本發(fā)明提出了一種輸電線路弧垂智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，屬于智能電網領域。

背景技術：

輸電線路弧垂作為輸電線路設計與運行的主要指標，關系到輸電線路的正常運行，弧垂過大不僅會使線路運行出現安全隱患，還會降低線路的輸電能力，因此需要對弧垂進行實時準確的監(jiān)測，以確保線路運行的安全。

目前在電力系統(tǒng)中，受測量方法的限制，常使用人工測量和在輸電線路上設置傳感器的方式對輸電線路弧垂異常來進行檢測。但由于輸電線路所處地理環(huán)境復雜，終年暴露于野外，人工測量和在輸電線路上設置傳感器的方式成本高，智能化程度低，受天氣影響嚴重，無法滿足智能電網發(fā)展和管理的需求。

溫度變化對輸電線路的弧垂影響很大，溫度升高時導線膨脹，弧垂變大，導線的對地距離變小，當導線的對地距離小于安全距離時，輸電線路運行出現安全隱患，因此輸電線路運行環(huán)境歷史溫度變化對輸電線路弧垂測量非常重要。但是在現行輸電線路弧垂檢測中，缺乏溫度因素對弧垂檢測影響的評判，無法滿足電網對輸電線路弧垂測量以及預警和報警的需求。

近年來，也有采用視頻和圖像的方式對輸電線路弧垂進行監(jiān)測的技術，中國專利“一種基于圖像處理的輸電線路導線弧垂的測量方法”（申請?zhí)枺?01110166098.4）僅提出對采集到的輸電線路圖像信息進行處理，經計算得到弧垂，沒有進行拍攝角度矯正、標尺的標定、以及預警和報警的判斷等；尤其是缺少根據水平和垂直方向信息對采集的視頻或圖像信息進行有效矯正的過程，會使采集視頻或圖像時的角度誤差影響難以消除，降低弧垂監(jiān)測的準確性。

綜上所述，現有主要的輸電線路弧垂檢測方式成本高、安裝維護不便、耗時費力、智能化程度低，視頻圖像方法不對視頻或圖像信息進行矯正，精度低，同時未考慮環(huán)境因素和載流量的影響，存在諸多缺陷，無法滿足現代智能電網技術發(fā)展的要求。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提出了輸電線路弧垂智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，降低了輸電線路弧垂監(jiān)測的成本和勞動強度，具有結構簡單、安裝維護方便等優(yōu)點，測量時進行了視頻圖像矯正，有效提高了精度，并在考慮環(huán)境溫度和載流量的前提下對弧垂進行監(jiān)測評估，大大提高了預警和報警的準確性。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

所述的輸電線路弧垂智能圖像在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括視頻圖像采集模塊（1）、水平垂直方向測量傳感器（2）、數據分析處理模塊（3）。視頻圖像采集模塊（1）采集輸電線路視頻或圖像信息，送往數據分析處理模塊（3），數據分析處理模塊（3）進行視頻圖像的分析處理，消除環(huán)境因素影響，提取并形成輸電線路的幾何信息，并確定連接兩側桿塔的端點數據。數據分析處理模塊（3）提取并形成的輸電線路的幾何信息包括輸電線路輸電線輪廓，以及兩側桿塔外輪廓，用于后續(xù)輸電線路端點坐標以及弧垂大小計算。

水平垂直方向測量傳感器（2）采集水平或垂直信息，送往數據分析處理模塊（3），數據分析處理模塊（3）計算出垂直方向和水平方向，與提取出的輸電線路的信息進行合并，修正上述提取出的輸電線路的幾何信息和連接兩側桿塔的端點數據，據此在圖像中尋找到輸電線路真正的最低點，并計算出輸電線路的最低點弧垂大小。

計算輸電線路弧垂大小時，系統(tǒng)采用輸電線路兩端桿塔之間的實際檔距作為標尺，并根據輸電線路與桿塔檔距在圖像中的比例關系，計算輸電線路弧垂的實際尺寸。檔距可以通過實地測量或者由線路參數直接獲得，并且檔距在圖像或視頻信息中易于測量，作為標尺可以提高弧垂實際尺寸的測量精度。

為了對輸電線路的弧垂情況進行實時監(jiān)測和評估，所述的系統(tǒng)還包括環(huán)境溫度測量模塊（4），采集環(huán)境溫度信息，送往數據分析處理模塊（3），數據分析處理模塊（3）利用環(huán)境溫度和輸電線路本身參數，計算出該環(huán)境溫度下的正常弧垂大小，并與上述通過視頻圖像計算出的弧垂大小進行比較，得到弧垂差，當該弧垂差超過設定限值，或者一段時間段的弧垂差呈現逐漸增大或突然增大趨勢時，進行預警和報警。

所述的設定限值大小可以根據現場能夠提供的條件采用2種不同的方式確定，而且不論采用哪種方式計算，由于引入了環(huán)境溫度變量，該設定值大小都是實時變化的，從而使得弧垂的預警和報警能夠更好適應現場條件變化。

方式1：根據計算出該線路在載流量為0和額定值時，在當前環(huán)境溫度下線路發(fā)熱導致的弧垂波動范圍來確定的。

方式2：根據當前輸電線路的實際載流量，計算出在該載流量和當前環(huán)境溫度下線路發(fā)熱導致的弧垂來確定的。系統(tǒng)通過增加傳感器來測量當前輸電線路的實際載流量，或者直接從電網實時運行數據中獲取，得到的輸電線路的實際載流量要有一定的裕度系數，以防止輸電線路運行波動造成的錯誤報警。

水平垂直方向測量傳感器（2）采用重力加速度傳感器、陀螺儀或水平儀，實時測量輸電線路垂直方向或水平方向信息。當水平垂直方向測量傳感器（2）采集的是水平信息時，可以在圖像中計算出垂直信息，當水平垂直方向測量傳感器（2）采集的是垂直信息時，可以在圖像中計算出水平信息。

所述系統(tǒng)可以設計為便攜式結構（7），由運行人員隨身攜帶，現場采集輸電線路弧垂信息，將弧垂數據和預警報警信息發(fā)送給中心服務器（6）。由于系統(tǒng)可以對采集的圖像或視頻信息進行角度矯正，設計為便攜式結構不會受現場采集時拍攝角度的影響，具有很高的準確性和穩(wěn)定性，并且擴大了系統(tǒng)的適用范圍。便攜式結構可以設計為專用的便攜式手持機，甚至是帶有重力加速度傳感器的智能手機，以方便運行人員隨身攜帶。

系統(tǒng)設計為固定式結構（8），在現場長期固定安裝，包括通訊模塊（5），將弧垂數據和預警報警信息發(fā)送給運行人員或中心服務器（6）。有些輸電線路所處地形復雜，人員不易到達，采用固定式結構安裝，可以降低運行人員巡檢的風險和成本，擴大系統(tǒng)的適用范圍。

與現有技術相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

采用智能視頻圖像識別技術結合水平垂直方向測量傳感器進行視頻圖像矯正，實現了輸電線路弧垂實時在線監(jiān)測，同時降低了拍攝角度對輸電線路弧垂監(jiān)測計算精度的影響，具有智能化程度高、操作簡單、成本低廉、安裝維護方便等優(yōu)點。

結合輸電線路弧垂數據、環(huán)境溫度數據、線路載流量和線路參數，評判環(huán)境溫度對輸電線路弧垂變化的影響，同時消除環(huán)境溫度對監(jiān)測結果的影響，實現了輸電線路弧垂的在線評估和預警，且大大提高了輸電線路弧垂預警和報警的準確性。

本系統(tǒng)可以采用固定式結構，在現場長期固定安裝，也可以設計為便攜式結構，由運行人員隨身攜帶；智能化程度高、實時性強、操作簡單、成本低廉、安裝維護方便，降低運行人員巡檢的風險、擴大了系統(tǒng)的適用范圍，具有很高的準確性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1：系統(tǒng)結構示意圖。

圖2：固定式結構示意圖。

圖3：便攜式結構示意圖。

圖中：1—視頻圖像采集模塊、2—水平垂直方向測量傳感器、3—數據分析處理模塊、4—環(huán)境溫度測量模塊、5—通訊模塊、6—中心服務器、7—便攜式結構、8—固定式結構。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明：

如圖1和圖2，系統(tǒng)包括視頻圖像采集模塊（1）、水平垂直方向測量傳感器（2）、數據分析處理模塊（3），視頻圖像采集模塊（1）采集輸電線路視頻或圖像信息，送往數據分析處理模塊（3），數據分析處理模塊（3）進行視頻圖像的分析處理，消除環(huán)境因素影響，提取并形成輸電線路的幾何信息，并確定連接兩側桿塔的端點數據；視頻圖像采集模塊（1）可以采用數碼攝像機或者照相機，采集輸電線路的視頻或圖像信息；數據分析處理模塊（3）提取并形成的輸電線路的幾何信息包括輸電線路輸電線輪廓，以及兩側桿塔外輪廓，用于后續(xù)輸電線路端點坐標以及弧垂大小計算。

水平垂直方向測量傳感器（2）采集水平或垂直信息，送往數據分析處理模塊（3），數據分析處理模塊（3）計算出垂直方向和水平方向，與提取出的輸電線路的信息進行合并，修正上述提取出的輸電線路的幾何信息和連接兩側桿塔的端點數據，據此計算出輸電線路的最低點弧垂大小。計算輸電線路弧垂大小時，系統(tǒng)采用輸電線路兩端桿塔之間的實際檔距作為標尺，可通過現場測量或從系統(tǒng)參數中獲取，實現簡便；并根據輸電線路與桿塔檔距在圖像中的比例關系，計算輸電線路弧垂的實際尺寸。

如圖1，系統(tǒng)還包括環(huán)境溫度測量模塊（4），環(huán)境溫度測量模塊（4）采集環(huán)境溫度信息，送往數據分析處理模塊（3），數據分析處理模塊（3）利用環(huán)境溫度和輸電線路本身參數，計算出該環(huán)境溫度下的正?；〈勾笮。⑴c上述通過視頻圖像計算出的弧垂大小進行比較，得到弧垂差，當該弧垂差超過設定限值，或者一段時間段的弧垂差呈現逐漸增大或突然增大趨勢時，進行預警和報警。具體為預警還是報警，可由工作人員根據需要確定，且通過設定不同的限值實現。

設定限值大小可以根據現場能夠提供的條件采用2種不同的方式確定，一是根據計算出該線路在載流量為0和額定值時，在當前環(huán)境溫度下線路發(fā)熱導致的弧垂波動范圍來確定的；二是根據當前輸電線路的實際載流量，計算出在該載流量和當前環(huán)境溫度下線路發(fā)熱導致的弧垂來確定的，系統(tǒng)通過增加傳感器來測量當前輸電線路的實際載流量，或者通過通訊模塊（5）直接從電網實時運行數據中獲取，得到的輸電線路的實際載流量要有一定的裕度系數，以防止輸電線路運行波動造成的錯誤報警。

如圖2，系統(tǒng)可以設計為固定式結構（8），在現場長期固定安裝，包括通訊模塊（5），將弧垂數據和報警信息發(fā)送給運行人員或中心服務器（6）。有些輸電線路所處地形復雜，人員不易到達，采用固定式結構安裝，可以降低運行人員巡檢的風險和成本，擴大系統(tǒng)的適用范圍。

如圖3，系統(tǒng)還可以設計為便攜式結構（7），由運行人員隨身攜帶，現場采集輸電線路弧垂信息，將弧垂數據和報警信息發(fā)送給中心服務器（6），由于系統(tǒng)可以對采集的圖像或視頻信息進行角度矯正，設計為便攜式結構（7）不會受現場采集時拍攝角度的影響，具有很高的穩(wěn)定性，并且擴大了系統(tǒng)的適用范圍。便攜式結構（7）可以設計為專用的便攜式手持機，甚至是帶有重力加速度傳感器的智能手機，以方便運行人員隨身攜帶。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施實例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。