基于視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值及頻率的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于視頻圖像處理技術(shù)，特別涉及一種基于視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng) 幅值及頻率的計(jì)算方法。具體說(shuō)是是以輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡為核心，通過(guò)對(duì)攝像機(jī) 獲得的視頻圖像進(jìn)行處理，獲取該輸電導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)特性，通過(guò)運(yùn)動(dòng)軌跡獲取檔距內(nèi)任意位 置處導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)特性。 技術(shù)背景
[0002] 在當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的大背景下，全社會(huì)對(duì)電力可靠性的要求越來(lái)越高，電 力事故造成的經(jīng)濟(jì)損失越來(lái)越嚴(yán)重。輸電線(xiàn)路作為電網(wǎng)組成的重要部分，其安全運(yùn)行直 接決定著電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，然而由于輸電線(xiàn)路廣泛分布于荒郊野外，運(yùn)行環(huán)境惡劣，當(dāng) 遭遇覆冰積雪及風(fēng)力作用時(shí)將引起導(dǎo)線(xiàn)出現(xiàn)低頻率（〇. 1-3HZ)、大幅度（約為導(dǎo)線(xiàn)直徑的 15-500倍）、非線(xiàn)性特征的舞動(dòng)，由于輸電線(xiàn)路舞動(dòng)時(shí)振幅大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)間距 過(guò)小，絕緣隙小、振動(dòng)疲勞、金具受損、桿塔倒塌等事故隱患，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。 為此針對(duì)輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)開(kāi)展監(jiān)測(cè)分析，獲取其舞動(dòng)特征并開(kāi)展相關(guān)防舞抑制措施，對(duì)于確 保電網(wǎng)安全運(yùn)行意義重大。
[0003] 基于輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)保障輸電線(xiàn)路安全運(yùn)行的重要性，國(guó)內(nèi)外針對(duì)輸電導(dǎo)線(xiàn) 舞動(dòng)監(jiān)測(cè)開(kāi)展了相關(guān)研宄，監(jiān)測(cè)方法和手段主要集中于：
[0004] 第一類(lèi)：在輸電導(dǎo)線(xiàn)上布置傳感器來(lái)采集輸電線(xiàn)路舞動(dòng)參數(shù)，分析并擬合成導(dǎo)線(xiàn) 的舞動(dòng)軌跡、計(jì)算得出導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)的最大幅值、頻率等。導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)監(jiān)測(cè)最常用的傳感器為加速 度傳感器，通過(guò)安裝于導(dǎo)線(xiàn)上的加速度傳感器感知、測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)時(shí)刻的加速度，通過(guò)積分 運(yùn)算獲得導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并得出舞動(dòng)的幅值、頻率等。加速度傳感器具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏 度高、測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其工作原理仍是通過(guò)傳感器獲取表征加速度大小和方 向的特征電氣量來(lái)對(duì)舞動(dòng)開(kāi)展測(cè)量分析，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線(xiàn)周?chē)蛔冸姶艌?chǎng)、溫漂、零漂等因素 將影響其測(cè)量精度；同時(shí)要準(zhǔn)確獲得一個(gè)檔距內(nèi)任一點(diǎn)處的舞動(dòng)或最大舞動(dòng)值需要在一個(gè) 檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)上安裝多個(gè)傳感器，增加了測(cè)量的工作量及不安全因素，另外導(dǎo)線(xiàn)安裝過(guò)多的 傳感器將改變其原有的舞動(dòng)規(guī)律，影響測(cè)量結(jié)果的有效性，故在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)大范圍安裝實(shí)施 存在困難。
[0005] 第二類(lèi)：采用視頻監(jiān)控并對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理獲得導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)特性。按監(jiān)測(cè)方法 的不同可分為固定式和便攜式監(jiān)測(cè)設(shè)備：固定式監(jiān)測(cè)裝置即舞動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將攝像裝 置固定于桿塔某一位置獲取導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)的整個(gè)視頻圖像，通過(guò)對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理獲得監(jiān)控 范圍內(nèi)不同點(diǎn)的舞動(dòng)特征；受攝像裝置監(jiān)控范圍的限制，該方法目前只能獲得可視范圍內(nèi) 部分導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)形態(tài)，而檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)較長(zhǎng)，無(wú)法獲得整個(gè)檔距導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)狀況，也不能有效 得到檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)嚴(yán)重程度。便攜式監(jiān)測(cè)設(shè)備即通過(guò)工作人員攜帶攝像裝置對(duì)舞動(dòng)導(dǎo) 線(xiàn)的任意位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析監(jiān)測(cè)圖像獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)處導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)的性態(tài)；便攜式設(shè)備雖 然能有效獲得檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)任意位置的舞動(dòng)性態(tài)，但是對(duì)于導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)狀況的監(jiān)測(cè)依賴(lài)于人工 對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇，如果不能有效選取舞動(dòng)最嚴(yán)重點(diǎn)開(kāi)展監(jiān)測(cè)，則無(wú)法獲得檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的舞 動(dòng)嚴(yán)重程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提出一種基于視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值及頻率的計(jì)算 方法，其特征在于，包括：
[0007] 1)輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值的確定
[0008] (1)數(shù)據(jù)的采集：將輸電線(xiàn)路桿塔上攝像機(jī)所拍攝的視頻圖像通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送 至控制中心；
[0009] (2)相關(guān)參數(shù)的確定：測(cè)量周?chē)h(huán)境溫度，環(huán)境濕度，風(fēng)速；查找固定檔距，攝像機(jī) 所拍攝的視頻圖像一秒鐘所得的視頻圖像幀數(shù)；
[0010] (3)數(shù)據(jù)圖像分析：覆冰導(dǎo)線(xiàn)在風(fēng)的激勵(lì)作用下會(huì)發(fā)生周期性的舞動(dòng)，在一個(gè)舞 動(dòng)周期內(nèi)觀(guān)測(cè)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一次最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，通過(guò)攝像機(jī)跟蹤拍攝的視頻圖像，得到一個(gè) 舞動(dòng)周期內(nèi)舞動(dòng)最低點(diǎn)和最尚點(diǎn)圖像；
[0011] ⑷圖像分割，為了得到提取到比較好的圖像邊緣，使用K-means算法進(jìn)行提取， 即通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖像直方圖獲得幾個(gè)離散的初始聚類(lèi)中心，然后按照聚類(lèi)內(nèi)部相似性最大，聚 類(lèi)間相似性最小的原則進(jìn)行分割；
[0012] (5)圖像匹配，將預(yù)存于圖像匹配系統(tǒng)中的基準(zhǔn)圖像與經(jīng)過(guò)處理的圖像進(jìn)行匹配 處理，找到與基準(zhǔn)圖像最相似的目標(biāo)物的中心位置，先進(jìn)行粗匹配得到些比較有可能是目 標(biāo)物的區(qū)域，然后在精確匹配，從而可以快速確定目標(biāo)物的位置；
[0013] (6)依據(jù)導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)軌跡特征，結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)1點(diǎn)處的舞動(dòng)幅值&并據(jù)式（3)可計(jì)算得 出檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的最大舞動(dòng)幅值A(chǔ)，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值及頻率的計(jì)算方法，其特征在于，包 括： 1) 輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值的確定 ⑴數(shù)據(jù)的采集：將輸電線(xiàn)路桿塔上攝像機(jī)所拍攝的視頻圖像通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至控 制中心； (2) 相關(guān)參數(shù)的確定：測(cè)量周?chē)h(huán)境溫度，環(huán)境濕度，風(fēng)速；查找固定檔距，攝像機(jī)所拍 攝的視頻圖像一秒鐘所得的視頻圖像幀數(shù)； (3) 數(shù)據(jù)圖像分析：覆冰導(dǎo)線(xiàn)在風(fēng)的激勵(lì)作用下會(huì)發(fā)生周期性的舞動(dòng)，在一個(gè)舞動(dòng)周 期內(nèi)觀(guān)測(cè)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一次最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，通過(guò)攝像機(jī)跟蹤拍攝的視頻圖像，得到一個(gè)舞動(dòng) 周期內(nèi)舞動(dòng)最低點(diǎn)和最尚點(diǎn)圖像； ⑷圖像分割，為了得到提取到比較好的圖像邊緣，使用改進(jìn)的K-means算法進(jìn)行提 取，即通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖像直方圖獲得幾個(gè)離散的初始聚類(lèi)中心，然后按照聚類(lèi)內(nèi)部相似性最大， 聚類(lèi)間相似性最小的原則進(jìn)行分割； (5) 圖像匹配，將預(yù)存于圖像匹配系統(tǒng)中的基準(zhǔn)圖像與經(jīng)過(guò)處理的圖像進(jìn)行匹配處理， 找到與基準(zhǔn)圖像最相似的目標(biāo)物的中心位置，先進(jìn)行粗匹配得到些比較有可能是目標(biāo)物的 區(qū)域，然后在精確匹配，從而可以快速確定目標(biāo)物的位置； (6) 依據(jù)導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)軌跡特征，結(jié)合導(dǎo)線(xiàn)1點(diǎn)處的舞動(dòng)幅值&并據(jù)式（3)可計(jì)算得出檔 距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的最大舞動(dòng)幅值A(chǔ)，
其中：L為檔距長(zhǎng)度； 1為導(dǎo)線(xiàn)離桿塔的距離； &為離桿塔1距離處導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)幅值； n為檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)的半波數(shù)，其值取決于導(dǎo)線(xiàn)檔距；當(dāng)檔距L〈200m時(shí)，n取1 ;當(dāng) 200m〈L〈400m時(shí)，n取 2 ;當(dāng)LMOOm時(shí)，n取 3 ; 依據(jù)導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)軌跡特征及檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的最大舞動(dòng)幅值A(chǔ)，依據(jù)式（4)可得出檔距內(nèi)不 同位置處導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)狀態(tài)：
其中：L為檔距長(zhǎng)度； 1為導(dǎo)線(xiàn)離桿塔的距離； A(1，t)為離桿塔1距離處導(dǎo)線(xiàn)t時(shí)刻的舞動(dòng)幅值； ?為檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)的頻率，其中《 = 2Jif= 2jt/T(T為周期）； 2) 導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)頻率的計(jì)算： 首先確定攝像機(jī)的頻率，即每一秒鐘攝像機(jī)拍攝的幀數(shù)，設(shè)為fs;其次取一定時(shí)間內(nèi)導(dǎo) 線(xiàn)舞動(dòng)的視頻圖像，記視頻長(zhǎng)度為t秒，則所取視頻幀數(shù)n=t*fs個(gè)；其次對(duì)所取舞動(dòng)視頻 所有幀進(jìn)行掃描統(tǒng)計(jì)，找出舞動(dòng)極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幀的個(gè)數(shù)，記做N，這樣求出舞動(dòng)的周期T，
則舞動(dòng)的頻率f就為周期T的倒數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值及頻率的計(jì)算方法，其 特征在于，所述步驟1-(1)數(shù)據(jù)的采集：通過(guò)在桿塔每相導(dǎo)線(xiàn)正上方位置固定一個(gè)高清攝 像裝置，對(duì)檔距內(nèi)某一位置1點(diǎn)處導(dǎo)線(xiàn)開(kāi)展全天候監(jiān)測(cè)，并通過(guò)GPRS或CDMA方式傳送至監(jiān) 控中心。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值及頻率的計(jì)算方法，其 特征在于，所述步驟1-(3)數(shù)據(jù)圖像分析：覆冰導(dǎo)線(xiàn)在風(fēng)的激勵(lì)作用下會(huì)發(fā)生周期性的舞 動(dòng)，監(jiān)控中心通過(guò)視頻軟件逐幀回放監(jiān)控視頻獲取導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)至最高？1及最低位置處P2的視 頻圖像，通過(guò)圖像匹配技術(shù)獲取P2點(diǎn)的坐標(biāo)Pi(Xd 、P2(x2,y2)，通過(guò)式（1)計(jì)算獲得 導(dǎo)線(xiàn)在圖像上的位移量d;
其中x、y為監(jiān)測(cè)圖像上點(diǎn)的坐標(biāo)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值及頻率的計(jì)算方法，其 特征在于，所述步驟1-(4)同時(shí)對(duì)經(jīng)過(guò)K-means方法分割后的目標(biāo)圖像進(jìn)行縱向掃描，，并 據(jù)式（2)獲取導(dǎo)線(xiàn)1點(diǎn)處的舞動(dòng)幅值&， Ax=Dd/H(2) 其中：D為導(dǎo)線(xiàn)直徑；H為導(dǎo)線(xiàn)對(duì)應(yīng)的像素值。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于視頻圖像處理技術(shù)的一種基于視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值及頻率的計(jì)算方法。具體說(shuō)是是以輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡為核心，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)獲得的視頻圖像進(jìn)行處理，通過(guò)圖像灰度化、濾波、直方圖均衡化、分割及圖像匹配后的導(dǎo)線(xiàn)目標(biāo)圖像舞動(dòng)最低、最高位置圖，獲取該輸電導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)特性，然后對(duì)輸電導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)幅值和頻率的計(jì)算，全面掌握檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的舞動(dòng)性態(tài)及最大舞動(dòng)幅值；該方法克服了現(xiàn)有舞動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能有效獲得檔距內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)性態(tài)及最大舞動(dòng)幅值的不足，使得測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確、有效。
【IPC分類(lèi)】G06K9-62, G06T7-00, H04N7-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104574390
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410840301
【發(fā)明人】汪佛池, 楊升杰, 律方成
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日