專利名稱：一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置。該裝置能夠?qū)?br> 時(shí)監(jiān)測(cè)架空線路覆冰的厚度和密度，并對(duì)覆冰類型進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)架空線路覆冰災(zāi) 害的監(jiān)測(cè)與預(yù)警。其中涉及機(jī)器視覺、數(shù)據(jù)采集、嵌入式圖像處理和基于通用無線分組業(yè)務(wù)
(GPRS)的無線通訊技術(shù)，GPRS無線通訊在裝置硬件結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)GPRS無線通訊單元，在裝置 軟件結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)GPRS無線通訊線程。該裝置屬于圖像處理與監(jiān)測(cè)類裝置。
(二)
背景技術(shù)：
我國幅員遼闊、地形多樣，是覆冰災(zāi)害嚴(yán)重的國家之一。2008年初，我國南方地區(qū) 的嚴(yán)重覆冰災(zāi)害造成了長(zhǎng)時(shí)間大面積停電以及線路斷線、桿塔倒塌等嚴(yán)重事故。由于覆冰 災(zāi)害形成時(shí)天氣條件惡劣，電力搶修工作進(jìn)展緩慢，經(jīng)濟(jì)損失巨大。這次災(zāi)害反映出我國目 前尚缺乏覆冰災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警的有效手段，缺少有效的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)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(xiàn)象的重要參數(shù)。這些參數(shù)直觀反映了覆冰 害的性質(zhì)和嚴(yán)重程度，一方面可以作為覆冰歷史資料為線路設(shè)計(jì)或改造提供重要參考，另 一方面也可以作為災(zāi)害預(yù)警和除冰研究的重要依據(jù)。覆冰參數(shù)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(jí)以及地形地貌等因素都會(huì)對(duì)覆冰造成影響，這也使 得覆冰參數(shù)的觀測(cè)極為困難。 目前，架空線路覆冰監(jiān)測(cè)主要有以下三種方法。第一種方法是建立覆冰觀測(cè)站。這 種方法需要工作人員采集覆冰樣品來實(shí)現(xiàn)對(duì)線路覆冰厚度、密度等參數(shù)的測(cè)量。人工測(cè)量 方式雖然比較準(zhǔn)確，但是自動(dòng)化程度低、測(cè)量不便，因此不適合大規(guī)模使用。第二種方式是 對(duì)線路的傾角、弧垂和氣象信息等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)公式推算出覆冰厚度。這種方法自動(dòng) 化程度高，但是由于架空線路覆冰機(jī)理復(fù)雜，影響因素眾多，目前還沒有準(zhǔn)確描述覆冰厚度 與傾角、弧垂、氣象信息等參數(shù)之間關(guān)系的模型。近年來，隨著數(shù)字技術(shù)和視頻技術(shù)的發(fā)展， 機(jī)器視覺技術(shù)逐漸應(yīng)用到架空線路覆冰的監(jiān)測(cè)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(fā)送到監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)上，監(jiān)控中心的工作人員通過圖像了解線 路覆冰情況，并對(duì)災(zāi)害程度做出判斷。這種方法簡(jiǎn)便直觀，但只采集了覆冰圖像，并沒有對(duì) 圖像進(jìn)行進(jìn)一步分析，也沒有提供覆冰厚度、密度等重要參數(shù)，覆冰災(zāi)害程度也需要工作人 員通過圖像做出判斷，缺乏科學(xué)性。 針對(duì)以上問題，在第三種方法的基礎(chǔ)上，提出一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路 覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置。該裝置可以實(shí)時(shí)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(jì)算覆冰厚度并判斷覆冰類型，另一方面利用已經(jīng)計(jì)算出的覆冰厚度和溫度、風(fēng) 速等氣象信息推算覆冰密度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰災(zāi)害的全面監(jiān)測(cè)。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是提供一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置。該裝置采用嵌入式設(shè)計(jì)，將圖像采集、圖像處理和GPRS無線通訊功能集成于一體，實(shí)現(xiàn) 對(duì)架空線路覆冰厚度、密度的在線監(jiān)測(cè)以及對(duì)覆冰類型的識(shí)別，并通過GPRS無線通訊方式 將監(jiān)測(cè)結(jié)果及覆冰圖像發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器。 2、技術(shù)方案本發(fā)明一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置由硬件 和軟件兩大部分構(gòu)成硬件部分結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該硬件結(jié)構(gòu)包括下位機(jī)硬件和上 位機(jī)硬件兩部分。上位機(jī)硬件和下位機(jī)硬件通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線通訊。相應(yīng)的， 該軟件結(jié)構(gòu)也分為下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件兩部分。下位機(jī)硬件負(fù)責(zé)圖像及數(shù)據(jù)的采集， 并通過GPRS無線通訊方式將監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)硬件；下位機(jī)軟件負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)下位機(jī)硬 件完成圖像及氣象數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)采集到的圖像直接計(jì)算覆冰厚度、判斷覆冰類型。根 據(jù)覆冰厚度和氣象信息，下位機(jī)軟件還可以進(jìn)一步計(jì)算覆冰密度。最后下位機(jī)軟件對(duì)覆冰 圖像進(jìn)行壓縮并驅(qū)動(dòng)GPRS無線通訊單元將壓縮后的圖像和監(jiān)測(cè)結(jié)果一起發(fā)送到上位機(jī)硬 件。上位機(jī)硬件負(fù)責(zé)完成與下位機(jī)硬件的GPRS無線通訊并存儲(chǔ)下位機(jī)硬件發(fā)送的監(jiān)測(cè)信 息；上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)上位機(jī)硬件完成GPRS無線通訊，并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面和監(jiān)測(cè)信息 的管理。
(1)硬件結(jié)構(gòu) 該基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其硬件結(jié)構(gòu)包括下位機(jī)硬件 和上位機(jī)硬件兩大部分。 其中，下位機(jī)硬件由基于DSP的控制及處理單元、圖像采集單元、數(shù)據(jù)采集單元、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS無線通訊單元及太陽能光伏電源單元組成。圖像采集單元、數(shù)據(jù)采集 單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS無線通訊單元及太陽能光伏電源單元分別與基于DSP的控制及 處理單元相連接?；贒SP的控制及處理單元是下位機(jī)硬件的核心，它控制圖像采集單元 和數(shù)據(jù)采集單元分別采集覆冰圖像和現(xiàn)場(chǎng)氣象信息，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。然后，基 于DSP的控制及處理單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)完成覆冰厚度、密度的計(jì)算和覆冰類 型的識(shí)別。最后，所有監(jiān)測(cè)結(jié)果通過GPRS無線通訊單元向上位機(jī)硬件發(fā)送。太陽能光伏電 源單元為整個(gè)下位機(jī)硬件提供電源。 所述基于DSP的控制及處理單元由TMS320DM642DSP芯片構(gòu)成。該芯片是專用于數(shù) 字媒體應(yīng)用的高性能32位定點(diǎn)DSP芯片，工作主頻高達(dá)720MHz，處理能力可達(dá)5760MIPS， 它是下位機(jī)硬件部分的核心，負(fù)責(zé)控制整個(gè)監(jiān)測(cè)流程并處理采集到的圖像和數(shù)據(jù)。
所述圖像采集單元由CCD攝像頭、TVP5150視頻解碼芯片、I2C總線接口和視頻 接口組成，CCD攝像頭、I2C總線接口和視頻接口分別與TVP5150視頻解碼芯片連接；負(fù) 責(zé)采集圖像，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。CCD攝像頭拍攝覆冰線路圖像并輸出PAL格式的視頻信 號(hào)給TVP5150視頻解碼芯片。TVP5150視頻解碼芯片對(duì)PAL格式信號(hào)進(jìn)行解碼轉(zhuǎn)換，輸出 YUV4:2:2格式的數(shù)字色差信號(hào)供DSP采集。TVP5150視頻解碼芯片通過I2C總線接口和視 頻接口和基于DSP的控制及處理單元連接，其中I2C總線接口實(shí)現(xiàn)對(duì)TVP5150視頻解碼芯 片的配置，視頻接口采集TVP5150視頻解碼芯片輸出的YUV4:2:2格式的數(shù)字色差信號(hào)。
所述數(shù)據(jù)采集單元由模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7490芯片、數(shù)字I/0接口 (輸入輸出接口)、 信號(hào)調(diào)理電路及氣象傳感器(包括模擬量和數(shù)字量氣象傳感器)組成，模擬量氣象傳感器 與信號(hào)調(diào)理電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7490芯片相連接；數(shù)字量氣象傳感 器與信號(hào)調(diào)理電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)字1/0接口相連接；負(fù)責(zé)采集模擬量輸出或數(shù)字量輸出的氣象傳感器信號(hào)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。信號(hào)調(diào)理電路對(duì)模擬量傳感器和數(shù)字量傳感器輸出的模擬和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和濾波，AD7490芯片和數(shù)字1/0接口則分別采集調(diào)理后的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。AD7490芯片為16路12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，數(shù)字I/O接口采用DSP芯片上的16個(gè)數(shù)字I/O接口 。所用氣象傳感器包括DS18b20溫度傳感器、NZ100SX風(fēng)速風(fēng)向傳感器、DMT142濕度傳感器。 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元由兩片SDRAM芯片、一片F(xiàn)LASH芯片以及外部存儲(chǔ)器接口組成，SDRAM芯片和FLASH芯片通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲(chǔ)器接口連接。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)如圖4所示。SDRAM芯片采用2片Micron公司的MT48LC4M32B2B5-7SDRAM芯片，存儲(chǔ)容量達(dá)到256兆位，用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)上電后的應(yīng)用程序加載。FLASH芯片采用AMD公司的AM29LV800B FLASH芯片，存儲(chǔ)容量達(dá)到32兆位，用來固化bootloader引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序。兩片MT48LC4M32B2B5-7SDRAM芯片和一片AM29LV800B FLASH芯片通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲(chǔ)器接口連接?；贒SP的控制及處理單元通過外部存儲(chǔ)器接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。 所述GPRS無線通訊單元采用LQ8110無線模塊，它負(fù)責(zé)和上位機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)GPRS無線通訊； 所述太陽能光伏電源單元由太陽能電池板、SM-PL2020型充放電控制器和蓄電池組成，太陽能電池板和SM-PL2020型充放電控制器連接，SM-PL2020型充放電控制器和蓄電池連接。太陽能光伏電源單元為下位機(jī)硬件設(shè)備供電并在充放電控制器的控制下為蓄電池充電。在沒有光照時(shí)，蓄電池放電為系統(tǒng)提供電源。 其中，上位機(jī)硬件由監(jiān)控中心服務(wù)器單元和GPRS無線通訊單元組成。它們之間采用串口連接。該上位機(jī)硬件的GPRS無線通訊單元由LQ8110無線模塊組成，它用于和下位機(jī)硬件的GPRS無線通訊單元進(jìn)行通訊。該監(jiān)控中心服務(wù)器單元采用普通的計(jì)算機(jī)，它用來存儲(chǔ)、顯示并管理監(jiān)測(cè)到的信息。GPRS無線網(wǎng)絡(luò)采用星型連接組網(wǎng)，即多個(gè)下位機(jī)硬件位于不同地點(diǎn)分別對(duì)架空線路覆冰進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各個(gè)下位機(jī)硬件分別向監(jiān)控中心的GPRS無線通訊單元發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)下位機(jī)硬件的遠(yuǎn)程配置和數(shù)據(jù)接收。
整個(gè)裝置的工作過程是當(dāng)?shù)顷懮衔粰C(jī)軟件后，上位機(jī)軟件首先根據(jù)默認(rèn)配置或工作人員的設(shè)定向指定編號(hào)的下位機(jī)軟件發(fā)送圖像采集時(shí)間間隔、JPEG( —種圖像壓縮格式)圖像壓縮質(zhì)量因數(shù)等控制參數(shù)，完成對(duì)下位機(jī)硬件的遠(yuǎn)程配置。然后，下位機(jī)硬件中的基于DSP的控制及處理單元控制圖像采集單元和數(shù)據(jù)采集單元采集覆冰圖像和現(xiàn)場(chǎng)氣象信息，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中?；贒SP的控制及處理單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。最后將處理結(jié)果通過GPRS無線通訊單元發(fā)送至監(jiān)控中心的服務(wù)器。[OO19] (2)軟件結(jié)構(gòu) 該基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置的軟件結(jié)構(gòu)，包括下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件兩個(gè)部分。 下位機(jī)軟件程序是DSP芯片的控制及處理程序，負(fù)責(zé)控制下位機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)圖像采集、圖像處理以及GPRS無線通訊。下位機(jī)軟件在CCS2. 0編譯環(huán)境下編寫，采用RF5參考框架，通過DSP/BIOS操作系統(tǒng)將底層硬件及其驅(qū)動(dòng)完全抽象起來，從而提高程序的重用性和可移植性。DSP/BIOS是一個(gè)準(zhǔn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，為嵌入式開發(fā)和應(yīng)用提供了基本的運(yùn)行服務(wù)。RF5參考框架是一種使用DSP/BIOS內(nèi)核的通用初始化代碼。針對(duì)具體的應(yīng)用程序，用戶可以修改RF5參考框架的配置迅速構(gòu)建應(yīng)用程序，從而加快程序開發(fā)進(jìn)度?；贒SP/BIOS和RF5參考框架的下位機(jī)程序分為4個(gè)線程，分別是控制線程、圖像及數(shù)據(jù)采集線程、圖像處理線程和GPRS無線通訊線程。各線程間的關(guān)系如下GPRS無線通訊線程接收上位機(jī)軟件發(fā)送的控制參數(shù)并傳遞給控制線程?？刂凭€程根據(jù)這些控制參數(shù)配置圖像及數(shù)據(jù)采集線程和圖像處理線程。圖像處理線程處理來自圖像及數(shù)據(jù)采集線程的數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果發(fā)送到GPRS無線通訊線程。GPRS無線通訊線程將接收到的處理結(jié)果通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)硬件。各線程間的同步通訊采用SCOM(同步通訊機(jī)制)來完成。各線程之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖5所示。 所述控制線程負(fù)責(zé)完成程序基本參數(shù)的設(shè)置，如圖像采集時(shí)間間隔、JPEG圖像壓縮品質(zhì)因數(shù)等等。上位機(jī)軟件可以通過GPRS無線通訊向下位機(jī)軟件傳遞控制參數(shù)，下位機(jī)軟件的GPRS無線通訊線程接收來自上位機(jī)軟件的控制參數(shù)，并把控制參數(shù)傳遞給控制線程，由控制線程來實(shí)現(xiàn)下位機(jī)硬件參數(shù)的配置。 所述圖像及數(shù)據(jù)采集線程負(fù)責(zé)完成兩方面功能。 一是初始化視頻解碼芯片，驅(qū)動(dòng)DSP的視頻接口采集解碼后的視頻數(shù)據(jù)流，并將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SDRAM芯片中，供圖像處理線程使用。二是配置模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字I/O接口 ，采集氣象信息并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SDRAM芯片中。 所述圖像處理線程是裝置的軟件核心。該線程負(fù)責(zé)完成圖像的處理、覆冰厚度及密度計(jì)算、覆冰類型判別以及圖像JPEG壓縮。該部分的軟件處理流程圖如圖6所示。首先對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，即對(duì)圖像進(jìn)行濾波和增強(qiáng)，達(dá)到去除噪聲和增強(qiáng)圖像有用部分信息的目的。接下來采用基于HSI顏色模型的彩色圖像邊緣提取算法對(duì)圖像進(jìn)行邊緣提取，提取導(dǎo)線覆冰的邊緣并計(jì)算覆冰圖像寬度所占據(jù)的像素?cái)?shù)AN。由于d二KX AN，其中d是被測(cè)物體尺寸，K是攝像機(jī)像素間距與實(shí)際物體尺寸的比例關(guān)系，該系數(shù)可以通過對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定而獲得。利用這一關(guān)系即可計(jì)算出覆冰后導(dǎo)線的寬度d和冰的厚度h(h =(d-2r)/2，其中h為覆冰厚度，r為架空線路導(dǎo)線半徑)。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值，程序判斷覆冰厚度是否超標(biāo)，如果超過標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送報(bào)警信息。覆冰密度計(jì)算采用Jones模型，該模型描述了覆冰密度、厚度和溫度、風(fēng)速等氣象因素之間的關(guān)系，可以通過覆冰厚度和采集到的氣象信息計(jì)算覆冰密度。雨凇、混合凇、軟霧凇和積雪等不同的覆冰類型具有不用的外形特點(diǎn)。根據(jù)這一特征，覆冰類型識(shí)別程序根據(jù)覆冰圖像的形狀特點(diǎn)，采用形狀匹配算法實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰的類型判別。最后，為了減少GPRS無線通訊的數(shù)據(jù)量，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行JPEG圖像壓縮。 所述GPRS無線通訊線程具有兩項(xiàng)功能。 一是負(fù)責(zé)向上位機(jī)硬件發(fā)送JPEG壓縮后的圖像和覆冰厚度、密度的計(jì)算結(jié)果以及覆冰類型的判定結(jié)果。二是負(fù)責(zé)接收上位機(jī)軟件發(fā)送到下位機(jī)軟件的控制參數(shù)，并把參數(shù)傳遞給控制線程來實(shí)現(xiàn)下位機(jī)硬件的配置。
上位機(jī)軟件采用VC++6. 0編寫并利用SQL Server 2000開發(fā)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖7所示。人機(jī)交互部分負(fù)責(zé)圖像及數(shù)據(jù)的顯示并提供控制參數(shù)設(shè)置窗口，實(shí)現(xiàn)工作人員和裝置的交互。GPRS無線通訊部分負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)GPRS無線通訊單元工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)庫部分存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)信息，并實(shí)現(xiàn)管理與查詢等功能。上位機(jī)軟件的工作流程是在管理人員登陸后首先和指定編號(hào)的下位機(jī)硬件進(jìn)行無線連接，并向下位機(jī)軟件發(fā)送管理人員設(shè)定的控制參數(shù)，對(duì)下位機(jī)硬件進(jìn)行遠(yuǎn)程配置；然后，下位機(jī)軟件將采集到的圖像和計(jì)算結(jié)果通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機(jī)硬件，上位機(jī)軟件將接收到的圖像和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示并將信息保存入數(shù)據(jù)庫。下位機(jī)軟件可以根據(jù)控制參數(shù)設(shè)定的時(shí)間間隔定時(shí)向上位機(jī)硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)架空線路覆冰的在線監(jiān)測(cè)。
3、優(yōu)點(diǎn)及功效 本發(fā)明一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下 1.裝置采用機(jī)器視覺技術(shù)和嵌入式圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了覆冰厚度的直接測(cè)量，方
法簡(jiǎn)單可靠； 2.裝置在覆冰厚度測(cè)量的基礎(chǔ)上結(jié)合氣象信息和圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)覆冰密度計(jì)算和覆冰類型判斷； 3.裝置自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)了對(duì)覆冰災(zāi)害的無人實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)； 4.裝置通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)多對(duì)一的通訊。多臺(tái)下位機(jī)可以分布于
不同地理位置，并將覆冰信息向監(jiān)控中心發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控。
(四)


圖1本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)方框示意圖 圖2本發(fā)明圖像采集單元結(jié)構(gòu)圖 圖3本發(fā)明數(shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)圖 圖4本發(fā)明數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)圖 圖5本發(fā)明下位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)示意圖 圖6本發(fā)明圖像處理線程軟件流程示意圖 圖7本發(fā)明上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)示意圖
(五)
具體實(shí)施例方式
—種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置的硬件結(jié)構(gòu)可以分為下位機(jī)硬件和上位機(jī)硬件兩大部分。硬件部分結(jié)構(gòu)示意圖如圖l所示。其中下位機(jī)硬件由基于DSP的控制及處理單元、圖像采集單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS無線通信單元及太陽能光伏電源單元組成。圖像采集單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS無線通訊單元及太陽能光伏電源單元分別與基于DSP的控制及處理單元相連接。上位機(jī)硬件由監(jiān)控中心服務(wù)器單元和GPRS無線通訊單元組成，它們之間采用串口連接。 所述基于DSP的控制及處理單元由TMS320DM642DSP芯片構(gòu)成，該芯片是專用于數(shù)字媒體應(yīng)用的高性能32位定點(diǎn)DSP芯片，工作主頻高達(dá)720MHz，處理能力可達(dá)5760MIPS，并具有3個(gè)可比配置的視頻接口，可以采集多種格式的視頻數(shù)據(jù)。 所述圖像采集單元由CCD攝像頭、TVP5150視頻解碼芯片、I2C總線接口和視頻接口組成，CCD攝像頭、I2C總線接口和視頻接口分別與TVP5150視頻解碼芯片連接；負(fù)責(zé)采集圖像，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。CCD攝像頭拍攝覆冰線路圖像并輸出PAL格式的視頻信號(hào)給TVP5150視頻解碼芯片。TVP5150視頻解碼芯片對(duì)PAL格式信號(hào)進(jìn)行解碼轉(zhuǎn)換，輸出YUV4:2:2格式的數(shù)字色差信號(hào)供DSP采集。TVP5150視頻解碼芯片通過I2C總線接口和視頻接口和基于DSP的控制及處理單元連接，其中I2C總線接口實(shí)現(xiàn)對(duì)TVP5150視頻解碼芯片的配置，視頻接口采集TVP5150視頻解碼芯片輸出的YUV4:2:2格式的數(shù)字色差信號(hào)。
所述數(shù)據(jù)采集單元由模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7490芯片、數(shù)字I/0接口 (輸入輸出接口)、信號(hào)調(diào)理電路及氣象傳感器(包括模擬量和數(shù)字量氣象傳感器)組成，模擬量氣象傳感器與信號(hào)調(diào)理電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7490芯片相連接；數(shù)字量氣象傳感器與信號(hào)調(diào)理電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)字1/0接口相連接；負(fù)責(zé)采集模擬量輸出或數(shù)字量輸出的氣象傳感器信號(hào)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。信號(hào)調(diào)理電路對(duì)模擬量傳感器和數(shù)字量傳感器輸出的模擬和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和濾波，AD7490芯片和數(shù)字1/0接口則分別采集調(diào)理后的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。AD7490芯片為16路12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，數(shù)字I/O接口采用DSP芯片上的16個(gè)數(shù)字I/O接口 。所用氣象傳感器包括DS18b20溫度傳感器、NZ100SX風(fēng)速風(fēng)向傳感器、DMT142濕度傳感器。 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元由兩片SDRAM芯片、一片F(xiàn)LASH芯片以及外部存儲(chǔ)器接口組成，SDRAM芯片和FLASH芯片通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲(chǔ)器接口連接。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)如圖4所示。SDRAM芯片采用2片Micron公司的MT48LC4M32B2B5-7SDRAM芯片，存儲(chǔ)容量達(dá)到256兆位，用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)上電后的應(yīng)用程序加載。FLASH芯片采用AMD公司的AM29LV800B FLASH芯片，存儲(chǔ)容量達(dá)到32兆位，用來固化bootloader引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序。兩片MT48LC4M32B2B5-7SDRAM芯片和一片AM29LV800B FLASH芯片通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲(chǔ)器接口連接?；贒SP的控制及處理單元通過外部存儲(chǔ)器接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。 所述GPRS無線通訊單元采用LQ8110GPRS無線模塊。該模塊是基于中國移動(dòng)通訊運(yùn)營商的GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)備。模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，采用串口和DSP芯片連接實(shí)現(xiàn)雙向全透明的數(shù)據(jù)傳輸。 所述太陽能光伏電源單元由太陽能電池板、SM-PL2020型充放電控制器和蓄電池組成，太陽能電池板和SM-PL2020型充放電控制器連接，SM-PL2020型充放電控制器和蓄電池連接。太陽能光伏電源單元為下位機(jī)硬件供電并在充放電控制器的控制下為蓄電池充電。在沒有光照時(shí)，蓄電池放電為系統(tǒng)提供電源。 所述上位機(jī)監(jiān)控中心服務(wù)器單元采用普通計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、顯示和管理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心工作人員可以通過上位機(jī)軟件進(jìn)行人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)的分析和管理。 所述上位機(jī)GPRS無線通訊單元，采用和下位機(jī)同樣的LQ8110GPRS無線模塊，負(fù)責(zé)向下位機(jī)軟件發(fā)送控制參數(shù)和接收下位機(jī)發(fā)送的監(jiān)測(cè)信息。無線網(wǎng)絡(luò)采用星型組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)下位機(jī)硬件和一臺(tái)監(jiān)控中心服務(wù)器的通訊。 基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置的軟件設(shè)計(jì)分為下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件兩個(gè)部分。 下位機(jī)軟件是DSP芯片的控制及處理程序，負(fù)責(zé)控制下位機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn)圖像采集、圖像處理以及GPRS無線通訊。下位機(jī)軟件在CCS2.0編譯環(huán)境下用C語言編寫。該程序的設(shè)計(jì)基于DSP/BI0S操作系統(tǒng)和RF5參考框架，可為4個(gè)線程，分別是控制線程、圖像及數(shù)據(jù)采集線程、圖像處理線程和GPRS無線通訊線程。各線程間的關(guān)系如下GPRS無線通訊線程接收上位機(jī)軟件發(fā)送的控制參數(shù)并傳遞給控制線程?？刂凭€程根據(jù)這些控制參數(shù)配置圖像及數(shù)據(jù)采集線程和圖像處理線程。圖像處理線程處理來自圖像及數(shù)據(jù)采集線程的數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果發(fā)送到GPRS無線通訊線程。GPRS無線通訊線程將接收到的處理結(jié)果通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)硬件。各線程間的同步通訊采用SC0M(同步通訊機(jī)制)來完成，各線程間的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖5所示。 所述控制線程負(fù)責(zé)完成程序基本參數(shù)的設(shè)置，如圖像采集時(shí)間間隔、JPEG圖像壓縮品質(zhì)因數(shù)等。上位機(jī)軟件可以通過GPRS無線通訊向下位機(jī)軟件傳遞控制參數(shù)，下位機(jī)軟件的GPRS無線通訊線程接收來自上位機(jī)軟件的控制參數(shù)，并把控制參數(shù)傳遞給控制線程，由控制線程來實(shí)現(xiàn)下位機(jī)硬件參數(shù)的配置。 所述圖像及數(shù)據(jù)采集線程負(fù)責(zé)完成兩方面功能。 一是初始化視頻解碼芯片，驅(qū)動(dòng)DSP的視頻接口采集解碼后的視頻數(shù)據(jù)流，并將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SDRAM芯片中，供圖像處理線程使用。二是配置模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字I/O接口 ，采集氣象信息并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SDRAM芯片中。 所述圖像處理線程是裝置的軟件核心。該線程負(fù)責(zé)完成圖像的處理、覆冰厚度及密度計(jì)算、覆冰類型判別以及圖像JPEG壓縮。該部分的軟件處理流程圖如圖6所示。首先對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，即對(duì)圖像進(jìn)行濾波和增強(qiáng)，達(dá)到去除噪聲和增強(qiáng)圖像有用部分信息的目的。接下來采用基于HSI顏色模型的彩色圖像邊緣提取算法，提取導(dǎo)線覆冰的邊緣并計(jì)算覆冰圖像寬度所占據(jù)的像素?cái)?shù)，并根據(jù)攝像機(jī)像素間距與實(shí)際物體尺寸的比例關(guān)系計(jì)算覆冰厚度。程序根據(jù)設(shè)定的閾值判斷覆冰厚度是否超標(biāo)，如果超過標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送報(bào)警信息。覆冰密度計(jì)算采用Jones模型，該模型描述了覆冰密度、厚度和氣象因素之間的關(guān)系，可以通過覆冰厚度和采集到的氣象信息計(jì)算覆冰密度。根據(jù)不同類型覆冰的特征，程序根據(jù)覆冰圖像的形狀特點(diǎn)，采用形狀匹配算法實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰的類型判別。最后，為了減少GPRS無線通訊的數(shù)據(jù)量，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行JPEG圖像壓縮。 所述GPRS無線通訊線程具有兩項(xiàng)功能。 一是負(fù)責(zé)向上位機(jī)硬件發(fā)送JPEG壓縮后的圖像和覆冰厚度、密度的計(jì)算結(jié)果以及覆冰類型的判定結(jié)果。二是負(fù)責(zé)接收上位機(jī)軟件發(fā)送到下位機(jī)軟件的控制參數(shù)，并把參數(shù)傳遞給控制線程來實(shí)現(xiàn)下位機(jī)硬件的配置。
上位機(jī)軟件采用VC++6. 0編寫并利用SQL Server 2000開發(fā)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖7所示。人機(jī)交互部分實(shí)現(xiàn)圖像及數(shù)據(jù)的顯示并提供控制參數(shù)設(shè)置窗口，實(shí)現(xiàn)工作人員和裝置的交互。GPRS無線通訊部分負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)GPRS無線通訊單元工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)庫部分利用SQL Server 2000開發(fā)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的存儲(chǔ)、管理與查詢等功能。上位機(jī)軟件的工作流程是在管理人員登陸后首先和指定編號(hào)的下位機(jī)硬件進(jìn)行無線連接，并向下位機(jī)軟件發(fā)送管理人員設(shè)定的控制參數(shù)，對(duì)下位機(jī)硬件進(jìn)行遠(yuǎn)程配置；然后，下位機(jī)軟件將采集到的圖像和計(jì)算結(jié)果通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機(jī)硬件，上位機(jī)軟件將接收到的圖像和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示并將信息保存入數(shù)據(jù)庫。下位機(jī)軟件可以根據(jù)控制參數(shù)設(shè)定的時(shí)間間隔定時(shí)向上位機(jī)硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)架空線路覆冰的在線監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于該裝置由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成，該硬件結(jié)構(gòu)包括下位機(jī)硬件和上位機(jī)硬件兩部分；上位機(jī)硬件和下位機(jī)硬件通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線通訊；相應(yīng)的，該軟件結(jié)構(gòu)也分為下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件兩部分；下位機(jī)硬件負(fù)責(zé)圖像及數(shù)據(jù)的采集，并通過GPRS無線通訊方式將監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)硬件；下位機(jī)軟件負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)下位機(jī)硬件完成圖像及氣象數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)采集到的圖像直接計(jì)算覆冰厚度、判斷覆冰類型；根據(jù)覆冰厚度和氣象信息，下位機(jī)軟件還可以進(jìn)一步計(jì)算覆冰密度；最后下位機(jī)軟件對(duì)覆冰圖像進(jìn)行壓縮并驅(qū)動(dòng)GPRS無線通訊單元將壓縮后的圖像和監(jiān)測(cè)結(jié)果一起發(fā)送到上位機(jī)硬件；上位機(jī)硬件負(fù)責(zé)完成與下位機(jī)硬件的GPRS無線通訊并存儲(chǔ)下位機(jī)硬件發(fā)送的監(jiān)測(cè)信息；上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)上位機(jī)硬件完成GPRS無線通訊，并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面和監(jiān)測(cè)信息的管理；(1)硬件結(jié)構(gòu)該基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其硬件結(jié)構(gòu)包括下位機(jī)硬件和上位機(jī)硬件兩大部分；其中，下位機(jī)硬件由基于DSP的控制及處理單元、圖像采集單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS無線通訊單元及太陽能光伏電源單元組成；圖像采集單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS無線通訊單元及太陽能光伏電源單元分別與基于DSP的控制及處理單元相連接；基于DSP的控制及處理單元是下位機(jī)硬件的核心，它控制圖像采集單元和數(shù)據(jù)采集單元分別采集覆冰圖像和現(xiàn)場(chǎng)氣象信息，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；然后，基于DSP的控制及處理單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)完成覆冰厚度、密度的計(jì)算和覆冰類型的識(shí)別；最后，所有監(jiān)測(cè)結(jié)果通過GPRS無線通訊單元向上位機(jī)硬件發(fā)送；太陽能光伏電源單元為整個(gè)下位機(jī)硬件提供電源；所述基于DSP的控制及處理單元由TMS320DM642DSP芯片構(gòu)成；該芯片負(fù)責(zé)控制整個(gè)監(jiān)測(cè)流程并處理采集到的圖像和數(shù)據(jù)；所述圖像采集單元由CCD攝像頭、TVP5150視頻解碼芯片、I2C總線接口和視頻接口組成，CCD攝像頭、I2C總線接口和視頻接口分別與TVP5150視頻解碼芯片連接；它負(fù)責(zé)采集圖像；CCD攝像頭拍攝覆冰線路圖像并輸出PAL格式的視頻信號(hào)給TVP5150；TVP5150對(duì)PAL格式信號(hào)進(jìn)行解碼轉(zhuǎn)換，輸出YUV4:2:2格式的數(shù)字色差信號(hào)供DSP采集；TVP5150視頻解碼芯片通過I2C總線接口和視頻接口和基于DSP的控制及處理單元連接，其中I2C總線接口實(shí)現(xiàn)對(duì)TVP5150視頻解碼芯片的配置，視頻接口采集TVP5150視頻解碼芯片輸出的YUV4:2:2格式的數(shù)字色差信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集單元由模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7490芯片、數(shù)字I/O接口、信號(hào)調(diào)理電路及氣象傳感器組成，模擬量氣象傳感器與信號(hào)調(diào)理電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7490芯片相連接；數(shù)字量氣象傳感器與信號(hào)調(diào)理電路相連接，信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)字I/O接口相連接；負(fù)責(zé)采集模擬量輸出或數(shù)字量輸出的氣象傳感器信號(hào)；信號(hào)調(diào)理電路對(duì)模擬量傳感器和數(shù)字量傳感器輸出的模擬和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和濾波，AD7490芯片和數(shù)字I/O接口則分別采集調(diào)理后的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元由兩片SDRAM芯片、一片F(xiàn)LASH芯片以及外部存儲(chǔ)器接口組成，SDRAM芯片和FLASH芯片通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲(chǔ)器接口連接；SDRAM采用2片芯片，用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)上電后的應(yīng)用程序加載；FLASH芯片用來固化bootloader引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序；兩片SDRAM芯片和一片F(xiàn)LASH芯片通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲(chǔ)器接口連接；基于DSP的控制及處理單元通過外部存儲(chǔ)器接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫；所述GPRS無線通訊單元采用LQ8110無線模塊，它負(fù)責(zé)和上位機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)GPRS無線通訊；所述太陽能光伏電源單元由太陽能電池板、SM-PL2020型充放電控制器和蓄電池組成；太陽能電池板和SM-PL2020型充放電控制器連接，SM-PL2020型充放電控制器和蓄電池連接；太陽能光伏電源單元為下位機(jī)硬件設(shè)備供電并在充放電控制器的控制下為蓄電池充電；在沒有光照時(shí)，蓄電池放電為系統(tǒng)提供電源；其中，上位機(jī)硬件由監(jiān)控中心服務(wù)器單元和GPRS無線通訊單元組成，它們之間采用串口連接；該上位機(jī)硬件的GPRS無線通訊單元由LQ8110無線模塊組成，它用于和下位機(jī)硬件的GPRS無線通訊單元進(jìn)行通訊；該監(jiān)控中心服務(wù)器單元采用普通的計(jì)算機(jī)，它用來存儲(chǔ)、顯示并管理監(jiān)測(cè)到的信息；GPRS無線網(wǎng)絡(luò)采用星型連接組網(wǎng)，即多個(gè)下位機(jī)硬件位于不同地點(diǎn)分別對(duì)架空線路覆冰進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各個(gè)下位機(jī)硬件分別向監(jiān)控中心的GPRS無線通訊單元發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)下位機(jī)硬件的遠(yuǎn)程配置和數(shù)據(jù)接收；整個(gè)裝置的工作過程是當(dāng)?shù)顷懮衔粰C(jī)軟件后，上位機(jī)軟件首先根據(jù)默認(rèn)配置或工作人員的設(shè)定向指定編號(hào)的下位機(jī)軟件發(fā)送圖像采集時(shí)間間隔、JPEG圖像壓縮質(zhì)量因數(shù)等控制參數(shù)，完成對(duì)下位機(jī)硬件的遠(yuǎn)程配置；然后，下位機(jī)硬件中的基于DSP的控制及處理單元控制圖像采集單元和數(shù)據(jù)采集單元采集覆冰圖像和現(xiàn)場(chǎng)氣象信息，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中；基于DSP的控制及處理單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算；最后將處理結(jié)果通過GPRS無線通訊單元發(fā)送至監(jiān)控中心的服務(wù)器；(2)軟件結(jié)構(gòu)該基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置的軟件結(jié)構(gòu)，包括下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件兩個(gè)部分；下位機(jī)軟件程序是DSP芯片的控制及處理程序，負(fù)責(zé)控制下位機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)圖像采集、圖像處理以及GPRS無線通訊；下位機(jī)軟件在CCS2.0編譯環(huán)境下編寫，采用RF5參考框架，通過DSP/BIOS操作系統(tǒng)將底層硬件及其驅(qū)動(dòng)完全抽象起來，從而提高程序的重用性和可移植性；DSP/BIOS是一個(gè)準(zhǔn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，為嵌入式開發(fā)和應(yīng)用提供了基本的運(yùn)行服務(wù)；RF5參考框架是一種使用DSP/BIOS內(nèi)核的通用初始化代碼；針對(duì)具體的應(yīng)用程序，用戶可以修改RF5參考框架的配置迅速構(gòu)建應(yīng)用程序，從而加快程序開發(fā)進(jìn)度；基于DSP/BIOS和RF5參考框架的下位機(jī)程序分為4個(gè)線程，分別是控制線程、圖像及數(shù)據(jù)采集線程、圖像處理線程和GPRS無線通訊線程，各線程間的關(guān)系如下GPRS無線通訊線程接收上位機(jī)軟件發(fā)送的控制參數(shù)并傳遞給控制線程，控制線程根據(jù)這些控制參數(shù)配置圖像及數(shù)據(jù)采集線程和圖像處理線程，圖像處理線程處理來自圖像及數(shù)據(jù)采集線程的數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果發(fā)送到GPRS無線通訊線程；GPRS無線通訊線程將接收到的處理結(jié)果通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)硬件；各線程間的同步通訊采用SCOM即同步通訊機(jī)制來完成；所述控制線程負(fù)責(zé)完成程序基本參數(shù)的設(shè)置，上位機(jī)軟件通過GPRS無線通訊向下位機(jī)軟件傳遞控制參數(shù)，下位機(jī)軟件的GPRS無線通訊線程接收來自上位機(jī)軟件的控制參數(shù)，并把控制參數(shù)傳遞給控制線程，由控制線程來實(shí)現(xiàn)下位機(jī)硬件參數(shù)的配置；所述圖像及數(shù)據(jù)采集線程負(fù)責(zé)完成兩方面功能，一是初始化視頻解碼芯片，驅(qū)動(dòng)DSP的視頻接口采集解碼后的視頻數(shù)據(jù)流，并將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SDRAM芯片中，供圖像處理線程使用，二是配置模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字I/O接口，采集氣象信息并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SDRAM芯片中；所述圖像處理線程是裝置的軟件核心，該線程負(fù)責(zé)完成圖像的處理、覆冰厚度及密度計(jì)算、覆冰類型判別以及圖像JPEG壓縮；首先對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，即對(duì)圖像進(jìn)行濾波和增強(qiáng)，達(dá)到去除噪聲和增強(qiáng)圖像有用部分信息的目的；接下來采用基于HSI顏色模型的彩色圖像邊緣提取算法對(duì)圖像進(jìn)行邊緣提取，提取導(dǎo)線覆冰的邊緣并計(jì)算覆冰圖像寬度所占據(jù)的像素?cái)?shù)ΔN；由于d＝K×ΔN，其中d是被測(cè)物體尺寸，K是攝像機(jī)像素間距與實(shí)際物體尺寸的比例關(guān)系，該系數(shù)通過對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定而獲得；利用這一關(guān)系即可計(jì)算出覆冰后導(dǎo)線的寬度d和冰的厚度h，該h＝(d-2r)/2，其中h為覆冰厚度，r為架空線路導(dǎo)線半徑；根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值，程序判斷覆冰厚度是否超標(biāo)，如果超過標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送報(bào)警信息；覆冰密度計(jì)算采用Jones模型，該模型描述了覆冰密度、厚度和溫度、風(fēng)速等氣象因素之間的關(guān)系，可以通過覆冰厚度和采集到的氣象信息計(jì)算覆冰密度；雨凇、混合凇、軟霧凇和積雪不同的覆冰類型具有不用的外形特點(diǎn)；根據(jù)這一特征，覆冰類型識(shí)別程序根據(jù)覆冰圖像的形狀特點(diǎn)，采用形狀匹配算法實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰的類型判別；最后，為了減少GPRS無線通訊的數(shù)據(jù)量，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行JPEG圖像壓縮；所述GPRS無線通訊線程具有兩項(xiàng)功能，一是負(fù)責(zé)向上位機(jī)硬件發(fā)送JPEG壓縮后的圖像和覆冰厚度、密度的計(jì)算結(jié)果以及覆冰類型的判定結(jié)果，二是負(fù)責(zé)接收上位機(jī)軟件發(fā)送到下位機(jī)軟件的控制參數(shù)，并把參數(shù)傳遞給控制線程來實(shí)現(xiàn)下位機(jī)硬件的配置；該上位機(jī)軟件采用VC++6.0編寫并利用SQL Server 2000開發(fā)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫；人機(jī)交互部分負(fù)責(zé)圖像及數(shù)據(jù)的顯示并提供控制參數(shù)設(shè)置窗口，實(shí)現(xiàn)工作人員和裝置的交互；GPRS無線通訊部分負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)GPRS無線通訊單元工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)庫部分存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)信息，并實(shí)現(xiàn)管理與查詢功能；該上位機(jī)軟件的工作流程是在管理人員登陸后首先和指定編號(hào)的下位機(jī)硬件進(jìn)行無線連接，并向下位機(jī)軟件發(fā)送管理人員設(shè)定的控制參數(shù)，對(duì)下位機(jī)硬件進(jìn)行遠(yuǎn)程配置；然后，下位機(jī)軟件將采集到的圖像和計(jì)算結(jié)果通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機(jī)硬件，上位機(jī)軟件將接收到的圖像和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示并將信息保存入數(shù)據(jù)庫；該下位機(jī)軟件根據(jù)控制參數(shù)設(shè)定的時(shí)間間隔定時(shí)向上位機(jī)硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)架空線路覆冰的在線監(jiān)測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其特 征在于所述數(shù)據(jù)采集單元中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7490芯片為16路12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯 片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其特 征在于所述數(shù)據(jù)采集單元中的數(shù)字1/0接口采用DSP芯片上的16個(gè)數(shù)字1/0接口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其特 征在于所述數(shù)據(jù)采集單元中的氣象傳感器包括DS18b20溫度傳感器、NZ100SX風(fēng)速風(fēng)向 傳感器和匿T142濕度傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其特 征在于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的SDRAM芯片采用Micron公司的MT48LC4M32B2B5-7SDRAM芯 片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置，其特 征在于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的FLASH芯片采用采用AMD公司的AM29LV800B芯片。
全文摘要
本發(fā)明一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的架空線路覆冰在線監(jiān)測(cè)裝置由硬件和軟件兩部分構(gòu)成該硬件分為下位機(jī)和上位機(jī)；下位機(jī)硬件包括基于DSP的控制及處理單元、圖像采集單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS無線通訊單元及太陽能光伏電源單元；上位機(jī)硬件由監(jiān)控中心服務(wù)器單元和GPRS無線通訊單元組成，上位機(jī)和下位機(jī)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線通訊。該軟件也分為下位機(jī)和上位機(jī)；下位機(jī)軟件負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)下位機(jī)硬件完成圖像及數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)采集到的圖像計(jì)算和判斷覆冰厚度、類型，驅(qū)動(dòng)GPRS無線通訊單元將壓縮后的圖像和監(jiān)測(cè)結(jié)果一起發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)上位機(jī)硬件完成GPRS無線通訊，并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面和監(jiān)測(cè)信息管理。它實(shí)現(xiàn)了對(duì)覆冰災(zāi)害的全面監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101709954SQ200910242628
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者耿鑫, 胡曉光 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)