[發明專利]一種基于機器視覺技術的架空線路覆冰在線監測裝置

無效

• 申請號: 200910242628.1
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN101709954A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 胡曉光;耿鑫
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01N9/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域：

本發明提供一種基于機器視覺技術的架空線路覆冰在線監測裝置。該裝置能夠實時監 測架空線路覆冰的厚度和密度，并對覆冰類型進行判斷，從而實現對架空線路覆冰災害的監 測與預警。其中涉及機器視覺、數據采集、嵌入式圖像處理和基于通用無線分組業務(GPRS) 的無線通訊技術，GPRS無線通訊在裝置硬件結構中對應GPRS無線通訊單元，在裝置軟件結 構中對應GPRS無線通訊線程。該裝置屬于圖像處理與監測類裝置。

(二)背景技術：

我國幅員遼闊、地形多樣，是覆冰災害嚴重的國家之一。2008年初，我國南方地區的 嚴重覆冰災害造成了長時間大面積停電以及線路斷線、桿塔倒塌等嚴重事故。由于覆冰災害 形成時天氣條件惡劣，電力搶修工作進展緩慢，經濟損失巨大。這次災害反映出我國目前尚 缺乏覆冰災害監測與預警的有效手段，缺少有效的架空線路覆冰在線監測裝置。

輸電線路覆冰因氣象條件不同而種類很多，其中主要有雨凇、混合凇、軟霧凇和積雪 等。覆冰厚度、類型和密度，是描述一次覆冰現象的重要參數。這些參數直觀反映了覆冰害 的性質和嚴重程度，一方面可以作為覆冰歷史資料為線路設計或改造提供重要參考，另一方 面也可以作為災害預警和除冰研究的重要依據。覆冰參數受許多外界因素的影響。氣象條件、 海拔高度、線路走向、電壓等級以及地形地貌等因素都會對覆冰造成影響，這也使得覆冰參 數的觀測極為困難。

目前，架空線路覆冰監測主要有以下三種方法。第一種方法是建立覆冰觀測站。這種 方法需要工作人員采集覆冰樣品來實現對線路覆冰厚度、密度等參數的測量。人工測量方式 雖然比較準確，但是自動化程度低、測量不便，因此不適合大規模使用。第二種方式是對線 路的傾角、弧垂和氣象信息等參數進行測量，根據公式推算出覆冰厚度。這種方法自動化程 度高，但是由于架空線路覆冰機理復雜，影響因素眾多，目前還沒有準確描述覆冰厚度與傾 角、弧垂、氣象信息等參數之間關系的模型。近年來，隨著數字技術和視頻技術的發展，機 器視覺技術逐漸應用到架空線路覆冰的監測上來。該方法通過攝像頭采集覆冰圖像并利用無 線通訊將圖像信息發送到監控中心的計算機上，監控中心的工作人員通過圖像了解線路覆冰 情況，并對災害程度做出判斷。這種方法簡便直觀，但只采集了覆冰圖像，并沒有對圖像進 行進一步分析，也沒有提供覆冰厚度、密度等重要參數，覆冰災害程度也需要工作人員通過 圖像做出判斷，缺乏科學性。

針對以上問題，在第三種方法的基礎上，提出一種基于機器視覺技術的架空線路覆冰 在線監測裝置。該裝置可以實時采集覆冰線路圖像和氣象信息，一方面通過圖像處理方法直 接計算覆冰厚度并判斷覆冰類型，另一方面利用已經計算出的覆冰厚度和溫度、風速等氣象 信息推算覆冰密度，從而實現對覆冰災害的全面監測。

(三)發明內容：

1、目的：本發明的目的是提供一種基于機器視覺技術的架空線路覆冰在線監測裝置。 該裝置采用嵌入式設計，將圖像采集、圖像處理和GPRS無線通訊功能集成于一體，實現對 架空線路覆冰厚度、密度的在線監測以及對覆冰類型的識別，并通過GPRS無線通訊方式將 監測結果及覆冰圖像發送到監控中心服務器。

2、技術方案：本發明一種基于機器視覺技術的架空線路覆冰在線監測裝置由硬件和軟 件兩大部分構成：硬件部分結構示意圖如圖1所示。該硬件結構包括下位機硬件和上位機硬 件兩部分。上位機硬件和下位機硬件通過GPRS無線網絡實現無線通訊。相應的，該軟件結 構也分為下位機軟件和上位機軟件兩部分。下位機硬件負責圖像及數據的采集，并通過GPRS 無線通訊方式將監測結果發送到上位機硬件；下位機軟件負責驅動下位機硬件完成圖像及氣 象數據采集，并根據采集到的圖像直接計算覆冰厚度、判斷覆冰類型。根據覆冰厚度和氣象 信息，下位機軟件還可以進一步計算覆冰密度。最后下位機軟件對覆冰圖像進行壓縮并驅動 GPRS無線通訊單元將壓縮后的圖像和監測結果一起發送到上位機硬件。上位機硬件負責完 成與下位機硬件的GPRS無線通訊并存儲下位機硬件發送的監測信息；上位機軟件負責驅動 上位機硬件完成GPRS無線通訊，并實現人機交互界面和監測信息的管理。

(1)硬件結構：

該基于機器視覺技術的架空線路覆冰在線監測裝置，其硬件結構包括下位機硬件和上 位機硬件兩大部分。