CN114240911B - 一种输电线路外破对象距离测算方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路外破对象距离测算方法和***，一方面获取外破隐患对象图形并进行识别，得到外破图像的二维坐标信息，另一方面建立输电线路的三维空间场景，得到输电线路的三维空间信息，然后进行二维坐标与三维坐标的转换，得到三维空间中的外破对象的二维坐标，然后再通过虚拟摄像头距三维空间基础平面的高度信息，结合三维空间中的外破对象的二维坐标，利用几何数学关系计算得到外破隐患对象的三维空间坐标位置以及具体的大小信息，最后再根据外破隐患对象的三维空间坐标计算距输电线路的距离，实现了对输电线路的外破隐患对象的大小和位置的感知，并计算输电线路外破隐患对象对输电线路的净空距离。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路安全监测技术领域，尤其涉及一种输电线路外破对象距离测算方法和***。
背景技术
随着经济的发展，电网输电线路公里数、杆塔数量持续增长，电网负荷总量逐年增加，一旦发生线路安全事故，将对电网造成巨大影响。在输电线路运维过程中，诸多因素对输电线路的正常运行产生极大的影响，外力入侵破坏就是输电线路跳闸的主要因素，由于输电线路具有点多、面广、线长、长期暴露野外等特点，非常容易被外力破坏。目前的输电线路防外破技术主要是通过在输电杆塔上安装摄像头等监拍装置，虽然可以定性地识别施工车辆等外破现象，但仍然存在不足：无法感知到外破隐患的大小和位置信息，无法实时计算外破隐患对输电线路的净空距离，导致对输电线路的外破隐患监测和预警能力不强，无法保障输电线路的运行可靠性和安全性。
发明内容
本发明提供了一种输电线路外破对象距离测算方法和***，用于解决现有的输电线路防外破无法感知到外破隐患的大小和位置信息，无法实时计算外破隐患对输电线路的净空距离，导致对输电线路的外破隐患监测和预警能力不强，无法保障输电线路的运行可靠性和安全性的技术问题。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种输电线路外破对象距离测算方法，包括以下步骤：
通过物理摄像头获取输电线路监控图像，识别出监控图像中的外破隐患对象，并定位监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标；
构建输电线路场景的三维空间模型，根据物理摄像头的物理坐标构建三维空间模型中的虚拟摄像头；
根据物理摄像头与虚拟摄像头指定平面的唯一关系，确定三维空间模型的基础平面；
将监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标进行坐标映射转换，在三维空间模型中形成外破隐患对象的二维坐标；
获取虚拟摄像头相对于基础平面的三维空间坐标值，得到虚拟摄像头与基础平面之间的高度；
通过虚拟摄像头，对已映射到三维空间模型的外破隐患对象的二维坐标发射射线，得到射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值、射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值；
根据虚拟摄像头与基础平面之间的高度、射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值，以及射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值，计算外破隐患对象的高度值，得到外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值；
根据外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值，计算三维空间模型中外破隐患对象与输电线路导线的距离，确定距外破隐患对象最近的输电线路导线和输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点。
可选地，还包括：
判断输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点的距离是否小于阈值，若是，则在监控后台***发出告警并实时显示外破隐患对象的位置信息。
可选地，通过物理摄像头获取输电线路监控图像，识别出监控图像中的外破隐患对象，并定位监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标，包括：
获取物理摄像头采集的输电线路监控图像；
对监控图像进行预处理；
将预处理后的监控图像输入预置图像识别模型，识别出监控图像中的外破隐患对象；
计算监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标。
可选地，还包括：
在监控后台***显示含有外破隐患对象的监控图像。
本发明第二方面提供了一种输电线路外破对象距离测算***，包括以下模块：
隐患对象获取模块，用于通过物理摄像头获取输电线路监控图像，识别出监控图像中的外破隐患对象，并定位监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标；
三维场景建立模块，用于构建输电线路场景的三维空间模型，根据物理摄像头的物理坐标构建三维空间模型中的虚拟摄像头；
基础平面确定模块，用于根据物理摄像头与虚拟摄像头指定平面的唯一关系，确定三维空间模型的基础平面；
坐标转换模块，用于将监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标进行坐标映射转换，在三维空间模型中形成外破隐患对象的二维坐标；
虚拟摄像头高度计算模块，用于获取虚拟摄像头相对于基础平面的三维空间坐标值，得到虚拟摄像头与基础平面之间的高度；
第一隐患对象三维位置计算模块，用于通过虚拟摄像头，对已映射到三维空间模型的外破隐患对象的二维坐标发射射线，得到射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值、射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值；
第二隐患对象三维位置计算模块，用于根据虚拟摄像头与基础平面之间的高度、射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值，以及射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值，计算外破隐患对象的高度值，得到外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值；
距离计算模块，用于根据外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值，计算三维空间模型中外破隐患对象与输电线路导线的距离，确定距外破隐患对象最近的输电线路导线和输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点。
可选地，还包括：
告警模块，用于判断输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点的距离是否小于阈值，若是，则在监控后台***发出告警并实时显示外破隐患对象的位置信息。
可选地，隐患对象获取模块具体用于：
获取物理摄像头采集的输电线路监控图像；
对监控图像进行预处理；
将预处理后的监控图像输入预置图像识别模型，识别出监控图像中的外破隐患对象；
计算监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标。
可选地，还包括：
隐患对象显示模块，用于在监控后台***显示含有外破隐患对象的监控图像。
从以上技术方案可以看出，本发明提供的输电线路外破对象距离测算方法具有以下优点：
本发明提供的输电线路外破对象距离测算方法，一方面获取外破隐患对象图形并进行识别，得到外破图像的二维坐标信息，另一方面建立输电线路的三维空间场景，得到输电线路的三维空间信息，然后进行二维坐标与三维坐标的转换，得到三维空间中的外破对象的二维坐标，然后再通过虚拟摄像头距三维空间基础平面的高度信息，结合三维空间中的外破对象的二维坐标，利用几何数学关系计算得到外破隐患对象的三维空间坐标位置以及具体的大小信息，最后再根据外破隐患对象的三维空间坐标计算距输电线路的距离，实现了对输电线路的外破隐患对象的大小和位置的感知，并计算输电线路外破隐患对象对输电线路的净空距离，解决了现有的输电线路防外破无法感知到外破隐患的大小和位置信息，无法实时计算外破隐患对输电线路的净空距离，导致对输电线路的外破隐患监测和预警能力不强，无法保障输电线路的运行可靠性和安全性的技术问题。
附图说明
为了更清楚的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的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的一种输电线路外破对象距离测算方法的流程示意图；
图2为本发明提供的虚拟摄像头向外破隐患对象发射射线的示意图；
图3为本发明提供的一种输电线路外破对象距离测算方法的另一流程示意图；
图4为本发明提供的一种输电线路外破对象距离测算***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
为了便于理解，请参阅图1，本发明中提供了一种输电线路外破对象距离测算方法的实施例，包括以下步骤：
步骤101、通过物理摄像头获取输电线路监控图像，识别出监控图像中的外破隐患对象，并定位监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标。
物理摄像头即实际输电线路场景中的真实摄像头，通过物理摄像头拍摄输电线路的监控图像，通过预置的图像识别算法识别出监控图像中的外破隐患对象，例如普通车辆、吊车、挖掘机等外破隐患对象。当监控图像中存在外破隐患对象，被识别出来之后，根据二维图像像素坐标系计算外破隐患对象在监控图像中的二维像素坐标。在二维图像像素坐标系中，每一个像素的坐标，分别是该像素在数组中的列数与行数，其坐标原点定位在图像的左上角点。
步骤102、构建输电线路场景的三维空间模型，根据物理摄像头的物理坐标构建三维空间模型中的虚拟摄像头。
利用三维建模技术，构建输电线路场景的三维空间模型，然后获取物理摄像头的物理坐标，即物理摄像头的实际经纬度坐标，在输电线路的三维空间模型中构建出相同坐标值的虚拟摄像头。
步骤103、根据物理摄像头与虚拟摄像头指定平面的唯一关系，确定三维空间模型的基础平面。
在获得物理摄像头的信息和虚拟摄像头的信息之后，依据现有的二三维映射参考面标定的方法，构建三维空间模型中的虚拟摄像头与物理摄像头指定的参考平面的唯一关系，从而得到三维空间模型的基础平面，即在物理摄像头的拍摄画面和虚拟摄像头拍摄的画面中，同时对某个标志物体进行标记，该物体的点坐标在物理摄像头的拍摄画面和虚拟摄像头的拍摄画面中应在同一坐标位置，若不在同一位置，则对虚拟摄像头的拍摄视角进行校正，直到位置一致。
步骤104、将监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标进行坐标映射转换，在三维空间模型中形成外破隐患对象的二维坐标。
对监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标进行坐标映射处理，将监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标映射到三维空间模型中，得到维空间模型中的外破隐患对象的二维坐标。
步骤105、获取虚拟摄像头相对于基础平面的三维空间坐标值，得到虚拟摄像头与基础平面之间的高度。
获得基础平面之后，根据虚拟摄像头的三维坐标距基础平面的距离，可得到虚拟摄像头距基础平面之间的高度H。
步骤106、通过虚拟摄像头，对已映射到三维空间模型的外破隐患对象的二维坐标发射射线，得到射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值、射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值。
如图2所示，图2中，底部横线所代表的平面为基础平面，虚拟摄像头所照射的矩形部分为映射到三维空间模型的隐患对象的二维坐标区域，通过虚拟摄像头向已映射到三维空间模型的外破隐患对象的二维坐标发射相应的射线，可得到到射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值、射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值，以及射线与三维空间的外破隐患目标对象顶部与底部之间的夹角值。
步骤107、根据虚拟摄像头与基础平面之间的高度、射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值，以及射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值，计算外破隐患对象的高度值，得到外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值。
如图2所示，在得到虚拟摄像头距基础平面之间的高度H、射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值，以及射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值之后，可根据等比三角形的数学几何关系计算出外破隐患对象的高度值h，因而也就得到了外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值以及外破隐患对象的具体大小。
步骤108、根据外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值，计算三维空间模型中外破隐患对象与输电线路导线的距离，确定距外破隐患对象最近的输电线路导线和输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点。
三维空间模型中的输电线路的三维坐标信息在构建三维空间模型时已根据输电线路杆塔的经纬度信息获得，因而，在获得外破隐患对象的三维坐标值之后，即可根据距离计算公式计算外破隐患对象距输电线路的距离，得到该外破隐患目标对象距离最近的输电导线，以及该导线与外破隐患目标对象的最短距离点，从而获得外破隐患对象与输电线路的净空距离。
本发明提供的输电线路外破对象距离测算方法，一方面获取外破隐患对象图形并进行识别，得到外破图像的二维坐标信息，另一方面建立输电线路的三维空间场景，得到输电线路的三维空间信息，然后进行二维坐标与三维坐标的转换，得到三维空间中的外破对象的二维坐标，然后再通过虚拟摄像头距三维空间基础平面的高度信息，结合三维空间中的外破对象的二维坐标，利用几何数学关系计算得到外破隐患对象的三维空间坐标位置以及具体的大小信息，最后再根据外破隐患对象的三维空间坐标计算距输电线路的距离，实现了对输电线路的外破隐患对象的大小和位置的感知，并计算输电线路外破隐患对象对输电线路的净空距离，解决了现有的输电线路防外破无法感知到外破隐患的大小和位置信息，无法实时计算外破隐患对输电线路的净空距离，导致对输电线路的外破隐患监测和预警能力不强，无法保障输电线路的运行可靠性和安全性的技术问题。
在一个实施例中，步骤108之后，如图3所示，还包括：
步骤109、判断输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点的距离是否小于阈值，若是，则在监控后台***发出告警并实时显示外破隐患对象的位置信息。
预先设置一定的安全阈值，当输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点的距离小于阈值时，说明外破隐患对象已进入威胁输电线路安全的区域，需要进行预警，因此，当输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点的距离小于阈值时，在监控后台***发出告警并实时显示外破隐患对象的位置信息，以便于运行人员采取相应的措施。在一个实施例中，还可以在监控后台***弹出一个窗口，显示含有外破隐患对象的监控图像，以便于运行人员可视化观看外破隐患对象现场情况。
为了便于理解，请参阅图4，本发明中提供了一种输电线路外破对象距离测算***的实施例，包括：
隐患对象获取模块，用于通过物理摄像头获取输电线路监控图像，识别出监控图像中的外破隐患对象，并定位监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标；
三维场景建立模块，用于构建输电线路场景的三维空间模型，根据物理摄像头的物理坐标构建三维空间模型中的虚拟摄像头；
基础平面确定模块，用于根据物理摄像头与虚拟摄像头指定平面的唯一关系，确定三维空间模型的基础平面；
坐标转换模块，用于将监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标进行坐标映射转换，在三维空间模型中形成外破隐患对象的二维坐标；
虚拟摄像头高度计算模块，用于获取虚拟摄像头相对于基础平面的三维空间坐标值，得到虚拟摄像头与基础平面之间的高度；
第一隐患对象三维位置计算模块，用于通过虚拟摄像头，对已映射到三维空间模型的外破隐患对象的二维坐标发射射线，得到射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值、射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值；
第二隐患对象三维位置计算模块，用于根据虚拟摄像头与基础平面之间的高度、射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值，以及射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值，计算外破隐患对象的高度值，得到外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值；
距离计算模块，用于根据外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值，计算三维空间模型中外破隐患对象与输电线路导线的距离，确定距外破隐患对象最近的输电线路导线和输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点。
隐患对象获取模块具体用于：
获取物理摄像头采集的输电线路监控图像；
对监控图像进行预处理；
将预处理后的监控图像输入预置图像识别模型，识别出监控图像中的外破隐患对象；
计算监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标。
还包括：
告警模块，用于判断输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点的距离是否小于阈值，若是，则在监控后台***发出告警并实时显示外破隐患对象的位置信息。
还包括：
隐患对象显示模块，用于在监控后台***显示含有外破隐患对象的监控图像。
本发明提供的输电线路外破对象距离测算***，一方面获取外破隐患对象图形并进行识别，得到外破图像的二维坐标信息，另一方面建立输电线路的三维空间场景，得到输电线路的三维空间信息，然后进行二维坐标与三维坐标的转换，得到三维空间中的外破对象的二维坐标，然后再通过虚拟摄像头距三维空间基础平面的高度信息，结合三维空间中的外破对象的二维坐标，利用几何数学关系计算得到外破隐患对象的三维空间坐标位置以及具体的大小信息，最后再根据外破隐患对象的三维空间坐标计算距输电线路的距离，实现了对输电线路的外破隐患对象的大小和位置的感知，并计算输电线路外破隐患对象对输电线路的净空距离，解决了现有的输电线路防外破无法感知到外破隐患的大小和位置信息，无法实时计算外破隐患对输电线路的净空距离，导致对输电线路的外破隐患监测和预警能力不强，无法保障输电线路的运行可靠性和安全性的技术问题。
本发明实施例提供的输电线路外破对象距离测算***，用于执行前述实施例的输电线路外破对象距离测算方法，其工作原理与前述实施例的输电线路外破对象距离测算方法相同，可取得与前述实施例的输电线路外破对象距离测算方法相同的技术效果，在此不再进行赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种输电线路外破对象距离测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过物理摄像头获取输电线路监控图像，识别出监控图像中的外破隐患对象，并定位监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标；
构建输电线路场景的三维空间模型，根据物理摄像头的物理坐标构建三维空间模型中的虚拟摄像头；
根据物理摄像头与虚拟摄像头指定平面的唯一关系，确定三维空间模型的基础平面；
将监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标进行坐标映射转换，在三维空间模型中形成外破隐患对象的二维坐标；
获取虚拟摄像头相对于基础平面的三维空间坐标值，得到虚拟摄像头与基础平面之间的高度；
通过虚拟摄像头，对已映射到三维空间模型的外破隐患对象的二维坐标发射射线，得到射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值、射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值；
根据虚拟摄像头与基础平面之间的高度、射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值，以及射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值，计算外破隐患对象的高度值，得到外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值；
根据外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值，计算三维空间模型中外破隐患对象与输电线路导线的距离，确定距外破隐患对象最近的输电线路导线和输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点。
2.根据权利要求1所述的输电线路外破对象距离测算方法，其特征在于，还包括：
判断输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点的距离是否小于阈值，若是，则在监控后台***发出告警并实时显示外破隐患对象的位置信息。
3.根据权利要求1所述的输电线路外破对象距离测算方法，其特征在于，通过物理摄像头获取输电线路监控图像，识别出监控图像中的外破隐患对象，并定位监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标，包括：
获取物理摄像头采集的输电线路监控图像；
对监控图像进行预处理；
将预处理后的监控图像输入预置图像识别模型，识别出监控图像中的外破隐患对象；
计算监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标。
4.根据权利要求3所述的输电线路外破对象距离测算方法，其特征在于，还包括：
在监控后台***显示含有外破隐患对象的监控图像。
5.一种输电线路外破对象距离测算***，其特征在于，包括以下模块：
隐患对象获取模块，用于通过物理摄像头获取输电线路监控图像，识别出监控图像中的外破隐患对象，并定位监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标；
三维场景建立模块，用于构建输电线路场景的三维空间模型，根据物理摄像头的物理坐标构建三维空间模型中的虚拟摄像头；
基础平面确定模块，用于根据物理摄像头与虚拟摄像头指定平面的唯一关系，确定三维空间模型的基础平面；
坐标转换模块，用于将监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标进行坐标映射转换，在三维空间模型中形成外破隐患对象的二维坐标；
虚拟摄像头高度计算模块，用于获取虚拟摄像头相对于基础平面的三维空间坐标值，得到虚拟摄像头与基础平面之间的高度；
第一隐患对象三维位置计算模块，用于通过虚拟摄像头，对已映射到三维空间模型的外破隐患对象的二维坐标发射射线，得到射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值、射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值；
第二隐患对象三维位置计算模块，用于根据虚拟摄像头与基础平面之间的高度、射线与外破隐患对象的顶部相交的三维坐标值，以及射线与外破隐患对象的底部相交的三维坐标值，计算外破隐患对象的高度值，得到外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值；
距离计算模块，用于根据外破隐患对象在三维空间模型中的三维坐标值，计算三维空间模型中外破隐患对象与输电线路导线的距离，确定距外破隐患对象最近的输电线路导线和输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点。
6.根据权利要求5所述的输电线路外破对象距离测算***，其特征在于，还包括：
告警模块，用于判断输电线路导线中距外破隐患对象距离最近的点的距离是否小于阈值，若是，则在监控后台***发出告警并实时显示外破隐患对象的位置信息。
7.根据权利要求5所述的输电线路外破对象距离测算***，其特征在于，隐患对象获取模块具体用于：
获取物理摄像头采集的输电线路监控图像；
对监控图像进行预处理；
将预处理后的监控图像输入预置图像识别模型，识别出监控图像中的外破隐患对象；
计算监控图像中的外破隐患对象的二维像素坐标。
8.根据权利要求7所述的输电线路外破对象距离测算***，其特征在于，还包括：
隐患对象显示模块，用于在监控后台***显示含有外破隐患对象的监控图像。
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| Transmission Line Fault Detection: A Review;Hui Hwang Goh 等;Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science;20171031;全文 * |
| 浅析输电线路故障定位算法现状及发展趋势;周笛 等;电气开关;20110615;全文 * |
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