[发明专利]基于视频差异分析的输电线路导/地线覆冰厚度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于数字视频图像处理及输电线路在线监测技术领域，涉及一种输电线路覆冰厚度测量方法，具体涉及一种基于视频差异分析的输电线路导/地线覆冰厚度测量方法。

背景技术

我国受大气候、微地形和微气象条件的影响，冰灾事故频繁发生，是遭受覆冰灾害最严重的国家之一。覆冰引起的事故直接原因都是大范围长时间低温、雨雪冰冻天气，但同时也反映出电网抵御恶劣气候能力不足，缺乏在第一时间掌握线路运行情况的手段，因此对输电线路覆冰在线监测的研究有着重大的现实意义。现有的输电线路覆冰在线监测方法主要有两种：(1)通过监测导线覆冰前后重量的变化以及环境风速等气象条件，利用导线覆冰厚度计算模型得到当前线路的覆冰厚度。由于这种方法需要现场安装力传感器，不仅改变了原有的力学结构，而且需要对力学传感器进行机械强度、疲劳破坏等性能测试，因而应用受到了限制。(2)在杆塔上安装视频监控系统，通过视频图像观察现场覆冰情况，这种方法虽然将现场的情况直观地展现给工作人员，但是只能通过人眼判断覆冰而不能实现对覆冰的定量分析。为了适应智能化电网建设的要求，本发明借助现有视频监控装置拍摄现场图像，利用图像处理技术包括摄像机标定、图像灰度化、图像增强、图像分割等，自动获取输电线覆冰前后的边界，进而定量地计算导/地线覆冰厚度。当覆冰厚度超出规定的安全范围时，自动进行报警，提示相关部门及时采取除冰措施，从而保障电力系统安全运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于视频差异分析的输电线路导/地线覆冰厚度测量方法，解决了现有输电线路视频监控装置只能通过人眼判断覆冰而不能实现对覆冰的定量分析的不足。

本发明所采用的技术方案是，基于视频差异分析的输电线路导/地线覆冰厚度测量方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：通过安装在杆塔上的摄像机采集输电线路的图像信号，将采集到的图像信号无线传送至监控中心，监控中心从图像信号中获取所监测的输电线路现场的数字图像，得到监测目标图像；

步骤2：对摄像机进行标定，确定世界坐标系中已知点与它们在投影图像中的对应关系；

步骤3：对步骤1得到的监测目标图像进行预处理；

步骤4：对步骤3得到的预处理后的图像进行线路检测；

步骤5：对步骤4得到的检测图像采用纹理分析与阈值分割相结合的方法进行图像分割；

步骤6：通过计算步骤5中分割出的导/地线所占的像素初步判断是否覆冰；

步骤7：根据步骤2摄像机的标定结果将步骤6检测到的边缘点的图像坐标转化到世界坐标，计算步骤6提取得到的覆冰前后边界之间的距离，这两个距离之差便是输电线路的覆冰厚度。

本发明的特点还在于，

其中步骤2中的摄像机标定，具体按照以下步骤实施：

1)选择合适的标定板，创立描述标定板行数和列数、外框的几何尺寸、方向标记、圆形标志的半径的描述文件；

2)利用标定板的特点，通过阈值分割、边缘提取、最小化代数误差拟合算法提取目标板的特征，确定容易确定的标志点及其与图像中投影的关系；

3)确定标定板上圆形标志点的二维坐标，并得到摄像机外部参数的初始值；

4)通过提供的初始参数为初始值，进行优化搜索获得误差最小化的过程，计算出摄像机的所有参数，记下标定结果。

其中步骤3中图像预处理，具体按照以下步骤实施：

首先将采集的输电线路RGB图像按下式转换成灰度图像：

Y＝0.299R+0.587G+0.114B，

上式中，Y为亮度，即RGB图像转换成灰度图像后对应像素点的灰度值；R、G、B分别表示红色分量值、绿色分量值和蓝色分量值；

其次对灰度图像进行图像增强，采用直方图均衡化对通过灰度化处理得到的图像进行处理；

最后采用中值滤波法对图像进行滤波。

其中步骤4中的线路检测，首先采用高斯线检测方法监测出导/地线在图像中的走向，然后通过已经确定的导/地线走向将这部分区域从图像中用矩形框固定下来。

其中步骤5中图像分割，具体按照以下步骤实施：按纹理特征值先算出一幅纹理图像，其中每个像素的灰度级反映了该像素所在的局部区域的某些纹理特性，按灰度级区分各物体，采用阈值分割进一步实现导/地线的分割：迭代式阈值选择算法，具体按照以下步骤实施：

1)求出图像的最大灰度值和最小灰度值，分别记为Z_max和Z_min，令初始阈值t＝(Z_max+Z_min)/2；