[發(fā)明專利]一種基于聚類分析的輸電線路覆冰檢測方法和系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410484919.2
• 申請(qǐng)日: 2014-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN104616020A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳洪濤;任洪民;趙建明;項(xiàng)福軍;佟輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)吉林省電力有限公司松原供電公司
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06K9/60;G06T7/00
• 代理公司: 長春眾益專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 22211
• 代理人: 余巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輸電線路巡檢領(lǐng)域，涉及到數(shù)字圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)，特別是涉及一種基于聚類分析的輸電線路覆冰檢測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對(duì)于架空輸電線路，由于長期暴露在自然環(huán)境中，存在人為或自然的破壞和線路老化問題，還要經(jīng)受污穢、雷擊、風(fēng)雪、洪水和鳥害等外界因素的侵害。以上因素會(huì)促使線路上設(shè)備老化，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除這些隱患就有可能引發(fā)各種故障甚至出現(xiàn)事故，會(huì)影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電力系統(tǒng)穩(wěn)定。架空輸電線路上的覆冰，已經(jīng)給世界上許多地方的架空輸電線路帶來了很多影響。近幾年來，我國也同樣遭受到了大范圍的冰災(zāi)事故。覆冰對(duì)架空輸電線路會(huì)造成絕緣子損壞、斷線、桿塔倒塌等嚴(yán)重危害。通過輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，工作人員可以及時(shí)了解輸電線路的現(xiàn)場狀況，以便在輸電線路上覆冰過厚時(shí)，及時(shí)采取除冰措施，避免重大事故的發(fā)生，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障。但是工作人員需要長時(shí)間堅(jiān)守在監(jiān)視器前，造成人力資源的浪費(fèi)，而且容易由人為因素導(dǎo)致險(xiǎn)情不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

傳統(tǒng)的輸電線路覆冰監(jiān)測方法大多數(shù)采用模擬檢測法技術(shù)，模擬檢測法的優(yōu)點(diǎn)是取材很簡單、安裝方便，只需要靠近輸電線路放置，但是這種方法的缺點(diǎn)是獲得摸擬材料的覆冰數(shù)據(jù)很難。名稱為“一種基于模糊邏輯的覆冰厚度預(yù)測方法”的專利公開一種根據(jù)輸電線路現(xiàn)場溫度、濕度、風(fēng)速及導(dǎo)線溫度數(shù)據(jù)，從而綜合得出輸電線路覆冰厚度的方法。所述方法采用拉力測量方式，但是拉力傳感器本身材質(zhì)的特點(diǎn)使得串接絕緣子施工難度高，會(huì)影響到絕緣子，對(duì)線路安全存在影響。

近些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，研究人員開始逐步采用基于圖像的覆冰檢測技術(shù)，從而促使架空輸電線路覆冰檢測的準(zhǔn)確率和可靠性在一定程度上得到提高。名稱為“架空線路覆冰厚度的視覺檢測方法”的專利公開的方法是：首先進(jìn)行圖像分割，獲得圖像輸電線路的所在區(qū)域，然后基于Makkonen模型對(duì)輸電線路進(jìn)行覆冰載荷、覆冰厚度、桿塔受力及導(dǎo)線受力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和監(jiān)測，通過統(tǒng)計(jì)輸電線路區(qū)域與整幅圖像的像素比例來計(jì)算覆冰的厚度，但是該方法在分割圖像獲得輸電線路所在區(qū)域時(shí)，分割效果不理想；名稱為“輸電線路圖像采集裝置及輸電線路覆冰厚度檢測系統(tǒng)”的專利公開了一種檢測系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)通過將攝像部件設(shè)置在輸電線路上直接對(duì)導(dǎo)線及覆冰導(dǎo)線厚度進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)了固定輸電線路圖像采集裝置與輸電線路的相對(duì)位置，該系統(tǒng)獲得的圖像較穩(wěn)定，不用做圖像去抖、去噪操作，但是該裝置在復(fù)雜條件下，如大風(fēng)、沙塵天氣，攝像部件工作不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚類分析的輸電線路覆冰檢測方法和系統(tǒng)，該檢測方法無論從檢測時(shí)間還是檢測效果上都取得了顯著的成果，能滿足實(shí)際復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用需要。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于聚類分析的輸電線路覆冰檢測方法，

其特征在于包括下列步驟：

1、從視頻監(jiān)控終端或視頻錄像中提取相鄰幀圖像；

2、對(duì)提取相鄰幀圖像進(jìn)行圖像的預(yù)處理；

3、利用基于聚類分析理論，對(duì)輸電線路圖像進(jìn)行圖像分割；

4、與無覆冰輸電線路進(jìn)行對(duì)比，判斷輸電線路是否覆冰；

5、根據(jù)輸電線路在圖像中的特征，采用連通區(qū)域標(biāo)識(shí)來定位輸電線路的位置。

?所述的對(duì)提取相鄰幀圖像進(jìn)行圖像的預(yù)處理，首先檢測出圖像中和輸電線路有關(guān)的關(guān)鍵區(qū)域，然后將關(guān)鍵區(qū)域的圖像進(jìn)行灰度化，得到灰度圖；

??（1）

其中為圖像中像素點(diǎn)坐標(biāo)，，m?為圖像高度，，n?為圖像寬度，?分別為像素點(diǎn)坐標(biāo)為的紅、綠、藍(lán)通道的像素值，?為像素點(diǎn)坐標(biāo)的灰度值，灰度化圖像后再對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的圖像進(jìn)行圖像平滑，過濾噪聲，圖像平滑采用中值濾波的方法。

?所述的基于聚類分析理論對(duì)輸電線路圖像進(jìn)行圖像分割，采用一種改進(jìn)的模糊C-均值聚類算法，設(shè)樣本集屬于p維歐式空間，即,.首先將樣本集分成不同的類，即c個(gè)互不相交的子集合，其中c為類別數(shù)，每一個(gè)類內(nèi)反映在圖像的特征上有很強(qiáng)的內(nèi)聚性，而類與類之間有較大的類間差，即

?

式中，，是加權(quán)指數(shù)，n為圖像中的像素?cái)?shù)或模式數(shù)，c為預(yù)先設(shè)置的類別數(shù)1<c≤n；