CN112802004A - 便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置 - Google Patents
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Abstract
便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，属于电力输电线路状态检测领域。本发明解决了现有对输电线路和杆塔进行监测的***，结构复杂、维护困难、便携性差、及对输电线路和杆塔的相关信息测量计算困难的问题。本发明视频图像采集模块，用于对输电线路和杆塔进行视频或图像采集；三轴加速度传感器，用于采集视频图像采集模块的倾角信息；数据处理模块，根据接收的倾角信息对视频图像采集模块采集的输电线路和杆塔的视频或图像进行倾角修正，并对修正后的图像或视频进行图像处理，获得输电线路的弧垂、异物情况，以及杆塔的倾斜、缺损和异物情况，并通过显示模块进行显示。本发明主要用于对输电线路和杆塔进行监测。
Description
技术领域
本发明属于电力输电线路状态检测领域。
背景技术
电无疑是现代生活不可或缺的，而电力必须通过电网输送，由于我国地理分布广泛，地质条件复杂多样，输电线路在运行过程中，经常会受到外界环境的影响。其中杆塔基础时常会发生滑移、倾斜、沉降、开裂等现象，从而引起杆塔的变形或倾斜；新架线路经过一段时间后，导线会有不同程度的下垂，当弧垂过大时，可能在大风时或故障时电动力的作用下，发生大幅度摆动而混线引起短路，同时因下方交叉路及道路、建筑物距离不够而发生事故；弧垂过小时，导线承受应力过大，易发生断线事故；鸟类筑巢和异物悬挂在线路上的情况发生时，若不及时清理，可能引起线路跳闸停电。
上述事故都会给国家带来重大经济损失，因此对电力线路维护非常要；而线路巡检是电力线路维护的重要基础，线路巡检的开展状况直接制约着送配电线路乃至电网的整体维护水平。
目前有的采用的巡检方式是大型直升飞机或无人机巡检；该方法虽然较传统人力巡检方式提高了巡检效率、降低了巡检难度，但是由于飞机受人员控制，飞行具有不稳定性，往往观测目标在摄像机视野中快速通过，不能较全面的采集到可靠的数据，增加了技术难度；且使用大型直升飞机或无人机巡检的另一个弊端是成本较高，在操作的便捷性上具有较大的限制。
目前国内也有采用电子电路对输电线路和杆塔的相关信息进行在线采集，实时将采集信息通过通讯网络上传至远程服务器，再利用远程服务器对采集到的数据进行处理分析，这种方法缺点在于效率低，且其中带有视频监测的***，视频图像数据上传数据量极大，对输电线路的信息处理有相当长的延时性；并且由于其单杆塔设装置点多，导致的安装与维修不便；还受到使用环境的电源限制，当电源掉电时，难以保证可靠报警。
此外，目前对于杆塔倾斜的监测方法，多采用在线路或杆塔上安装大量的传感器进行检测，这种方法缺点在于过多的传感器增加了***的复杂性与不稳定性，同时***维护困难、成本高。
目前对于架空线上输电线弧垂的监测方法，多采用以下方法：通过经纬仪测角法，但是精度较低；适用于地形平坦的中点高度法，要用钢尺丈量距离很不方便；不等长样板条法、测档内线高法和解析法等，这些方法都是通过一些数学模型，但是在环境复杂的情况下，模型参数是不易测量的。因此，以上问题亟需解决。
发明内容
本发明目的是为了解决现有对输电线路和杆塔进行监测的***，结构复杂、维护困难、便携性差、及对输电线路和杆塔的相关信息测量计算困难的问题，本发明提供了一种便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置。
便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，包括视频图像采集模块1、三轴加速度传感器2、温度传感器3、电源模块4、数据处理模块5、存储模块6和显示模块7；
视频图像采集模块1，用于对输电线路10和杆塔11进行视频或图像采集，并上传至数据处理模块5；
三轴加速度传感器2，用于采集视频图像采集模块1的倾角信息，并上传至数据处理模块5；
温度传感器3，用于采集检测点温度信息，并上传至数据处理模块5；
数据处理模块5，根据接收的倾角信息对视频图像采集模块1采集的输电线路10和杆塔11的视频或图像进行倾角修正，并对修正后的图像或视频进行图像处理，获得输电线路10的弧垂、异物情况，以及杆塔11的倾斜、缺损和异物情况，并通过显示模块7进行显示；
显示模块7，还用于通过数据处理模块5显示视频图像采集模块1采集的输电线路10和杆塔11的视频或图像、三轴加速度传感器2采集的倾角信息和温度传感器3采集的检测点温度信息；
存储模块6，还用于对数据处理模块5接收的视频或图像、倾角信息、检测点的位置信息和检测点温度信息进行存储；还用于对数据处理模块5获得的输电线路10的弧垂、异物情况，以及杆塔11的倾斜、缺损和异物情况进行存储；
数据处理模块5，还用于对存储模块6进行信息读取；
电源模块4，用于对视频图像采集模块1、三轴加速度传感器2、温度传感器3、数据处理模块5、存储模块6和显示模块7进行供电。
优选的是，智能视频检测装置还包括GPS定位模块8；
GPS定位模块8，用于测量检测点的位置信息，并上传至数据处理模块5；
数据处理模块5，通过显示模块7对接收的检测点的位置信息进行显示。
优选的是，智能视频检测装置还包括通讯模块9；
数据处理模块5通过通讯模块9与监控中心服务器12进行交换数据；
电源模块4，还用于对通讯模块9进行供电。
优选的是，数据处理模块5，根据接收的倾角信息对视频图像采集模块1采集的输电线路10和杆塔11的视频或图像进行倾角修正的目标为：
数据处理模块5利用接收的倾角信息修正采集到的视频或图像，使图像或视频的水平、垂直参考方向分别与实际水平、垂直方向吻合。
优选的是，数据处理模块5对修正后的图像或视频进行图像处理，获得输电线路10的弧垂、异物情况，以及杆塔11的倾斜、缺损和异物情况的实现方式包括：
S1、数据处理模块5对修正后的图像或视频进行预处理，获得预处理后的图像；
S2、利用霍夫变换方法对预处理后的图像进行特征提取，获得特征提取图；特征提取图中，形状为直线的点集为对杆塔11进行特征提取后的点集，形状为曲线的点集为对输电线路10进行特征提取后的点集；
S3、对输电线路10进行特征提取后的点集进行曲线拟合，得到输电线路10的悬垂曲线特征函数；
根据悬垂曲线特征函数，在对输电线路10进行特征提取后的点集中找到一个最低点坐标，计算最低点的坐标分别与该输电线路10两端最高的点坐标之间所在线路的点集的个数分别为n1和n2，再结合输电线路10两端最高点坐标之间的垂直距离L与对输电线路10进行特征提取后的点集的总个数N之间的关系得到输电线路10的弧垂；
S4、将获得的对杆塔11进行特征提取后的点集与获得的对输电线路10进行特征提取后的点集中各点分别与相应的历史数据比对，从而获得输电线路10的异物情况、以及杆塔11的倾斜、缺损和异物情况。
优选的是，计算最低点的坐标分别与该输电线路10两端最高的点坐标之间所在线路的点集的个数分别为n1和n2，再结合输电线路10两端最高点坐标之间的垂直距离L与对输电线路10进行特征提取后的点集的总个数N之间的关系得到输电线路10的弧垂的实现方式为：
X1＝(N/L)*n1；
X2＝(N/L)*n2；
其中，X1和X2分别为输电线路10两端最高的点分别与输电线路10最低点间的垂直距离；当输电线路10两端最高点的高度一致时，则X1＝X2，输电线路10的弧垂唯一，且输电线路10的弧垂值为X1或X2；
当输电线路10两端最高点的高度不一致时，输电线路10的弧垂包括长弧垂和短弧垂，且X1和X2中数值大的作为输电线路10的长弧垂的值，数值小的作为输电线路10的短弧垂的值。
优选的是，S1中、数据处理模块5对修正后的图像或视频进行预处理，获得预处理后的图像的实现方式为：
首先对修正后的图像或视频进行灰度化处理，得到一张或多张灰度图，然后对所得灰度图依次进行高斯滤波、中值滤波和边缘提取，从而得到的预处理后的图像。
优选的是，视频图像采集模块1为带有变焦功能的数字摄像头或数字照相机。
优选的是，数据处理模块5，还用于将获得的输电线路10的弧垂与预设弧垂阈值比较，若超出预设弧垂阈值范围，则向监控中心服务器12发出报警信息。
优选的是，数据处理模块5，还用于将获得的输电线路10的异物情况与原始输电线路10的异物情况进行比对，若确定当前输电线路10存在异物，则向监控中心服务器12发出报警信息。
本发明带来的有益效果是：本发明所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置便于携带，巡线人员可以远距离对输电线路和杆塔进行视频或图像数据采集，大大提高了人员巡检时巡检效率，使巡线人员可以更快捷，直观的得到所需信息；对于数据的分析计算处理在本地完成，使巡线人员可以及时得到输电线路和杆塔的健康状况，降低了巡检难度；本发明智能视频检测装置结构简单，巡线人员通过一个装置对多处输电线路和杆塔进行检测，取代了传统采用在杆塔安置大量传感器对杆塔进行检测的方法和采用人工对输电线路的弧垂、异物进行计算分析的方法，使得装置成本大大降低，且维护方便容易，且输电线路的弧垂、异物计算分析过程简单。
附图说明
图1是本发明所述便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置的结构示意图；
图2是本发明所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置、输电线路10和杆塔11间的相对位置关系。
具体实施方式
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参见图1和图2说本实施方式，本实施方式所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，包括视频图像采集模块1、三轴加速度传感器2、温度传感器3、电源模块4、数据处理模块5、存储模块6和显示模块7；
视频图像采集模块1，用于对输电线路10和杆塔11进行视频或图像采集，并上传至数据处理模块5；
三轴加速度传感器2，用于采集视频图像采集模块1的倾角信息，并上传至数据处理模块5；
温度传感器3，用于采集检测点温度信息，并上传至数据处理模块5；
数据处理模块5，根据接收的倾角信息对视频图像采集模块1采集的输电线路10和杆塔11的视频或图像进行倾角修正，并对修正后的图像或视频进行图像处理，获得输电线路10的弧垂、异物情况，以及杆塔11的倾斜、缺损和异物情况，并通过显示模块7进行显示；
显示模块7，还用于通过数据处理模块5显示视频图像采集模块1采集的输电线路10和杆塔11的视频或图像、三轴加速度传感器2采集的倾角信息和温度传感器3采集的检测点温度信息；
存储模块6，还用于对数据处理模块5接收的视频或图像、倾角信息、检测点的位置信息和检测点温度信息进行存储；还用于对数据处理模块5获得的输电线路10的弧垂、异物情况，以及杆塔11的倾斜、缺损和异物情况进行存储；
数据处理模块5，还用于对存储模块6进行信息读取；
电源模块4，用于对视频图像采集模块1、三轴加速度传感器2、温度传感器3、数据处理模块5、存储模块6和显示模块7进行供电。
如图2所示，本发明智能视频检测装置的工作示意图中，本发明智能视频检测装置工作时位于输电线路10和杆塔11的侧面；优选地，本发明进行图像或视频信息采集时所处位置最好位于相邻两杆塔11垂直平分线上，这有助于对采集图像或视频的处理；在对输电线路10和杆塔11进行图像或视频信息采集时，必须确保所采集到的图像或视频内包含输电线路10和杆塔11，且为一个整体；
对于视频图像采集模块1本发明可采用分辨率为1920×1080带有变焦功能的高精度数字摄像头，采集前巡线人员对摄像头的焦距、拍摄角度、对比度等进行选取和设置，根据采集点到输电线路10和杆塔11的距离不同，可选的还可加入长焦镜头；其中拍摄角度的选取最为重要，选取的角度如果不合适后面对于每根输电线路10和杆塔11的提取就会很困难；人为调整摄像头角度主要有以下注意要点:1.保证所需检测的输电线路10和杆塔11整体在镜头内；2.背景尽可能单一；3.镜头避免迎着太阳以免影响图片对比度。
本发明所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置便于携带，巡线人员可以远距离对输电线路和杆塔进行视频或图像数据采集，大大提高了人员巡检时巡检效率，使巡线人员可以更快捷，直观的得到所需信息；对于数据的分析计算处理在本地完成，使巡线人员可以及时得到输电线路和杆塔的健康状况，降低了巡检难度；本发明智能视频检测装置结构简单，巡线人员通过一个装置对多处输电线路和杆塔进行检测，取代了传统采用在杆塔安置大量传感器对杆塔进行检测的方法和采用人工对输电线路的弧垂、异物进行计算分析的方法，使得装置成本大大降低，且维护方便容易，且输电线路的弧垂、异物计算分析过程简单。
进一步的，具体参见图1，智能视频检测装置还包括GPS定位模块8；
GPS定位模块8，用于测量检测点的位置信息，并上传至数据处理模块5；
数据处理模块5，通过显示模块7对接收的检测点的位置信息进行显示。
本实施方式中，具体应用时本发明利用GPS定位模块8，结合电子地图在显示模块7上显示所处位置，进行检测点位置的确定；并在多次进行检测时，与上一次检测的位置相同；GPS定位模块8由巡线人员进行控制，在第一次进行检测时，首先要进行原始地理位置数据采集，在以后的多次测量时的确保地理位置一致，也确保了所采集的图像或视频数据的视角与比例尺的一定，这样数据处理模块5才能将采集数据与历史数据进行比对。
更进一步的，具体参见图1，智能视频检测装置，还包括通讯模块9；
数据处理模块5通过通讯模块9与监控中心服务器12进行交换数据；
电源模块4，还用于对通讯模块9进行供电。
更进一步的，具体参见图1，数据处理模块5，根据接收的倾角信息对视频图像采集模块1采集的输电线路10和杆塔11的视频或图像进行倾角修正的目标为：
数据处理模块5利用接收的倾角信息修正采集到的视频或图像，使图像或视频的水平、垂直参考方向分别与实际水平、垂直方向吻合。
更进一步的，具体参见图1，数据处理模块5对修正后的图像或视频进行图像处理，获得输电线路10的弧垂、异物情况，以及杆塔11的倾斜、缺损和异物情况的实现方式包括：
S1、数据处理模块5对修正后的图像或视频进行预处理，获得预处理后的图像；
S2、利用霍夫变换方法对预处理后的图像进行特征提取，获得特征提取图；特征提取图中，形状为直线的点集为对杆塔11进行特征提取后的点集，形状为曲线的点集为对输电线路10进行特征提取后的点集；
S3、对输电线路10进行特征提取后的点集进行曲线拟合，得到输电线路10的悬垂曲线特征函数；
根据悬垂曲线特征函数，在对输电线路10进行特征提取后的点集中找到一个最低点坐标，计算最低点的坐标分别与该输电线路10两端最高的点坐标之间所在线路的点集的个数分别为n1和n2，再结合输电线路10两端最高点坐标之间的垂直距离L与对输电线路10进行特征提取后的点集的总个数N之间的关系得到输电线路10的弧垂；
S4、将获得的对杆塔11进行特征提取后的点集与获得的对输电线路10进行特征提取后的点集中各点分别与相应的历史数据比对，从而获得输电线路10的异物情况、以及杆塔11的倾斜、缺损和异物情况。
更进一步的，具体参见图1，计算最低点的坐标分别与该输电线路10两端最高的点坐标之间所在线路的点集的个数分别为n1和n2，再结合输电线路10两端最高点坐标之间的垂直距离L与对输电线路10进行特征提取后的点集的总个数N之间的关系得到输电线路10的弧垂的实现方式为：
X1＝(N/L)*n1；
X2＝(N/L)*n2；
其中，X1和X2分别为输电线路10两端最高的点分别与输电线路10最低点间的垂直距离；当输电线路10两端最高点的高度一致时，则X1＝X2，输电线路10的弧垂唯一，且输电线路10的弧垂值为X1或X2；
当输电线路10两端最高点的高度不一致时，输电线路10的弧垂包括长弧垂和短弧垂，且X1和X2中数值大的作为输电线路10的长弧垂的值，数值小的作为输电线路10的短弧垂的值。
更进一步的，具体参见图1，S1中、数据处理模块5对修正后的图像或视频进行预处理，获得预处理后的图像的实现方式为：
首先对修正后的图像或视频进行灰度化处理，得到一张或多张灰度图，然后对所得灰度图依次进行高斯滤波、中值滤波和边缘提取，从而得到的预处理后的图像。
更进一步的，具体参见图1，视频图像采集模块1为带有变焦功能的数字摄像头或数字照相机。
更进一步的，具体参见图1，数据处理模块5，还用于将获得的输电线路10的弧垂与预设弧垂阈值比较，若超出预设弧垂阈值范围，则向监控中心服务器12发出报警信息。
更进一步的，具体参见图1，数据处理模块5，还用于将获得的输电线路10的异物情况与原始输电线路10的异物情况进行比对，若确定当前输电线路10存在异物，则向监控中心服务器12发出报警信息。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，包括视频图像采集模块(1)、三轴加速度传感器(2)、温度传感器(3)、电源模块(4)、数据处理模块(5)、存储模块(6)和显示模块(7)；
视频图像采集模块(1)，用于对输电线路(10)和杆塔(11)进行视频或图像采集，并上传至数据处理模块(5)；
三轴加速度传感器(2)，用于采集视频图像采集模块(1)的倾角信息，并上传至数据处理模块(5)；
温度传感器(3)，用于采集检测点温度信息，并上传至数据处理模块(5)；
数据处理模块(5)，根据接收的倾角信息对视频图像采集模块(1)采集的输电线路(10)和杆塔(11)的视频或图像进行倾角修正，并对修正后的图像或视频进行图像处理，获得输电线路(10)的弧垂、异物情况，以及杆塔(11)的倾斜、缺损和异物情况，并通过显示模块(7)进行显示；
显示模块(7)，还用于通过数据处理模块(5)显示视频图像采集模块(1)采集的输电线路(10)和杆塔(11)的视频或图像、三轴加速度传感器(2)采集的倾角信息和温度传感器(3)采集的检测点温度信息；
存储模块(6)，还用于对数据处理模块(5)接收的视频或图像、倾角信息、检测点的位置信息和检测点温度信息进行存储；还用于对数据处理模块(5)获得的输电线路(10)的弧垂、异物情况，以及杆塔(11)的倾斜、缺损和异物情况进行存储；
数据处理模块(5)，还用于对存储模块(6)进行信息读取；
电源模块(4)，用于对视频图像采集模块(1)、三轴加速度传感器(2)、温度传感器(3)、数据处理模块(5)、存储模块(6)和显示模块(7)进行供电。
2.根据权利要求1所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，还包括GPS定位模块(8)；
GPS定位模块(8)，用于测量检测点的位置信息，并上传至数据处理模块(5)；
数据处理模块(5)，通过显示模块(7)对接收的检测点的位置信息进行显示。
3.根据权利要求1所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，还包括通讯模块(9)；
数据处理模块(5)通过通讯模块(9)与监控中心服务器(12)进行交换数据；
电源模块(4)，还用于对通讯模块(9)进行供电。
4.根据权利要求1所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，数据处理模块(5)，根据接收的倾角信息对视频图像采集模块(1)采集的输电线路(10)和杆塔(11)的视频或图像进行倾角修正的目标为：
数据处理模块(5)利用接收的倾角信息修正采集到的视频或图像，使图像或视频的水平、垂直参考方向分别与实际水平、垂直方向吻合。
5.根据权利要求1所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，数据处理模块(5)对修正后的图像或视频进行图像处理，获得输电线路(10)的弧垂、异物情况，以及杆塔(11)的倾斜、缺损和异物情况的实现方式包括：
S1、数据处理模块(5)对修正后的图像或视频进行预处理，获得预处理后的图像；
S2、利用霍夫变换方法对预处理后的图像进行特征提取，获得特征提取图；特征提取图中，形状为直线的点集为对杆塔(11)进行特征提取后的点集，形状为曲线的点集为对输电线路(10)进行特征提取后的点集；
S3、对输电线路(10)进行特征提取后的点集进行曲线拟合，得到输电线路(10)的悬垂曲线特征函数；
根据悬垂曲线特征函数，在对输电线路(10)进行特征提取后的点集中找到一个最低点坐标，计算最低点的坐标分别与该输电线路(10)两端最高的点坐标之间所在线路的点集的个数分别为n1和n2，再结合输电线路(10)两端最高点坐标之间的垂直距离L与对输电线路(10)进行特征提取后的点集的总个数N之间的关系得到输电线路(10)的弧垂；
S4、将获得的对杆塔(11)进行特征提取后的点集与获得的对输电线路(10)进行特征提取后的点集中各点分别与相应的历史数据比对，从而获得输电线路(10)的异物情况、以及杆塔(11)的倾斜、缺损和异物情况。
6.根据权利要求5所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，计算最低点的坐标分别与该输电线路(10)两端最高的点坐标之间所在线路的点集的个数分别为n1和n2，再结合输电线路(10)两端最高点坐标之间的垂直距离L与对输电线路(10)进行特征提取后的点集的总个数N之间的关系得到输电线路(10)的弧垂的实现方式为：
X1＝(N/L)*n1；
X2＝(N/L)*n2；
其中，X1和X2分别为输电线路(10)两端最高的点分别与输电线路(10)最低点间的垂直距离；当输电线路(10)两端最高点的高度一致时，则X1＝X2，输电线路(10)的弧垂唯一，且输电线路(10)的弧垂值为X1或X2；
当输电线路(10)两端最高点的高度不一致时，输电线路(10)的弧垂包括长弧垂和短弧垂，且X1和X2中数值大的作为输电线路(10)的长弧垂的值，数值小的作为输电线路(10)的短弧垂的值。
7.根据权利要求5所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，S1中、数据处理模块(5)对修正后的图像或视频进行预处理，获得预处理后的图像的实现方式为：
首先对修正后的图像或视频进行灰度化处理，得到一张或多张灰度图，然后对所得灰度图依次进行高斯滤波、中值滤波和边缘提取，从而得到的预处理后的图像。
8.根据权利要求1所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，视频图像采集模块(1)为带有变焦功能的数字摄像头或数字照相机。
9.根据权利要求1所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，数据处理模块(5)，还用于将获得的输电线路(10)的弧垂与预设弧垂阈值比较，若超出预设弧垂阈值范围，则向监控中心服务器(12)发出报警信息。
10.根据权利要求1所述的便携式输电线路和杆塔健康智能视频检测装置，其特征在于，数据处理模块(5)，还用于将获得的输电线路(10)的异物情况与原始输电线路(10)的异物情况进行比对，若确定当前输电线路(10)存在异物，则向监控中心服务器(12)发出报警信息。
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