[发明专利]一种导线非接触式实时时间序列图帧视觉测量装置及方法

权利要求书

1.一种导线非接触式实时时间序列图帧视觉测量方法，采用导线非接触式实时时间序列图帧视觉测量装置；其特征在于：所述装置包括输电线(1)、间隔棒(2)、摄像机构(3)、数据处理模块(4)、无线信号发射模块(5)；

平行设置的输电线(1)之间固定设置有所述间隔棒(2)，用于限制输电线(1)之间的相对运动；所述摄像机构(3)固定在所述间隔棒(2)上，用于拍摄微距视频图像；所述数据处理模块(4)将所述摄像机构(3)拍摄的微距视频图像进行处理，将处理结果通过所述无线信号发射模块(5)送到地面监测中心；

所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算输电线体型系数μ_sc(t)、风向与输电线方向夹角度θ(t)；

步骤2：计算风荷载；

步骤3：计算输电线路的振型；

步骤4：对微距视频图像进行处理；

步骤5：计算输电线应力与弧垂；

步骤6：当测得输电线的拉应力大于阈值F₀时，发出警报，从而建立实时预警机制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述摄像机构(3)为微距视频图像采集设备，其镜头能根据需要更换为不同放大倍数的镜头。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述输电线(1)的表面设置有不同的花纹。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于：所述输电线(1)上面均匀的涂抹有荧光粉(6)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤1中，利用摄像机构(3)对输电线(1)进行拍摄，拍摄的微距图像能够描述荧光粉(6)的路径，通过分析得到t时刻输电线(1)的体型系数μ_sc(t)和风向与输电线方向之间的夹角度θ(t)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，风荷载计算公式为：

F₁(t)＝αβ_cμ_sc(t)μ_zω₀dLsin²θ(t)；

式中，F₁(t)是在t时刻垂直于输电线及地线方向的水平风荷载标准值，α是风压不均匀系数；β_c是输电线及地线风荷载调整系数；μ_sc(t)是输电线的体型系数；μ_z是风压高度变化系数；ω₀是基本风压标准值；L是输电塔的水平档距；d是输电线的外径，分裂输电线取所有子输电线外径的总和；θ(t)是在t时刻风向与输电线方向之间的夹角度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中，将输电线在三维空间的运动轨迹，分解到竖直平面和水平平面内；在竖直平面内，将输电线在该平面内的投影划分成n个单元，在每个平面内对输电线进行模态分析，振动微分方程如下：

其中，[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵，d为位移，F(t)为外力，仅考虑重力和风荷载；求解方程，得到每个单元的位移，进而得到竖直平面内输电线路的振型；同理，求得输电线路在水平平面内的振型。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中，利用摄像机构(3)对不同状态下的输电线进行拍摄成像，接着转成微距视频灰度图像；以输电线振动图像中截取的多帧连续图像为研究对象，选取间隔棒(2)作为跟踪目标来创建轮廓特征模板，通过匹配间隔棒(2)来定位输电线位置和计算输电线应变ε。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5中，输电线的弧垂f＝E(ε-ε₀)/g，其中E为导线的弹性模量，ε₀为输电线最低点应变，g为输电线的比载；计算出图像上导线的弧垂f₁，并且建立与输电线的弧垂f的定量关系；同时，建立输电线应变ε与输电线的拉力F的定量关系；最后，设置输电线的弧垂阈值f₀和拉力阈值F₀。