专利名称：一种基于视频差异分析的输电导线风偏测量方法
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，涉及一种输电线路导线风偏测量方法，具体涉及一种基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法。
背景技术：
近年来，输电线路风偏闪络事故频繁发生，对电网的安全运行造成了严重威胁。风偏闪络事故一旦发生会导致输送电能损失和风偏跳闸等故障。由于风的连续性，风偏闪络跳闸后一般不能成功重合闸，从而导致了线路的停运。随着我国特高压电网的建设，将有越来越多的直流士SOOkV及交流IOOOkV级以上的输电线路投入建设及使用。根据国家电网规划研究，2020年为满足“全国联网、西电东送、南北互供”的需要，将构建由百万伏级特高压电网组成的全国主干网架。输电线路抗风偏性能高低是关系到其能否安全稳定运行的主要因素，因此实时获取输电线路在大风下的风偏状况并进行准确计算是十分必要的。长期以来，国内高压架空输电线路的设计中，在计算悬垂绝缘子串的风偏时，通常将绝缘子串简化为刚性直杆，或按弦多边形方法，用静力学方法计算悬垂绝缘子串在设计平均风速作用下的风偏角。而且在工程实际中，只有当悬垂绝缘子串较重且需要严格检查大风下最上端绝缘子是否碰及横担或下端带电部件对横担的间隙时才采用弦多边形方法， 一般情况下都将绝缘子串简化为刚性杆近似地计算悬垂绝缘子串的风偏角。最近几年， 国内外不少专家学者都对输电导线风偏进行了专门的分析和试验研究，研究内容主要集中在风压不均勻系数；在冲击电压下风偏角与闪络电压之间的关系。通过分析，当前这种输电线绝缘子风偏角计算存在以下问题准确度低，需要进行复杂的力学分析，而且计算方法复杂，计算过程中的风压、风载荷调整系数等参数不容易得到。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，解决了现有输电线绝缘子风偏角计算准确度低，需要进行复杂的力学分析，计算方法复杂，计算过程中的风压、风载荷调整系数不容易得到的问题。本发明所采用的技术方案是，一种基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法， 具体按照以下步骤实施步骤1 输电导线图像采集通过安装在杆塔上的工业摄像机采集输电线路的视频和图像，将采集到的视频和图像数据传送至监控中心；监控中心从视频和图像数据中截取待测的输电线路绝缘子图像；步骤2 监控中心对步骤1得到的绝缘子图像进行处理，得到待测输电线路导线的风偏角。其中步骤2监控中心对步骤1得到的绝缘子图像进行处理，得到待测输电线路导线的风偏角，具体按照以下步骤实施a.对步骤1得到的绝缘子图像进行去噪；
b.对步骤a得到的去噪后的图像进行边缘增强；c.对步骤b得到的边缘增强后的图像进行分割；d.对步骤c得到的分割后的图像进行膨胀运算和腐蚀运算；e.对步骤d得到的膨胀运算和腐蚀运算后的图像数据进行开运算和闭运算，得到图像外轮廓；f.根据步骤e得到的图像外轮廓，分别计算绝缘子上端交点的平均值和下端交点的平均值，在得到的两个平均值坐标点之间确定一条直线，计算该直线与水平轴的夹角，再用90°减去夹角的角度，得到待测输电线路导线的风偏角。其中步骤a对绝缘子图像进行去噪，采用窗口大小固定不变但其形状可改变的时频局部化分析方法，将高频子块置为零，并对次低、高频子块进行抑制。其中步骤b对去噪后的图像进行边缘增强，具体按照以下步骤实施以待增强图像的任意像素点(i，j)为中心，截取一个3X3的像素窗口分别计算窗口中心像素在X，y方向上的梯度Sx = [f(i-l, j+l)+2f(i, j+l)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i，j-l)+f(i+l, j-1)]，Sy = [f(i+l, j-l)+2f(i+l, j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i_l，j)+f(i_l， j+1)]，上式中，f(i_l，j)表示图像在像素点(i_l，j)处的灰度值，民和Sy分别表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值；增强后图像在(i，j)处的灰度值为f(x,y) = ^Sx2+Sy2 o其中步骤C对边缘增强后的图像进行分割，采用基于阈值选取的图像分割方法， 把图像视为具有不同灰度级的区域的组合，通过选取合适的阈值，将杆塔、绝缘子和导线区域从它们的背景中分离出来。其中步骤d对分割后的图像进行膨胀运算和腐蚀运算，膨胀运算的计算方法是
A B = [z\{E)zl」#0[，式中，A是输入图像，B是膨胀的结构元素；腐蚀运算的计算方法是A B = {z\B + z<^A),式中，A是输入图像，B是腐蚀的结构元素。其中步骤e对膨胀运算和腐蚀运算后的图像数据进行开运算和闭运算， 得到图像外轮廓，开运算的计算方法是对图像先进行腐蚀运算再进行膨胀运算， 」06 = (^^)Θ6，闭运算的计算方法是对图像先进行膨胀运算再进行腐蚀运算， Αφ = (Α Β)ΘΒ。本发明的有益效果是，用到的设备较少，结构简单、成本低廉，不需要建立精确的数学模型，只需通过图像处理以及简单的计算来获取绝缘子的倾斜角，实施非常简便。
图1是本发明基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法一种实施例的流程图；图2是本发明测量方法一种实施例中现场采集到的原图；图3是本发明测量方法一种实施例中图像边缘增强后的图；图4是本发明测量方法一种实施例中图像分割结果图；图5是本发明测量方法一种实施例中第一次膨胀腐蚀运算结果图；图6是本发明测量方法一种实施例中第二次膨胀腐蚀运算结果图；图7是本发明测量方法一种实施例中开运算和闭运算结果图；图8是本发明测量方法一种实施例中外轮廓的交点图；图9是本发明测量方法一种实施例中外轮廓交点在原图中的显示图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法的一种实施例，如图1所示， 具体按照以下步骤实施步骤1 输电导线图像采集，通过安装在杆塔上的工业摄像机采集输电线路的视频和图像，将数据实时传送至监控中心；监控中心从视频流中截取待测量的输电线路数字图像，得到绝缘子图像；步骤2 监控中心对步骤1得到的绝缘子图像进行处理，得到输电线路导线的风偏角，具体按照以下步骤实施a.图像去噪；在输电导线图像采集过程中，引起噪声的原因很多，如敏感元件的内部噪声、热噪声、高压环境的电磁噪声、传输信道的干扰噪声以及量化噪声等。这些噪声恶化了图像质量，使图像模糊，甚至淹没特征，给图像分析带来困难。图像去噪的目的就是为了减少和消除输电导线图像中的噪声，以改善图像质量，有利于抽取对象特征进行分析。经典的去噪技术对噪声使用局部算子，当对某一个像素进行去噪处理时，仅对它的局部小邻域内的一些像素进行处理，其优点是计算效率高，而且可以多个像素并行处理。本发明采用的就是一种窗口大小固定不变但其形状可改变的时频局部化分析方法。由于噪声大多分布在高频区域，图像通过小波变换后，噪声信息大多集中在次低频、次高频及高频子块中，高频子块几乎是以噪声信息为主。因此，将高频子块置为零，并对次低、 高频子块进行一定的抑制，达到了去噪的目的。b.图像边缘增强；在输电导线图像摄取、传输及处理过程中有许多因素会使图像变得模糊。图像模糊是常见的图像降质问题。大量的研究表明，图像模糊的实质是图像受到了求和、平均或积分运算。所以，可以不必深究图像模糊降质的物理过程及其数学模型，而根据图像模糊都有相加或积分运算这一共同点，运用相反的运算来减弱和消除模糊。本发明中图像边缘增强的基本思想是以待增强图像的任意像素点(i，j)为中心，截取一个3X3的像素窗口分别计算窗口中心像素在x，y方向上的梯度Sx = [f (i-Ι，j+1) +2f (i，j+1) +f (i+1，j+1) ] - [f (i_l，j_l) +2f (i，j_l) +f (i+1，j_l) ] (1)
Sy = [f(i+l, j-l)+2f(i+l, j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j_l)+2f(i_l，j)+f(i_l， j+1)] (2)上式中，f(i_l，j)表示图像在像素点(i_l，j)处的灰度值，民和Sy分别表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值。增强后图像在(i，j)处的灰度值为
权利要求
1. 一种基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施步骤1 输电导线图像采集通过安装在杆塔上的工业摄像机采集输电线路的视频和图像，将采集到的视频和图像数据传送至监控中心；监控中心从视频和图像数据中截取待测的输电线路绝缘子图像；步骤2 监控中心对步骤1得到的绝缘子图像进行处理，得到待测输电线路导线的风偏
2.根据权利要求1所述的基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，其特征在于， 所述的步骤2监控中心对步骤1得到的绝缘子图像进行处理，得到待测输电线路导线的风偏角，具体按照以下步骤实施a.对步骤1得到的绝缘子图像进行去噪；b.对步骤a得到的去噪后的图像进行边缘增强；c.对步骤b得到的边缘增强后的图像进行分割；d.对步骤C得到的分割后的图像进行膨胀运算和腐蚀运算；e.对步骤d得到的膨胀运算和腐蚀运算后的图像数据进行开运算和闭运算，得到图像外轮廓；f.根据步骤e得到的图像外轮廓，分别计算绝缘子上端交点的平均值和下端交点的平均值，在得到的两个平均值坐标点之间确定一条直线，计算该直线与水平轴的夹角，再用 90°减去夹角的角度，得到待测输电线路导线的风偏角。
3.根据权利要求2所述的基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，其特征在于， 所述的步骤a对绝缘子图像进行去噪，采用窗口大小固定不变但其形状可改变的时频局部化分析方法，将高频子块置为零，并对次低、高频子块进行抑制。
4.根据权利要求2所述的基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，其特征在于， 所述的步骤b对去噪后的图像进行边缘增强，具体按照以下步骤实施以待增强图像的任意像素点(i，j)为中心，截取一个3X3的像素窗口分别计算窗口中心像素在x，y方向上的梯度Sx = [f(i-l, j+l)+2f(i, j+l)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j-l)+2f(i, j-l)+f(i+l, j_l)]，Sy = [f(i+l, j-l)+2f (i+1，j)+f(i+l, j+l)]-[f(i-l, j-l)+2f(i"l, j)+f(i-l, j+1)]，上式中，f(i-l，j)表示图像在像素点(i-1，j)处的灰度值，民和Sy分别表示像素窗口中心像素在X，y方向上灰度的梯度值；增强后图像在(i，j)处的灰度值为f(x,y) = ^ISx2+Sy2。
5.根据权利要求2所述的基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，其特征在于， 所述的步骤c对边缘增强后的图像进行分割，采用基于阈值选取的图像分割方法，把图像视为具有不同灰度级的区域的组合，通过选取合适的阈值，将杆塔、绝缘子和导线区域从它们的背景中分离出来。
6.根据权利要求2所述的基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，其特征在于， 所述的步骤d对分割后的图像进行膨胀运算和腐蚀运算，膨胀运算的计算方法是
7.根据权利要求2所述的基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，其特征在于， 所述的步骤e对膨胀运算和腐蚀运算后的图像数据进行开运算和闭运算，得到图像外轮廓，开运算的计算方法是对图像先进行腐蚀运算再进行膨胀运算
全文摘要
本发明公开了一种基于视频差异分析的输电导线风偏测量方法，通过对摄像机在线采集的输电线路导线视频和图像进行处理，得到目标图像的平滑外轮廓，通过求取外轮廓的交点，得到偏移的绝缘子上下两端的位置坐标，计算出风偏角。本发明基于视频差异的输电线路导线风偏测量方法，为输电线路的风偏监测提供一种新的手段，并可节省大量的人力资源成本，提高在线监测系统的利用效率，对保证电力系统的安全运行有着非常重要现实的意义。
文档编号G01C9/00GK102183239SQ201110053898
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者张晓霞, 李文静, 陶保震, 黄新波 申请人:西安工程大学