輸電線路覆冰厚度監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種輸電線路覆冰厚度監(jiān)測(cè)方法，通過存儲(chǔ)歷史氣象資料、覆冰情況資料以及地理環(huán)境資料，對(duì)這些資料進(jìn)行整理，建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，即在某一地理環(huán)境中，一定的氣象條件產(chǎn)生一定的覆冰情況；在獲取當(dāng)前氣象資料、地理環(huán)境資料后，將其與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的歷史氣象資料、地理環(huán)境資料、覆冰情況資料進(jìn)行對(duì)比，確定當(dāng)前情況下輸電線路是否有產(chǎn)生覆冰的可能，避免由于單純?cè)O(shè)定覆冰監(jiān)測(cè)起始時(shí)間和覆冰監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)間而導(dǎo)致極端情況下覆冰監(jiān)測(cè)的遺漏。通過對(duì)輸電線路覆冰現(xiàn)場(chǎng)圖片的分析，確定當(dāng)前覆冰的類型，以確定覆冰的密度，以便進(jìn)一步計(jì)算覆冰厚度。本發(fā)明不僅可以用于監(jiān)測(cè)覆冰厚度，還可以用于對(duì)某一時(shí)間段的覆冰厚度增長(zhǎng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。
【專利說明】輸電線路覆冰厚度監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種輸電線路覆冰厚度監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國(guó)受大氣候及微氣象條件等的影響，冰災(zāi)事故頻繁發(fā)生，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。輸電線路在一定氣象條件下，冰晶物質(zhì)在電線四周積聚，覆冰會(huì)導(dǎo)致電線和桿塔荷載增加，同時(shí)改變電線圓截面形狀，擴(kuò)大迎風(fēng)面積，極易產(chǎn)生不穩(wěn)定的弛振，造成跳頭、閃絡(luò)、扭轉(zhuǎn)、斷線及倒桿等事件，從而造成大面積停電事故。2008年的一場(chǎng)大范圍的持續(xù)低溫、雨雪冰凍天氣襲擊華中、華南和南方地區(qū)，造成電桿倒塌、供電中斷等事故，嚴(yán)重影響了電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003]目前，架空線路覆冰監(jiān)測(cè)主要有以下三種方法。一是建立覆冰觀測(cè)站，該方法需要工作人員采集覆冰樣品來實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰厚度、密度等的測(cè)量，人工測(cè)量雖然準(zhǔn)確，但自動(dòng)化程度低，測(cè)量不便，不利于大規(guī)模使用。二是對(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)公式推導(dǎo)覆冰厚度。三是通過攝像機(jī)拍攝覆冰圖像，該方法通過攝像圖采集覆冰圖像并利用無線通信將圖像信息發(fā)送到監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)上，通過圖像了解線路覆冰情況，并對(duì)災(zāi)害程度作出判斷。該方法只采集覆冰圖像，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等重要參數(shù)，覆冰災(zāi)害程度需要工作人員通過圖像判斷，缺乏科學(xué)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種結(jié)合氣象資料及圖像處理準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)覆冰厚度監(jiān)測(cè)的方法，既可以對(duì)覆冰厚度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也可以對(duì)一端時(shí)間內(nèi)覆冰厚度的增加情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0005]本發(fā)明所提供的輸電線路覆冰厚度監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0006](I)獲取輸電線路沿線的歷史氣象資料、歷史覆冰情況資料以及地理環(huán)境資料，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；所述歷史氣象資料包括氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量；所述歷史覆冰情況資料包括覆冰厚度、覆冰類型、覆冰重量以及各覆冰類型的外形特征、密度，所述覆冰類型是指附著在輸電線路上的不同冰塊，包括雨凇、混合淞、軟霧凇以及白霜，在不同氣象條件及地理環(huán)境下產(chǎn)生不同類型的覆冰；所述地理環(huán)境資料包括輸電線路沿線的海拔；將歷史氣象資料、歷史覆冰情況資料以及地理環(huán)境資料建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即處于某一海拔的輸電線路，在氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量一定情況下，產(chǎn)生的覆冰情況，所述覆冰情況指覆冰的厚度、類型、重量；
[0007](2)設(shè)定覆冰監(jiān)測(cè)起始日期和覆冰監(jiān)測(cè)結(jié)束日期，獲取當(dāng)前日期，將其與覆冰監(jiān)測(cè)起始日期及覆冰監(jiān)測(cè)結(jié)束日期進(jìn)行比較，如果當(dāng)前日期處于覆冰起始日期及覆冰結(jié)束日期之間，則啟動(dòng)輸電線路覆冰厚度監(jiān)測(cè)，執(zhí)行步驟(4)，否則進(jìn)入步驟(3);
[0008](3)獲取當(dāng)前氣象資料以及地理環(huán)境資料，所述氣象資料包括氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量，所述地理環(huán)境資料包括海拔；將當(dāng)前氣象資料以及地理環(huán)境資料與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的歷史氣象資料及地理環(huán)境資料進(jìn)行對(duì)比，確定當(dāng)前氣象及地理環(huán)境條件下，輸電線路是否有覆冰的可能，即當(dāng)前氣象及地理環(huán)境條件下，在歷史數(shù)據(jù)中是否有覆冰記錄記載；如果有覆冰記錄記載，則進(jìn)入步驟(4);否則停止監(jiān)測(cè)；
[0009](4)由數(shù)字型號(hào)處理器DSP驅(qū)動(dòng)安裝在鐵塔上的成像模塊獲取輸電線路的圖像，所述成像模塊為CCD傳感器；將獲取的圖像經(jīng)過編解碼模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過通信模塊傳輸給數(shù)字信號(hào)處理器DSP，由數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的圖像進(jìn)行灰度處理、使用中值濾波算法對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，再根據(jù)基于水平集方法的Snake模型算法對(duì)圖像進(jìn)行二維分割，提取圖像的形狀特征；
[0010](5)運(yùn)用形狀匹配算法將所提取到的圖像的形狀特征與并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的各覆冰類型的外形特征進(jìn)行比較，確定當(dāng)前輸電線路上的覆冰的覆冰類型；如果所提取圖像的形狀特征與預(yù)先獲取的各覆冰類型的外形特征都無法匹配，則當(dāng)前輸電線路無覆冰，返回步驟(4)；
[0011](6)根據(jù)覆冰類型獲取當(dāng)前輸電線路上的覆冰的密度，如果覆冰類型為雨凇，則密度0.8-0.9g/cm3,覆冰類型為混合淞，則密度為0.6-0.8g/cm3,覆冰類型為霧凇，則密度為
0.3-0.6g/cm3，覆冰類型為白霜，則密度為0.1-0.3g/cm3 ；
[0012](7)利用風(fēng)速傳感器獲取當(dāng)前的風(fēng)速，利用溫度傳感器獲取當(dāng)前的冰面溫度和環(huán)境溫度，并獲取當(dāng)前的降水率；將覆冰密度帶入覆冰厚度計(jì)算公式，計(jì)算覆冰厚度:
[0013]ti+1時(shí)刻的覆冰厚度計(jì)算公式如下:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種輸電線路覆冰厚度監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)獲取輸電線路沿線的歷史氣象資料、歷史覆冰情況資料以及地理環(huán)境資料，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；所述歷史氣象資料包括氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量；所述歷史覆冰情況資料包括覆冰厚度、覆冰類型、覆冰重量以及各覆冰類型的外形特征、密度，所述覆冰類型是指附著在輸電線路上的不同冰塊，包括雨凇、混合淞、軟霧凇以及白霜，在不同氣象條件及地理環(huán)境下產(chǎn)生不同類型的覆冰；所述地理環(huán)境資料包括輸電線路沿線的海拔；將歷史氣象資料、歷史覆冰情況資料以及地理環(huán)境資料建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即處于某一海拔的輸電線路，在氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量一定情況下，產(chǎn)生的覆冰情況，所述覆冰情況指覆冰的厚度、類型、重量； (2)設(shè)定覆冰監(jiān)測(cè)起始日期和覆冰監(jiān)測(cè)結(jié)束日期，獲取當(dāng)前日期，將其與覆冰監(jiān)測(cè)起始日期及覆冰監(jiān)測(cè)結(jié)束日期進(jìn)行比較，如果當(dāng)前日期處于覆冰起始日期及覆冰結(jié)束日期之間，則啟動(dòng)輸電線路覆冰厚度監(jiān)測(cè)，執(zhí)行步驟(4)，否則進(jìn)入步驟(3); (3)獲取當(dāng)前氣象資料以及地理環(huán)境資料，所述氣象資料包括氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量，所述地理環(huán)境資料包括海拔；將當(dāng)前氣象資料以及地理環(huán)境資料與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的歷史氣象資料及地理環(huán)境資料進(jìn)行對(duì)比，確定當(dāng)前氣象及地理環(huán)境條件下，輸電線路是否有覆冰的可能，即當(dāng)前氣象及地理環(huán)境條件下，在歷史數(shù)據(jù)中是否有覆冰記錄記載；如果有覆冰記錄記載，則進(jìn)入步驟(4);否則停止監(jiān)測(cè)； (4)由數(shù)字型號(hào)處理器DSP驅(qū)動(dòng)安裝在鐵塔上的成像模塊獲取輸電線路的圖像，所述成像模塊為CCD傳感器；將獲取的圖像經(jīng)過編解碼模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過通信模塊傳輸給數(shù)字信號(hào)處理器DSP，由數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的圖像進(jìn)行灰度處理、使用中值濾波算法對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，再根據(jù)基于水平集方法的Snake模型算法對(duì)圖像進(jìn)行二維分割，提取圖像的形狀特征； (5)運(yùn)用形狀匹配算法將所提取到`的圖像的形狀特征與預(yù)先獲取并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的各覆冰類型的外形特征進(jìn)行比較`，確定當(dāng)前輸電線路上的覆冰的覆冰類型；如果所提取圖像的形狀特征與預(yù)先獲取的各覆冰類型的外形特征都無法匹配，則當(dāng)前輸電線路無覆冰，返回步驟(4)； (6)根據(jù)覆冰類型獲取當(dāng)前輸電線路上的覆冰的密度，如果覆冰類型為雨凇，則密度0.8-0.9g/cm3,覆冰類型為混合淞，則密度為0.6-0.8g/cm3,覆冰類型為霧凇，則密度為`0.3-0.6g/cm3，覆冰類型為白霜，則密度為0.1-0.3g/cm3 ； (7)利用風(fēng)速傳感器獲取當(dāng)前的風(fēng)速，利用溫度傳感器獲取當(dāng)前的冰面溫度和環(huán)境溫度，并獲取當(dāng)前的降水率；將覆冰密度帶入覆冰厚度計(jì)算公式，計(jì)算覆冰厚度: ti+1時(shí)刻的覆冰厚度計(jì)算公式如下:
那么計(jì)算從開始產(chǎn)生覆冰時(shí)到當(dāng)前時(shí)刻T的覆冰厚度，此時(shí)，該時(shí)間段長(zhǎng)度為T，每隔時(shí)長(zhǎng)L測(cè)算一次，則共測(cè)算T/L次，由于每種覆冰類型的覆冰密度不是定值，則覆冰厚度關(guān)于變量覆冰密度P i的公式為:
【文檔編號(hào)】G01B21/08GK103453867SQ201310405543
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】馮駿, 王震宇, 趙云峰 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司東臺(tái)市供電公司