基于图像识别的输电线路覆冰在线监测装置.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910511467.5 (22)申请日 2019.06.13 (71)申请人 安徽久壬电气科技有限公司 地址 230000 安徽省合肥市高新区创新大 道2800号合肥创新产业园二期F5楼5 层505-511室 (72)发明人 王世东王荣波 (74)专利代理机构 合肥律众知识产权代理有限 公司 34147 代理人 白凯园 (51)Int.Cl. G01B 11/02(2006.01) G01B 11/06(2006.01) G08C 17/02(2006.01) H02G 7

2、/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监 测装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于图像识别的输电线 路覆冰在线监测装置， 属于线缆覆冰监测技术领 域， 包括图像采集相机、 现场设备端和光伏太阳 能板； 所述图像采集相机安装在线塔上用于实时 拍摄输电线路的画面； 所述现场设备端包括逆变 器、 蓄电池、 监测终端和组网服务器， 所述监测终 端用于接收所述图像采集相机拍摄的覆冰图像 信号， 通过图像信号计算出输电线路的覆冰厚 度， 包括核心计算模块、 电源模块、 数据存储模 块、 气象监测模块和图像处理模块。 通过图像采 集相机实时采集输电线路的真实画面，

3、监测终端 通过内部的核心计算模块计算出输电线路的覆 冰厚度， 再将监测结果发送给后台监控中心， 便 于监控人员实时掌握输电线路的覆冰情况。 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 CN 110608674 A 2019.12.24 CN 110608674 A 1.一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监测装置， 其特征在于： 包括图像采集相机 (1)、 现场设备端(2)和光伏太阳能板(3)； 所述图像采集相机(1)安装在线塔上用于实时拍摄输电线路的画面； 所述现场设备端(2)包括逆变器、 蓄电池、 监测终端和组网服务器， 所述监测终端用于 接收所述图像采集相机(1)拍摄的覆冰图像信号， 通过图像信

4、号计算出输电线路的覆冰厚 度， 包括核心计算模块、 电源模块、 数据存储模块、 气象监测模块和图像处理模块， 所述图像 处理模块采用FPGA芯片作为处理芯片， 用于对图像信号进行模糊化处理、 滤波、 亮度和颜色 处理， 所述核心计算模块采用可编程CPU芯片通过图像边缘化算法计算出图像中输电线路 的覆冰厚度， 所述组网服务器用于实现所述监测终端与后台控制中心的数据互连。 2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监测装置， 其特征在 于： 所述图像采集相机(1)的顶端设置连接架(4)， 连接架(4)通过安装架(5)固定在线塔上。 3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的输电线路

5、覆冰在线监测装置， 其特征在 于： 所述图像采集相机(1)包括机壳(6)和镜头(7)， 所述机壳(6)的底端设置围绕镜头(7)一 圈的防护罩(8)。 4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监测装置， 其特征在 于： 所述防护罩(8)上设置加热机构(9)， 加热机构(9)包括风机(10)和用于加热空气的电热 丝(11)， 且风机(10)的吹风端对着镜头(7)的表面。 5.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监测装置， 其特征在 于： 所述光伏太阳能板(3)与逆变器电性连接， 逆变器与蓄电池电性连接。 6.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的输电线路覆冰在线

6、监测装置， 其特征在 于： 所述蓄电池为监测终端和图像采集相机(1)内部的电器元件提供电能。 7.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监测装置， 其特征在 于： 所述数据存储模块用于存储图像采集相机(1)拍摄的图像， 气象监测模块采用气象传感 器检测输电线路附近的气象环境。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110608674 A 2 一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监测装置 技术领域 0001 本发明涉及线缆覆冰监测技术领域， 特别涉及一种基于图像识别的输电 线路覆 冰在线监测装置。 背景技术 0002 我国是世界上输电线路覆冰最严重的国家之一， 覆冰将使输电线路发生 如

7、倒杆 (塔)、 绝缘子串闪络等严重危害电力系统安全运行的事故， 造成巨 大的经济损失。 因此， 做 好输变电设备覆冰的监测和预防工作对电力系统的 安全运行具有重要意义。 0003 传统的覆冰监测装置仍存在一定的缺陷， 现有的监测装置有的采用摄像 头拍摄 覆冰画面人眼判断的方式进行监测， 因覆冰监测不及时， 判断误差大 而导致输电线路上的 覆冰无法得到及时的处理， 造成损失， 并且摄像头安装 在温度较低的室外， 容易导致镜头 被冰附着， 导致拍摄的覆冰画面模糊、 不 清晰， 也影响相机的使用寿命。 发明内容 0004 本发明的目的就在于为了解决上述覆冰监测装置监测不及时， 容易出现 误差， 传

8、来的画面不清晰的问题而提供一种基于图像识别的输电线路覆冰在 线监测装置， 具有基 于图像处理的在线监测装置， 监测及时更准确， 相机使 用寿命长的优点。 0005 本发明通过以下技术方案来实现上述目的， 一种基于图像识别的输电线 路覆冰 在线监测装置， 包括图像采集相机、 现场设备端和光伏太阳能板； 0006 所述图像采集相机安装在线塔上用于实时拍摄输电线路的画面； 0007 所述现场设备端包括逆变器、 蓄电池、 监测终端和组网服务器， 所述监 测终端用 于接收所述图像采集相机拍摄的覆冰图像信号， 通过图像信号计算 出输电线路的覆冰厚 度， 包括核心计算模块、 电源模块、 数据存储模块、 气

9、象监测模块和图像处理模块， 所述图 像处理模块采用FPGA芯片作为处理芯片， 用于对图像信号进行模糊化处理、 滤波、 亮度和 颜色处理， 所述核心计算模 块采用可编程CPU芯片通过图像边缘化算法计算出图像中输电 线路的覆冰厚 度， 所述组网服务器用于实现所述监测终端与后台控制中心的数据互连。 0008 优选的， 所述图像采集相机的顶端设置连接架， 连接架通过安装架固定 在线塔 上。 0009 优选的， 所述图像采集相机包括机壳和镜头， 所述机壳的底端设置围绕 镜头一圈 的防护罩。 0010 优选的， 所述防护罩上设置加热机构， 加热机构包括风机和用于加热空 气的电热 丝， 且风机的吹风端对着镜

10、头的表面。 0011 优选的， 所述光伏太阳能板与逆变器电性连接， 逆变器与蓄电池电性连 接。 0012 优选的， 所述蓄电池为监测终端和图像采集相机内部的电器元件提供电 能。 0013 优选的， 所述数据存储模块用于存储图像采集相机拍摄的图像， 气象监 测模块采 用气象传感器检测输电线路附近的气象环境。 说明书 1/3 页 3 CN 110608674 A 3 0014 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0015 1、 通过图像采集相机实时采集输电线路的真实画面， 监测终端先通过图 像处理 模块对拍摄的图像进行优化出来， 再内部的核心计算模块计算出输电 线路的覆冰厚度， 最 后通过现场

11、设备端的组网服务器将监测结果发送给后台 监控中心， 便于监控人员实时掌 握输电线路的覆冰情况。 0016 2、 通过在图像采集相机的机壳下方设置防护罩， 对镜头进行防护， 防护 罩的内部 还安装加热机构， 采用风机吹向电热丝的方式对吹出的空气进行加 热， 热空气可以对镜头 进行加热， 避免镜头覆冰以后影响拍摄画面的清晰度， 也延长相机的使用寿命。 附图说明 0017 图1为本发明的整体装置结构示意图。 0018 图2为本发明的现场设备端内部系统结构示意图。 0019 图3为本发明的图像采集相机结构示意图 0020 图4为本发明的整体装置装配示意图。 0021 图5为本发明的核心计算模块算法流程

12、图。 0022 图中： 1、 图像采集相机， 2、 现场设备端， 3、 光伏太阳能板， 4、 连接 架， 5、 安装架， 6、 机壳， 7、 镜头， 8、 防护罩， 9、 加热机构， 10、 风机， 11、 电热丝。 具体实施方式 0023 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而 不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0024 请参阅图1-3所示， 一种基于图像识别的输电线路覆冰在线监

13、测装置， 包括图像 采集相机1、 现场设备端2和光伏太阳能板3； 图像采集相机1安装 在线塔上用于实时拍摄输 电线路的画面； 现场设备端2包括逆变器、 蓄电池、 监测终端和组网服务器， 监测终端用于 接收图像采集相机1拍摄的覆冰图像 信号， 通过图像信号计算出输电线路的覆冰厚度， 包 括核心计算模块、 电源 模块、 数据存储模块、 气象监测模块和图像处理模块， 图像处理模块 采用FPGA 芯片作为处理芯片， 用于对图像信号进行模糊化处理、 滤波、 亮度和颜色处 理， 核心计算模块采用可编程CPU芯片通过图像边缘化算法计算出图像中输 电线路的覆冰厚 度， 组网服务器用于实现监测终端与后台控制中心

14、的数据互 连， 数据存储模块用于存储图 像采集相机1拍摄的图像， 气象监测模块采用 气象传感器检测输电线路附近的气象环境， 通过图像采集相机拍摄输电线路 的覆冰画面， 并将画面传输给图像处理模块进行优化， 优 化后的图像再发送 给核心计算模块计算出覆冰厚度， 最后将监测结果发送给后台监控中 心， 监 控人员实时了解覆冰情况， 便于及时清冰。 0025 如图5所示， 核心计算模块计算流程包括图像分割法分离出背景图， 得 到二值图 像； 利用Sobel算子提取输电线的边缘； 通过Hough变换对边缘 进行直线检测； 通过图像上 的距离和实际导线直径的比例关系求出覆冰的厚 度。 其中图像分割法、 边

15、缘计算法和直线 计算法均为现有图像计算方法。 说明书 2/3 页 4 CN 110608674 A 4 0026 Sobel算子一个离散的一阶差分算子， 它包含2组3*3的矩阵， 分别从 横向和纵向 对图像矩阵A作平面卷积， 得到横向和纵向的亮度差分近似值， 其算法原理如下： 0027 0028 0029 由式(1)和式(2)得出图像中的每一个像素的横向和纵向梯度近似值， 然 后计算 出梯度大小G和方向 ： 0030 0031 0032 如图1或图3所示， 图像采集相机1的顶端设置连接架4， 连接架4通过 安装架5固定 在塔上， 安装架5通过螺栓固定， 图像采集相机1包括机壳6 线 和镜头7，

16、 机壳6的底端设置 围绕镜头7一圈的防护罩8， 防护罩8对镜头7 起到保护的作用， 防护罩8上设置加热机构9， 加热机构9包括风机10和用 于加热空气的电热丝11， 且风机10的吹风端对着镜头7的表面， 当风机10 和电热丝11开启时， 风机10吹出的风经过电热丝11加热， 然后到达镜头7 表面， 即使镜头7上附着冰也会被热风熔化， 避免覆冰堆积， 影响图像采集 相机1进行画面拍摄， 光伏太阳能板3与逆变器电性连接， 逆变器与蓄电池 电性连接， 逆变器用来将光伏太阳能 板3转化的直流电变为交流电， 再存储 入蓄电池中， 蓄电池为监测终端和图像采集相机1内 部的电器元件提供电能。 0033 对于

17、本领域技术人员而言， 显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下， 能够以其他的具体形式实 现本发明。 因此， 无 论从哪一点来看， 均应将实施例看作是示范性的， 而且 是非限制性的， 本发明的范围由所 附权利要求而不是上述说明限定， 因此旨 在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内 的所有变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利 要求。 0034 此外， 应当理解， 虽然本说明书按照实施方式加以描述， 但并非每个实 施方式仅 包含一个独立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起 见， 本领域技术人员应 当将说明书作为一个整体， 各实施例中的技术方案也 可以经适当组合， 形成本领域技术人 员可以理解的其他实施方式。 说明书 3/3 页 5 CN 110608674 A 5 图1 图2 说明书附图 1/4 页 6 CN 110608674 A 6 图3 说明书附图 2/4 页 7 CN 110608674 A 7 图4 说明书附图 3/4 页 8 CN 110608674 A 8 图5 说明书附图 4/4 页 9 CN 110608674 A 9