基于多相机的杆塔全系统监测方法及系统与流程

本发明涉及对输电杆塔特别是高压输电杆塔的监控技术，具体涉及一种基于多相机的杆塔全系统监测方法及系统。

背景技术：

随着国家电力建设的迅速发展和用电需求的扩张，电网规模的不断扩大，在复杂地形条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多。作为电力输送纽带的杆塔具有分散性大、地处偏远、难以巡视及维护困难等特点。输电杆塔的状况直接关系到电力部门的供电安全，因此对输电杆塔本体及周边环境进行远程监测成为一项迫切工作。

杆塔监测系统是对架空输电线路杆塔倾斜度、地基沉降、周围环境及绝缘子、防震锤、螺栓等杆塔设备进行监测的一种监控系统。目前杆塔监测除人工监测法外，还出现了许多基于视频的杆塔状态监测方法。人工监测法受天气、杆塔距离等影响，存在监控效率低，监控不全面的缺陷；基于视频的监测方法采用单一视点对杆塔进行成像，通过通信链路将采集图像传输回监控中心，再利用图像处理方法获取杆塔相关状态，监测结果受通信信号稳定程度及传输距离影响，实时性差。且用单一视点进行杆塔多设备监测不具有针对性，监测结果与背景复杂度有关，各设备的状态监测结果相互干扰，状态监测准确性低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：基于多相机的杆塔全系统监测方法及系统，解决传统技术中人工监测存在的监控效率低、不全面的问题及采用单视点视频监测存在的实时性差、准确性低、监控结果不具有针对性的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

基于多相机的杆塔全系统监测系统，其包括：

供电系统、数据采集单元、数据处理系统、通信网络及监控中心；

所述供电系统为整个监测系统提供电力支持；

所述数据采集单元包括分布于杆塔上的多个图像采集传感器，每个图像采集传感器固定监测杆塔上的一个兴趣点，并将采集的图像传输给数据处理系统；

所述数据处理系统包括与图像采集传感器一一对应连接的视觉处理芯片VPU，每个VPU用于对该兴趣点的采集图像进行处理并输出状态监测结果；

所述通信网络采用北斗卫星通信方式实现杆塔、基站、监控中心之间的数据传输和通信；

所述监控中心负责接收杆塔状态监测结果进行数据分析、杆塔状态预测以及决策。

作为进一步优化，所述图像采集传感器包括至少一个相机，所述相机为单目相机或双目相机。相机的个数和类型根据监测的兴趣点的特点进行选择，针对不同的兴趣点有不同的选择方式，从而实现更加灵活、有针对性的监控。

作为进一步优化，所述通信网络包括设置在杆塔、变电站和监控中心的北斗短报文模块。

本发明采用北斗卫星通信方式实现数据传输和通信，与常规的光纤通信、无线通信及ZigBee组网等通信方式相比，具有不受监测地形、传输距离、网络信号等影响的优势。

作为进一步优化，所述供电系统采用风力发电或太阳能发电方式为数据采集单元、数据处理系统及杆塔上的通信模块提供电力支持。

作为进一步优化，所述兴趣点包括：杆塔本体、塔基、螺栓、绝缘子和杆塔四周。

本发明中采用上述组合形式的状态监测结果表示方法能够使得监控中心快速、准确地获知兴趣点具体状态情况，除了上述组合方式外，本发明中的状态监测结果还可以根据具体需求定制，更加人性化。

此外，本发明的另一目的还在于提出一种基于多相机的杆塔全系统监测方法，其应用于上述监测系统，包括以下步骤：

A、对杆塔的各兴趣点的图像信息进行采集和处理后输出状态监测结果；

B、根据状态监测结果判断兴趣点状态是否存在异常，若不存在异常，则仅将状态监测结果上传给监控中心，所存在异常，则将所述状态监测结果和采集的问题画面上传给监控中心；

C、监控中心接收状态监测结果，或者接收状态监测结果和问题画面，并进行数据分析、对杆塔状态进行预测及决策。

作为进一步优化，在步骤A之前还包括步骤：

A0、划分兴趣点并进行编号，并对各兴趣点可能出现的状态关联对应状态代码。

作为进一步优化，步骤B中，将状态监测结果上传给监控中心，或者将所述状态监测结果和采集的问题画面上传给监控中心的方法是：

杆塔直接将状态监测结果或者将监测结果和采集的问题画面上传给监控中心；

或者，杆塔通过变电站将状态监测结果或者将状态监测结果和采集的问题画面上传给监控中心。

作为进一步优化，所述杆塔通过变电站将状态监测结果或者将状态监测结果和采集的问题画面上传给监控中心的方法为：

杆塔将变电站的ID号和通讯内容申请信号加密后以报文形式通过卫星转入地面中心站；

地面中心站接收到报文后，经过解密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给变电站；

变电站接收广播的出站广播电文，并经过解调解密后，识别监控中心地址，然后将通讯内容传送给监控中心。

作为进一步优化，所述状态监测结果包括兴趣点编号、状态标识、状态代码；其中兴趣点编号用于区分不同兴趣点，状态标识用Yes或No对应表示该兴趣点状态正常或异常，状态代码采用十进制数字或二进制数字或英文字母表示兴趣点具体的状态分类。

本发明的有益效果是：

1.采用多节点实现杆塔全系统监测，每个节点固定观测某个兴趣点，监控更加全面；

2.针对不同监测对象，杆塔全系统中每个节点或采用单目或采用双目相机有针对地监测杆塔状态，可进一步提高监测准确性；

3.采用北斗卫星通信方式实现数据传输和通信，与常规的光纤通信、无线通信及ZigBee组网等通信方式相比，具有不受监测地形、传输距离、网络信号等影响的优势。

附图说明

图1为基于多相机的杆塔全系统监测系统结构框图；

图2为基于多相机的杆塔全系统监测原理图；

图3为杆塔‐变电站通信链路示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种基于多相机的杆塔全系统监测方法及系统，解决传统技术中人工监测存在的监控效率低、不全面的问题及采用单视点视频监测存在的实时性差、准确性低、监控结果不具有针对性的问题。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明中基于多相机的杆塔全系统监测系统包括供电系统、数据采集单元、数据处理系统、通信网络及监控中心；

所述供电系统为整个监测系统提供电力支持；

所述数据采集单元包括分布于杆塔上的多个图像采集传感器，每个图像采集传感器固定监测杆塔上的一个兴趣点，并将采集的图像传输给数据处理系统；

所述数据处理系统包括与图像采集传感器一一对应连接的视觉处理芯片VPU，每个VPU用于对该兴趣点的采集图像进行处理并输出状态监测结果；

所述通信网络采用北斗卫星通信方式实现杆塔、基站、监控中心之间的数据传输和通信；

所述监控中心负责接收杆塔状态监测结果进行数据分析、杆塔状态预测以及决策。

在具体实现上，本发明采用多节点监测方式，节点与兴趣点相对应，每一个节点能够固定监测一个兴趣点，而每一个节点都包括一个图像采集传感器单元和与其对应连接的专业视觉处理芯片VPU(视频处理单元),其中图像采集传感器单元可采用一个相机，也可以采用多个相机以提高图像采集准确度，在具体选择时，可以根据监测的兴趣点的特点进行选择。

如图2所示，在本例中，针对绝缘子、塔杆、导线和其它附属设备都设置了对应传感器进行图像采集，并针对每个传感器也设置了对应VPU进行图像处理，以便输出监测结果，监测结果可以通过通信模块上传至监控中心，监控中心对数据进行存储及分析，以便做出相应预测和决策。

基于上述系统，本发明实施例基于多相机的杆塔全系统监测方法包括以下实现步骤：

1)划分兴趣点并进行编号，并对各兴趣点可能出现的状态关联对应状态代码；

兴趣点的选取和划分根据实际需求，作为一种优化选择方式，可以将杆塔本体、塔基、螺栓、绝缘子和杆塔四周作为兴趣点，以便监控杆塔是否倾斜、塔基是否塌陷、螺栓是否松动或脱落、绝缘子是否污染、爆裂、缺失、线下是否有烧荒现象出现等；

这些状态即为兴趣点可能出现的状态，为了便于数据传输和识别，本发明针对各个兴趣点的这些状态进行代码化，比如：将绝缘子设为兴趣点1，编号为1，杆塔地基设为兴趣点2，编号为2。

绝缘子可能出现的状态有：0、正常1、污秽(a、轻度污染，b、中度污染，c、重度污染)2、爆裂3、缺失等。

杆塔可能的状态代码有：0、正常1、杆塔倾斜2、杆塔倒塌3等。

2)对杆塔的各兴趣点的图像信息进行采集和处理后输出状态监测结果；

这里的状态监测结果包括兴趣点编号、状态标识、状态代码；其中兴趣点编号用于区分不同兴趣点，状态标识用Yes或No对应表示该兴趣点状态正常或异常，状态代码采用十进制数字或二进制数字或英文字母表示兴趣点具体的状态分类；

以上述采用十进制数字作为状态代码为例，针对绝缘子若检测到状态正常，则输出“1Yes0“作为状态监测结果，其中“1”为绝缘子的兴趣点编号，“Yes”表示兴趣点状态正常，“0”表示其状态代码。若检测到绝缘子轻度污染，则输出“1No1a”作为状态监测结果，同理，“1”为绝缘子的兴趣点编号，“No”表示兴趣点状态异常，“1a”表示其状态代码，对应轻度污染。

3)根据状态监测结果判断兴趣点状态是否存在异常，若不存在异常，则仅将状态监测结果上传给监控中心，所存在异常，则将所述状态监测结果和采集的问题画面上传给监控中心；

在本步骤中，根据状态监测结果进行判断，具体是根据状态标识进行判断，如果不存在异常，则为了节约网络资源，直接上传状态监测结果即可，如果存在异常，为了进一步对异常状态进行分析，除了上传状态监测结果以外，还要上传问题图像。

鉴于北斗卫星系统既能导航定位又能短报文通信以及输电线路中杆塔地理位置偏僻、地形复杂等特点，本发明中，基于多相机的杆塔全系统监测的通信网络由北斗卫星系统实现杆塔、变电站、监控中心间的相互通信。图3表示以杆塔—变电站的通信链路传输示例。具体步骤如下：

(1)首先，在杆塔、变电站分别安装可以发送和接收短报文的北斗短报文模块。

(2)杆塔将变电站的ID号和通讯内容申请信号加密通过卫星转入地面中心站。

(3)地面中心站接收到通讯申请信号后，经解密和再加密后加入持续广播的出站广播报

文中，经卫星广播给变电站。

(4)变电站接收出站信号，解调解密出站报文，完成一次通讯。

此后，变电站可以通过互联网(有线或无线方式)将解密出来的数据再以数据流的形式发送给监控中心，本发明还支持杆塔与监控中心之间的直接通信。

4)、监控中心接收状态监测结果，或者接收状态监测结果和问题画面，并进行数据分析、对杆塔状态进行预测及决策。

监控中心包括手机、便携电脑、巡检车等移动终端以及固定监测中心等，负责接收杆塔状态监测结果进行数据分析、杆塔状态预测以及决策。

在本发明中，相机和VPU以及通信模块所需的电力由供电系统提供，供电系统的供电方式可为风力发电、太阳能发电或者其他发电方式。