[发明专利]基于机器双目视觉系统的输电导线风致振动模态测量方法

说明书

本发明公开了一种基于机器双目视觉系统的输电导线风致振动模态测量方法，其中机器双目视觉系统包括输电塔导线、振动后导线、测量靶标和双目识别位移监测系统；本发明在输电导线的特定位置设置好测量靶标，然后利用高速摄像机进行连续拍摄，并将照片通过传输导线输送到图像处理计算机中，根据相邻靶标之间距离的变化计算出导线位移的瞬时变化，进而得到电塔的振动模态。本发明有良好的操作性及稳定性，并具有高采样率、高精度、非接触及实时性等优点，能够实现对输电塔导线的动态位移和变形的有效监控；从而为输电塔导线因振动而引起输电塔的风致倒塌的实时监测研究和运营安全监测评估提供依据。

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种基于机器双目视觉系统的输电导线风致振动模态测量方法。

背景技术

近年来，对导线舞动在线监测技术的研究逐渐成为电力行业的研究热点之一。输电线路的导线舞动是导线因覆冰或者其他原因而在气流中形成对空气动力不稳定的外形引起的，是一种低频率(0.1～3Hz)、大振幅(可达导线直径5～300倍)的自激振动。当导线舞动幅度较大时，一次持续时间很长的摆动将极易引起线间闪络，导致金具和绝缘子损坏、线路跳闸、导线断股和断线，甚至拉倒杆塔，这将造成严重的电网事故和重大的经济损失，给人们的生活和工业生产造成严重的影响。因此，对导线动态模拟的方法的研究具有重大意义。

由于输电塔-线结构现场环境的局限，常规图像处理技术通过灵活组合多种图像处理算法虽然可以完成各种场景运动图像的分析和信息的提取，但是常规图像处理手段也存在的诸多问题，如参数多，难调整；步骤多，繁琐易出错；对图像质量要求高,光照、噪声对算法执行效果有直接影响等。为了更准确、方便地获得结构的动态位移或变位信息，急需另外一种高效的、实时结构动态位移及变形监测技术来获取导线振动模态，预防因导线振动而引起的输电塔风致倒塌。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明利用了一种采用机器双目视觉技术的、高效的、准确的输电塔-线体系实时动态监测系统实现对输电导线模态进行监测。

本发明所采用的技术方案是：一种基于机器双目视觉系统的输电导线风致振动模态测量方法，所述机器双目视觉系统包含输电塔导线、振动后导线、测量靶标和双目识别位移监测系统；所述测量靶标若干，粘贴在输电塔导线需要监测的位置上；双目识别位移监测系统包括两个高速摄像机、图像处理计算机和风速风向测量装置，两个高速摄像机布置在输电塔-线体系的下方，用于获取测量靶标的三维坐标；

所述两个高速摄像机均与图像处理计算机通过传输导线连接，所述图像处理计算机读取所述高速摄像机拍摄得到的帧系列照片中测量靶标的三维坐标，计算输电塔导线在不同风速和风向下的振动模态，并根据连续拍摄的照片中相邻靶标距离的变化计算出结构的内力。

所述方法包括以下步骤：

步骤1：获取实时风速风向，计算得到风的工作频率ω；

步骤2：计算空间位移函数s_i和输电塔导线测点在特定频率ω_f位移阻抗Z_f；

步骤3：利用输电塔导线测点的空间位移函数估算模态质量m和模态刚度k，以此为基础计算结构振动幅值A和模态固有频率ω₀；

步骤4：判定结构是否在正常工作范围内振动，以及是否有发生共振的可能。

本发明的优点是：

1、该方法有良好的操作性及稳定性，并具有高采样率、高精度、非接触及实时性等优点，能够实现对输电导线的振动模态有效监控；

2、输电导线风致振型复杂、难以计算，该系统利用双目视觉技术能够准确读取两个靶点的三维坐标，确定靶点之间距离的变化，根据动力学原理能够推算出结构的振型模态，从而为防止输电导线风致倒塌的研究提供依据；