一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法,包括以下步骤：采集原始图像；在监控终端对原始图像进行图像处理，并对处理后得到的输电导线上的特征目标点进行自动识别，分别获得目标点的位置坐标；对预处理后的图像进行分析，获得输电导线目标点的位置坐标，同时计算导线覆冰的厚度；根据连续图像文件目标点的垂直坐标，统计相邻极大值或极小值间连续图片的张数，再根据相邻两张图片的时间间隔，计算得到导线的舞动频率；对输电导线未来的舞动情况进行仿真预测分析。本发明专利技术利用视频图像技术分析输电导线的舞动状况，避免了在输电导线上安装大量硬件传感器，节省了硬件开销的同时，减少了额外的硬件维护工作量，亦便于管理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法
本专利技术属于输电线路运行与维护
，特别是一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法，
技术介绍
输电线路的舞动是指在一定条件下，风作用于因覆冰而变成为非圆截面的输电导线时，导线产生的一种低频（约0.1～3Hz)、大振幅（约为导线直径的5～300倍）的自激振动现象。导线舞动时，振动峰值通常可达10多米，以至容易引起相间闪络，金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、杆塔倒塌、导线折断等严重事故，造成重大经济损失。关于输电线路导线舞动现象及其理论分析的研究文献最早见于本世纪30年代，此后一些国家陆续有少数专家进行过研究。随着输电线路的发展，超高压线路的广泛兴建，舞动事故日益频繁，对舞动的研究越来越受到人们的重视。尤其是一些舞动频繁、危害严重的国家，如加拿大、日本、前苏联、美国等投入了大量的人力、物力、财力，借助风洞、舞动实验线段及实际运行路，并结合理论分析，对其进行了广泛的研究。在舞动机理方面，有DenHartog的垂直舞动机理、加拿大O.Nigol的扭转舞动机理、日本的扭转反馈机理等。在数学模型方面，有美国的W.N.McDaniel的单导线舞动线性模型，采用动力线性稳定性理论求解，日本的大月晃等对单导线情形应用能量平衡方法进行近似非线性分析，Blevins和Iwan（1974）和Yu等（1991，1992）的两自由度仰俯、扭转模型，P.Yu等（1994）的三自由度模型（用摄动法求解析解），以及Y.M.Desai等（1996）的三自由度模型（用有限元方法求解）等。在试验手段方面，电力建设研究所建成了我国目前唯一的一条舞动试验线段。另外，华中科技大学也可以对舞动导线的一些参数通过风洞实验来确定。但总的来说国内舞动研究水平与生产实践的要求相比仍有较大差距，尤其表现在舞动试验研究技术上，尚缺乏有效的防舞效果考核手段。尽管电力建设研究所建立了试验线段，但测试手段还未配套。在风洞试验方面，只进行过少量的静态试验，还未用来进行舞动机理研究。此外，现场舞动监测也未得到广泛的开展，缺乏大量可靠的第一手舞动资料。随着我国电网建设的发展，近年来我国架空输电线路舞动事故发生的频率和强度明显增加，舞动已成为我国威胁线路安全的最主要因素之一。为了减少输电线路覆冰事故的发生，有效保障电力系统安全运行，在加强探索输电线路覆冰机理、有效的防冰除冰方法的同时，还应加强研究大电网覆冰在线监测、预警和诊断方法的研究。目前图像压缩技术、电源技术的高速发展，特别是电信部门3G系统的投入，大大降低了图像处理及传输的成本，使得输电线路在线监测系统进一步的发展成为可能。国外在20世纪90年代针对输电线路在线监测技术开展了研究，如澳大利亚开发的绝缘子泄露电流在线监测系统，日本曾在输电线路铁塔安装多部摄像机，分别监视不同对象，同时测量环境的温度、湿度、降雨量等，然后将图像及数据通过光纤传输到监控中心，对线路管理起了巨大的促进作用，但架设光纤成本太高，未能普及开来。国内清华大学、西安交通大学等陆续开展了输电线路在线监测技术研究，但由于前期产品稳定性差未能大规模应用。2005年一些公司开发了输电线路覆冰、导线舞动、线路防盗、图像监控等在线监测技术，取得了良好的应用效果。目前输电线路舞动在线监测系统主要采用基于加速度传感器技术、光纤传感器技术和图像处理技术这三种方法。其中基于加速度传感器的舞动在线监测系统，主要是通过安装在导线上的加速度传感器测量线路的加速度值，该方法能够实现对线路舞动进行定量分析，是近年来的舞动研究热点。当然，由于目前舞动模型和机理不完善，舞动的判据的建立也难以做到非常准确。光纤传感器技术则是则是通过光纤传感器测量舞动的位移，从而确定舞动的状态，光纤传感器具有抗电磁干扰能力、较高的灵敏度和非线性误差小等特点，但是到目前为止，光纤传感器在应用于输电线路舞动在线监测系统还存在测量受温度干扰、传感器布置困难和信号传输较复杂等问题，有待进一步改进，暂时不适合大规模应用。采用图像处理技术的舞动在线监测系统，主要是通过对现场进行实时或定时的获取线路舞动的图像信息，并使用无线网络将图像信息传送到上位机控制中心，控制中心对线路舞动图像信息进行分析、处理，得出预警级别。系统通过分析图片来确定线路舞动状态，该方法是典型的非接触式在线监测，对线路的运行没有影响，安装也相对容易。但是现有的仅对导线舞动的二维图像进行分析的研究方案，得到的实测结果有限，不足以完整地反映导线舞动的状态特征，更无法实现对未来导线舞动情况的预测分析。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法，包括以下步骤：（1）采集原始图像：利用安装在杆塔上的视频摄像头采集输电导线未发生舞动之前的原始图像；利用监控终端采集到当时的微气象数据；并通过传输通道将上述数据传送回监控中心存储，作为原始比对数据；（2）在监控终端对原始图像进行包括平滑、灰度化、二维图像分割、轮廓提取、轮廓跟踪的图像处理，并对处理后分析得到的输电导线上的特征目标点进行自动识别，分别获得目标点的位置坐标；（3）利用杆塔上安装的视频摄像头采集输电导线的数字视频数据，将其转化为连续的二维帧图像，在监控终端对这些图像进行与原始图像同样的图像预处理，实现对舞动导线上的特征目标点的自动识别；（4）对预处理后的图像进行分析，获得输电导线目标点的位置坐标，同时计算导线覆冰的厚度，对所有数据均打上时间戳；（5）利用输电导线上特征目标点处安装的电子应变片测得该点处的实时扭转角数据，利用监控终端采集到实时微气象数据，所有数据打上时间戳；（6）将带有时间戳的特征目标点的位置坐标、扭转角数据、微气象数据和导线覆冰厚度通过传输通道传送回监控中心，并存储起来；（7）对存储的特征目标点的位置坐标进行扫描，获得特征目标点的垂直位置，找出垂直位置的最大值和最小值，根据这两个值之差运用比例法计算出输电导线舞动的实际振幅；（8）根据连续图像文件目标点的垂直坐标，统计相邻极大值或极小值间连续图片的张数，再根据相邻两张图片的时间间隔，确定导线舞动的周期，计算得到导线的舞动频率；（9）将带有时间戳的特征目标点的位置与原始特征点的位置进行一一比较，并利用比例法分别计算导线舞动时每个特征目标点在水平方向和垂直方向的实际位移，将其一一记录；（10）根据覆冰厚度计算数据，结合微气象数据对覆冰厚度进行预测分析，得到预测数据，打上时间戳，并存储起来；（11）根据上述步骤中获得的数据，对输电导线舞动三自由度数字仿真模型中的参数进行拟合与修订，得到新的数值仿真模型；（12）根据气象预报，结合在线监测系统采集数据，采用修订后的模型和参数，对输电导线未来的舞动情况进行仿真预测分析。按上述方案，步骤（11）中利用视频分析后计算得到的实测数据对输电导线舞动三自由度数值仿真模型中的参数进行修正和拟合，包括以下步骤：（11.1）根据计算得到的导线覆冰厚度数据，计算单位长度覆冰质量；（11.2）根据步骤（1）至步骤（10）中获得的数据，计算下列覆冰输电导线的三自由度数值仿真模型，计算得到，，；，式中，，，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采集原始图像：利用安装在杆塔上的视频摄像头采集输电导线未发生舞动之前的原始图像；利用监控终端采集到当时的微气象数据；并通过传输通道将上述数据传送回监控中心存储，作为原始比对数据；（2）在监控终端对原始图像进行包括平滑、灰度化、二维图像分割、轮廓提取、轮廓跟踪的图像处理，并对处理后分析得到的输电导线上的特征目标点进行自动识别，分别获得目标点的位置坐标；（3）利用杆塔上安装的视频摄像头采集输电导线的数字视频数据，将其转化为连续的二维帧图像，在监控终端对这些图像进行与原始图像同样的图像预处理，实现对舞动导线上的特征目标点的自动识别； （4）对预处理后的图像进行分析，获得输电导线目标点的位置坐标，同时计算导线覆冰的厚度，对所有数据均打上时间戳；（5）利用输电导线上特征目标点处安装的电子应变片测得该点处的实时扭转角数据，利用监控终端采集到实时微气象数据，所有数据打上时间戳；（6）将带有时间戳的特征目标点的位置坐标、扭转角数据、微气象数据和导线覆冰厚度通过传输通道传送回监控中心，并存储起来；（7）对存储的特征目标点的位置坐标进行扫描，获得特征目标点的垂直位置，找出垂直位置的最大值和最小值，根据这两个值之差运用比例法计算出输电导线舞动的实际振幅；（8）根据连续图像文件目标点的垂直坐标，统计相邻极大值或极小值间连续图片的张数，再根据相邻两张图片的时间间隔，确定导线舞动的周期，计算得到导线的舞动频率；（9）将带有时间戳的特征目标点的位置与原始特征点的位置进行一一比较，并利用比例法分别计算导线舞动时每个特征目标点在水平方向和垂直方向的实际位移，将其一一记录；（10）根据覆冰厚度计算数据，结合微气象数据对覆冰厚度进行预测分析，得到预测数据，打上时间戳，并存储起来；（11）根据上述步骤中获得的数据，对输电导线舞动三自由度数字仿真模型中的参数进行拟合与修订，得到新的数值仿真模型； （12）根据气象预报，结合在线监测系统采集数据，采用修订后的模型和参数，对输电导线未来的舞动情况进行仿真预测分析。...

【技术特征摘要】
1.一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集原始图像：利用安装在杆塔上的视频摄像头采集输电导线未发生舞动之前的原始图像；利用监控终端采集到当时的微气象数据；并通过传输通道将上述数据传送回监控中心存储，作为原始比对数据；(2)在监控终端对原始图像进行包括平滑、灰度化、二维图像分割、轮廓提取、轮廓跟踪的图像处理，并对处理后分析得到的输电导线上的特征目标点进行自动识别，分别获得目标点的位置坐标；(3)利用杆塔上安装的视频摄像头采集输电导线的数字视频数据，将其转化为连续的二维帧图像，在监控终端对这些图像进行与原始图像同样的图像预处理，实现对舞动导线上的特征目标点的自动识别；(4)对预处理后的图像进行分析，获得输电导线目标点的位置坐标，同时计算导线覆冰的厚度，对所有数据均打上时间戳；(5)利用输电导线上特征目标点处安装的电子应变片测得该点处的实时扭转角数据，利用监控终端采集到实时微气象数据，所有数据打上时间戳；(6)将带有时间戳的特征目标点的位置坐标、扭转角数据、微气象数据和导线覆冰厚度通过传输通道传送回监控中心，并存储起来；(7)对存储的特征目标点的位置坐标进行扫描，获得特征目标点的垂直位置，找出垂直位置的最大值和最小值，根据这两个值之差运用比例法计算出输电导线舞动的实际振幅；(8)根据连续图像文件目标点的垂直坐标，统计相邻极大值或极小值间连续图片的张数，再根据相邻两张图片的时间间隔，确定导线舞动的周期，计算得到导线的舞动频率；(9)将带有时间戳的特征目标点的位置与原始特征点的位置进行一一比较，并利用比例法分别计算导线舞动时每个特征目标点在水平方向和垂直方向的实际位移，将其一一记录；(10)根据覆冰厚度计算数据，结合微气象数据对覆冰厚度进行预测分析，得到预测数据，打上时间戳，并存储起来；(11)根据上述步骤中获得的数据，对输电导线舞动三自由度数值仿真模型中的参数进行拟合与修订，得到新的数值仿真模型；(12)根据气象预报，结合在线监测系统采集数据，采用修订后的模型和参数，对输电导线未来的舞动情况进行仿真预测分析；步骤(11)中利用视频分析后计算得到的实测数据对输电导线舞动三自由度数值仿真模型中的参数进行修正和拟合，包括以下步骤：(11.1)根据计算得到的导线覆冰厚度数据，计算单位长度覆冰质量m；(11.2)根据步骤(1)至步骤(10)中获得的数据，计算下列覆冰输电导线的三自由度数值仿真模型，计算得到

【专利技术属性】
技术研发人员：游文霞，谢学平，任乔林，杨帆，马玉新，周云海，胡翔勇，粟世玮，
申请(专利权)人：国家电网公司，湖北省电力公司孝感供电公司，三峡大学，
类型：发明
国别省市：北京;11