基于椭圆特征拟合的悬垂绝缘子串风偏监测方法.pdf

(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CN106595593A(43)申请公布日2017.04.26(21)申请号201610991141.3(22)申请日2016.11.10(71)申请人西安工程大学地址710048陕西省西安市金花南路19号(72)发明人黄新波张慧莹张烨邢晓强刘新慧杨璐雅(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214代理人杨璐(51)Int.Cl.G01C11/00(2006.01)G01C11/04(2006.01)G01C1/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于椭圆特征拟合的悬垂绝缘子串风偏监测方法(57)摘要本发明公开的基于椭圆特征拟合的悬垂绝缘子串风偏监测方法，通过安装在杆塔上的摄像机采集风偏绝缘子串图像，并通过图像预处理、图像分割、边缘检测算法提取绝缘子串边缘轮廓，然后通过设定椭圆拟合控制条件，获得最优椭圆，并求解椭圆几何参数。最后根据输电线路绝缘子风偏实际情况分析，建立绝缘子风偏计算模型，利用线性拟合得到绝缘子串空间方程，计算得到绝缘子串风偏角。本发明基于椭圆特征拟合的悬垂绝缘子串风偏监测方法，其原理简单易行，能实时且更智能化监测绝缘子串风偏情况，为输电线路安全运行提供了一种新思路。CN106595593ACN106595593A权利要求书1/2页1.基于椭圆特征拟合的悬垂绝缘子串风偏监测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、先通过安装在杆塔上的摄像机采集输电线路风偏绝缘子的图像信号，再将采集到的图像信号经过无线通讯方式实时传送至监控中心，然后从监控中心获取所检测的现场数字图像，从而得到监测目标图像；步骤2、对步骤1中得到的输电线路风偏绝缘子监测目标图像依次进行图像灰度化、图像增强及图像滤波处理，去除干扰噪声，增强图像对比度，以突出目标物；步骤3、对经步骤2处理后的图像进行图像分割处理，然后利用canny算法进行边缘检测，获取风偏绝缘子的边缘轮廓；步骤4、提取步骤3中连续的绝缘子边缘点，先通过第一次筛选，将符合条件的边缘进行椭圆拟合，再进行第二次筛选，获取最优椭圆，通过求解椭圆特征参数，计算出椭圆几何中心点坐标o(x0,y0)和长轴转角θ；步骤5、利用步骤4中的椭圆拟合方法，根据求解的椭圆几何参数关系将椭圆叠加到原图上，从而准确定位绝缘子位置；步骤6、根据输电线路绝缘子风偏实际情况分析，建立绝缘子风偏计算模型；步骤7、根据步骤5及步骤6线性拟合中心点坐标得到绝缘子串空间方程，经计算后得到绝缘子串风偏角；步骤8、根据现行绝缘子串偏摆设计规范能得到绝缘子最大风偏角φm，通过实时监测绝缘子风偏角，与之对比：若φ＞φm，则及时报警；反之继续处理下一张绝缘子图像进行监测。2.根据权利要求1所述的基于椭圆特征拟合的悬垂绝缘子串风偏监测方法，其特征在于，所述步骤4中最优椭圆拟合求解中心点坐标点和长轴转角，具体按照以下步骤获得：步骤a、对步骤3中检测的绝缘子边缘，搜索提取连续边缘点作为待拟合边缘点集；步骤b、判断经步骤a得到的待拟合边缘点集是否满足边界控制条件：若满足边界控制条件，则进行下一步进行，即步骤c；否则返回步骤b；其中根据绝缘子串特征，绝缘子片基本上大小相同，设定椭圆周长为边界控制条件，其中，椭圆最大周长Lmax，椭圆最小周长Lmin，将符合条件的连续边缘点集进行椭圆拟合；步骤c、对经步骤b拟合的所有椭圆，设定拟合度作为再一次拟合最优椭圆的控制条件，进行删选；其中，拟合度根据最小二乘法原理，定义为拟合的椭圆边界点与实际边界点的距离平方和最小作为最优拟合；满足条件的椭圆则继续进行下一步骤，即步骤d；否则返回步骤b；步骤d、求解椭圆几何特征参数，以获得椭圆中心点坐标o(x0,y0)和长轴转角θ；其中，椭圆曲线的代数表达式为：Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0(1)；式中，二维平面内五个几何特征参数能够唯一确定椭圆，包括椭圆中心坐标o(x0,y0)，2CN106595593A权利要求书2/2页长半轴a，短半轴b，长轴转角θ(-π/2，π/2)；通过拟合椭圆能求得方程系数(A、B、C、D、E、F)，从而反向计算出中心坐标o(x0,y0)和长轴转角θ，具体按照以下算法实施：3.根据权利要求1所述的基于椭圆特征拟合的悬垂绝缘子串风偏监测方法，其特征在于，所述步骤6中的绝缘子串风偏模型按照以下方法建立：在输电线路上悬垂绝缘子串，采用的方式为：将绝缘子串的上端通过钢脚、挂环铰在横担上，绝缘子串的下端通过线夹与导线连接固定；绝缘子风偏角主要是横担与杆塔平面内的偏角，将绝缘子串悬挂点设为固定铰点，使绝缘子串在二维平面内绕铰摆动；通过采集现场风偏绝缘子图像，忽略现场情况下风速及风向这些外在环境参数的影响，将绝缘子串简化为刚体模型。