大灰度值g3和最小灰度值g4，同时使用步骤
②
中所提出的方法进行分割条件满足与否的判断；
33.3)、当子图像满足分割条件,则使用全局otsu算法计算该子图像的分割阈值并存入阈值矩阵；
34.4)、若子图像不满足分割条件,则通过判断μ2与g3、g4的关系来确定子图像分割阈值，若μ2接近g3,则指定一个接近g3的小阈值；若μ2接近g4,则指定一个接近g4的大阈值；
35.5)、分割终止,得到n
×
n的阈值矩阵m1,其元素个数为4n。
36.作为本技术方案的进一步改进，所述风速检测单元包括风速测量模块、风速警示模块、风向确定模块和警戒传输模块；
37.所述风速测量模块用于对当地的风速进行检测；
38.所述风速警示模块用于对当地的风向进行检测；
39.所述风向确定模块用于设置风速警示的限度；
40.所述警戒传输模块用于接收风向确定模块和风速警示模块传输来的数据，同时将接受的数据传递到图像采集单元和数据分析单元中。
41.作为本技术方案的进一步改进，所述数据分析单元包括线摆核对模块和数据保存模块；
42.所述线摆核对模块用于接收风速检测单元和图像采集单元传输的数据，并根据图像采集单元和风速检测单元传输的数据进行判断导线的摆动是否正常；
43.所述数据保存模块用于将线摆核对模块核对的结果以及线摆核对模块接收的数据保存起来，并复制一份发送到数据反馈单元中。
44.作为本技术方案的进一步改进，所述线摆核对模块判断导线摆动是否正常的方法为：
45.1)、当导线摆动的方向和风向相同，且导线摆动的范围固定，则导线摆动正常；
46.2)、当导线出现左右晃动，但其导线的下坠的弧形向下，此时数据分析单元通过数据反馈单元向管理端发生警示信息；
47.3)、当导线发生无规则的舞动，且导线其摆动的位置凌乱，导线下坠的弧形向上、或斜向上时，此时导线进入舞动的状态，数据分析单元通过数据反馈单元向管理管发生紧急信息。
48.作为本技术方案的进一步改进，所述控制调节单元包括线体防护模块和定位模块；
49.所述线体防护模块用于在导线上移动；
50.所述定位模块用于对移动的线体防护模块进行定位，且在线体防护模块移动的过程中，图像采集单元持续对导线进行图像捕捉。
51.与现有技术相比，本发明的有益效果：
52.1、该基于视频监测技术的强风沙地区输电导线舞动预警系统中，通过设置的图像采集单元对导线进行捕捉，同时风速检测单元对风速和风向进行检测，并将检测和捕捉的导线图像传递到数据分析单元中进行分析判断，以判断出导线是否进行舞动，并在导线大幅度摆动和进行舞动时，向管理端发送警示的信号，以便于管理端的人及时的知晓，以便于在后期导线发生断裂需要抢修时，对导线摆动的区域进行重点排查，减少导线排查的工作量。
53.2、该基于视频监测技术的强风沙地区输电导线舞动预警系统中，通过设置的图像采集单元对导线摆动的情况进行捕捉，并将捕捉的图像进行分割分析，以便于提取出导线摆动的情况，同时通过风速检测单元对风向进行检测，使在数据分析单元对导线摆动的情况进行判断时，更加的方便，减少判断导线舞动的步骤，加快数据分析单元判断的速度。
附图说明
54.图1为本发明实施例1的整体框图；
55.图2为本发明实施例1的能量供给单元框图；
56.图3为本发明实施例1的图像采集单元框图；
57.图4为本发明实施例1的风速检测单元框图；
58.图5为本发明实施例1的数据分析单元框图；
59.图6为本发明实施例1的控制调节单元框图；
60.图7为本发明实施例1的整体流程图。
61.图中各个标号意义为：
62.1、能量供给单元；11、能量收集模块；12、电能存储模块；13、电能释放模块；
63.2、图像采集单元；21、图像捕捉模块；22、限度设置模块；23、对比模块；24、图像限定传输模块；
64.3、风速检测单元；31、风速测量模块；32、风速警示模块；33、风向确定模块；34、警戒传输模块；
65.4、数据分析单元；41、线摆核对模块；42、数据保存模块；
66.5、数据反馈单元；
67.6、控制调节单元；61、线体防护模块；62、定位模块。
具体实施方式
68.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
69.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。
70.实施例1
71.本发明提供基于视频监测技术的强风沙地区输电导线舞动预警系统，请参阅图1
‑
图7，包括能量供给单元1、图像采集单元2、风速检测单元3、数据分析单元4、数据反馈单元5和控制调节单元6；
72.能量供给单元1用于给图像采集单元2、风速检测单元3、数据分析单元4和数据反馈单元5提供电能，以便于图像采集单元2拍摄导线、风速检测单元3检测风速；
73.能量供给单元1包括能量收集模块11、电能存储模块12和电能释放模块13；
74.能量收集模块11用于收集外界的能量，并将外界的能量转化为电能，其收集外界的能量的方式为太阳能、风能产电；
75.电能存储模块12用于对能量收集模块11收集的电能进行保存，以便于在遇到天阴、无风的天气时，仍能给系统提供电能，同时电能存储模块12和导线连接，以确保能量供给单元1持续的导线进行监视；
76.电能释放模块13用于将能量收集模块11、电能存储模块12中的电能释放出去，对整个系统进行供电，使整个系统处理工作的状态；
77.图像采集单元2用于对导线的位置进行捕捉，确定导线晃动的位置，以便于获得导线摆动的位置和导线摆动的情况；
78.图像采集单元2包括图像捕捉模块21、限度设置模块22、对比模块23和图像限定传
输模块24；
79.图像捕捉模块21用于接收风速检测单元3发生的信息指定，并在接收到信息指定后，对导线进行持续性的图像捕捉，采用持续性的图像捕捉，以便于捕捉到导线持续性的位置变化，以保证无漏捕捉，确保捕捉到导线的所有的位置动作；
80.限度设置模块22用于限制图像捕捉模块21捕捉到的导线摆动的安全范围；
81.对比模块23用于接收限度设置模块22限制的摆动范围和图像捕捉模块21捕捉到的导线摆动的图片，并通过捕捉图片上的导线信息进行判断导线的位置，并将超过限度设置模块22限制的导线摆动的图片信息发生到图像限定传输模块24中；
82.对比模块23对图片上导线的位置进行捕捉的方法采用局部动态阀值分隔算法，其算法步骤为：
83.①
、图像划分：对限度设置模块22和对比模块23中传输的图片中的带有导线的复杂背景进行局部阈值分割，其具体步骤为：
84.1)、读入原图像,对其进行首次划分,得到大小相等的n个子图像o1,o2....o
n
；
85.2)、对每个子图像进行直方图分析,计算子图像的灰度均值μ1、最大灰度值g1和最小灰度值g2，当图像中目标和背景比例过于悬殊,图像的平均灰度接近于最高灰度或者最低灰度时,即当|μ1‑
g1|或|μ1‑
g2|小于某
‑
设定的阈值时,将视为失效，此时分割条件被判断为不满足，而其他情况则均视为满足分割条件；
86.3)、当子图像满足分割条件时,停止继续划分,并将这些子图像依次记为p1,p2,....p
r
,1≤r≤n；
87.4)、当子图像不满足分割条件时,则进行二次划分，将其划分为大小相等的四个子图像，并将划分得到的子图像依次记为q1,q2,...,q
k
，1≤k≤4n
88.②
、局部阀值选取：对局部阀值分割所得的两组子图像集合{p1,p2,....,p
k
}和{q1,q2,....,q
k
}进行分析,并获取两组子图像的分割阈值并存入阙值矩阵；
89.局部阀值选取的具体步骤为：
90.1)、对于子图像集合{p1,p2,....,p
k
}中的各子图像,使用全局otsu算法依次计算分割阈值t,并复制四份存入阈值矩阵相应位置；
91.2)、分析子图像集合{q1,q2,....,q
k
}中的各子图像的直方图,并计算各子图像的灰度均值μ2、最大灰度值g3和最小灰度值g4，同时使用步骤
②
中所提出的方法进行分割条件满足与否的判断；
92.3)、当子图像满足分割条件,则使用全局otsu算法计算该子图像的分割阈值并存入阈值矩阵；
93.4)、若子图像不满足分割条件,则通过判断μ2与g3、g4的关系来确定子图像分割阈值，若μ2接近g3,则指定一个接近g3的小阈值；若μ2接近g4,则指定一个接近g4的大阈值；
94.5)、分割终止,得到n
×
n的阈值矩阵m1,其元素个数为4n；
95.③
、块状效应消除：对阈值矩阵进行平滑处理,使每个子图像的阈值融合其周围子图像的阈值信息,减少邻近阈值元素间的突变，完成后再对此阈值矩阵进行双线性插值,使相邻子图像的阈值能均匀平滑地过渡，最终得到用于图像分割的阈值矩阵，其具体步骤如下:
96.1)、对矩阵m1进行平滑处理，即将m1中每个阈值元素和其周围8邻域中存在的各个
阈值元素相加,求取其均值,并用此均值来代替原来的阈值，平滑工作完成后得到n
×
n的平滑矩阵m2；
97.2)、对矩阵m2采用双线性插值作为阈值矩阵的插值方法进行插值处理，插值工作完成后,将得到一个和原图像像素数目相等的新的阈值矩阵m3,其中每个元素和原图像中相应位置的像素点形成一一对应的关系；
98.④
、图像的二值化：采用步骤
③
获得的阈值矩阵对原图像进行二值化处理，处理过程中,逐个像素地将原图像中所有的像素依次和阈值矩阵中每个元素进行比较，得到目标和背景的二值化图像
99.图像限定传输模块24用于接收对比模块23的图片信息，并识别出图片中导线摆动的最大值，并将识别出的摆动最大值发送到数据分析单元4中
100.风速检测单元3用于检测风的速度，同时在检测到的风速达到一定值后，向图像采集单元2发送信号，使图像采集单元2对导线的位置进行拍摄捕捉，以便于在无风或风小的时候，图像采集单元2不会一直对导线进行摄像，减少电能的损耗；
101.风速检测单元3包括风速测量模块31、风速警示模块32、风向确定模块33和警戒传输模块34；
102.风速测量模块31用于对当地的风速进行检测，其检测风速的装置为风速检测仪；
103.风速警示模块32用于对当地的风向进行检测，其检测风向的装置未风向检测仪；
104.风向确定模块33用于设置风速警示的限度，当风速未达到警示的数值时，风速警示模块32不向警戒传输模块34发生风速数值；
105.警戒传输模块34用于接收风向确定模块33和风速警示模块32传输来的数据，同时将接受的数据传递到图像采集单元2和数据分析单元4中；
106.数据分析单元4用于接收风速检测单元3采集的风速以及图像采集单元2拍摄的图像，并根据风速和导线的位置判断导线摆动的情况；
107.数据分析单元4包括线摆核对模块41和数据保存模块42；
108.线摆核对模块41用于接收风速检测单元3和图像采集单元2传输的数据，并根据图像采集单元2和风速检测单元3传输的数据进行判断导线的摆动是否正常；
109.线摆核对模块41判断导线摆动是否正常的方法为：
110.1)、当导线摆动的方向和风向相同，且导线摆动的范围固定，则导线摆动正常；
111.2)、当导线出现左右晃动，但其导线的下坠的弧形向下，此时数据分析单元4通过数据反馈单元5向管理端发生警示信息；
112.3)、当导线发生无规则的舞动，且导线其摆动的位置凌乱，导线下坠的弧形向上、或斜向上时，此时导线进入舞动的状态，数据分析单元4通过数据反馈单元5向管理管发生紧急信息
113.数据保存模块42用于将线摆核对模块41核对的结果以及线摆核对模块41接收的数据保存起来，并复制一份发送到数据反馈单元5中；
114.数据反馈单元5用于将导线摆动的情况发送出去，以便于在导线发生舞动的情况时，便于通知外部，外部对此地的导线进行抢修或抢修；
115.控制调节单元6用于对摆动的导线进行控制，以降低导线摆动的幅度，保护导线，使导线正常的使用。
116.控制调节单元6包括线体防护模块61和定位模块62；
117.线体防护模块61用于在导线上移动，增加导线的配重，降低导线的晃动幅度；
118.定位模块62用于对移动的线体防护模块61进行定位，且在线体防护模块61移动的过程中，图像采集单元2持续对导线进行图像捕捉。
119.本实施例在使用时，当风速警示模块32接收到的风速达到风速警示模块32内部规定的警示值时，风速警示模块32向警戒传输模块34和图像捕捉模块21发送信号，风向确定模块33将检测的风向信息发送到警戒传输模块34中，警戒传输模块34将接收的信息传输到线摆核对模块41中，同时图像捕捉模块21在接收到风速警示模块32发送的信息后，对导线进行图片捕捉，并通过对比模块23对捕捉的图片进行分析对比判断，将导线摆动超过限度设置模块22规定的摆角的图片信息发生到图像限定传输模块24中，并由图像限定传输模块24将信息传输到线摆核对模块41中，线摆核对模块41根据风向和导线摆动的角度确定导线的摆动情况，并当导线产生大摆动和舞动的情况时，通过数据反馈单元5向管理端发生警示的信息，使管理端的人员了解到导线摆动的情况，当后期发送导线断裂时，对导线摆动发出警示的位置进行重点排查，加快导线排查的速度。
120.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。