应用图像法在线监测输电线路覆冰厚度研究

论文摘要

在输变电系统中,输电线路的覆冰现象十分普遍。覆冰可以引起导线舞动、断线、倒塔及绝缘子闪络等重大事故,造成巨大的经济损失和一定的社会影响。因此,实时掌握输电线路的覆冰情况特别是覆冰厚度以便电力部门采取相应的措施避免输电线路覆冰引发重大事故成为人们目前研究的热点。针对现有输电线路覆冰厚度检测方法的不足,提出了一种新的输电线路覆冰厚度在线监测方法,即通过高压铁塔上的工业摄像机在线采集输电线路覆冰前后的图象,然后通过GPRS网络和Internet网络传送到电力系统控制中心,控制中心计算机系统对图像进行处理,提取其边界轮廓,最后通过将导线和绝缘子覆冰状态与非覆冰状态时的边界进行比较并通过一定的标定计算方法得出其当时的覆冰厚度。本文完成了在线监测系统的总体方案设计,并根据系统的特点设计了工业摄像机、GPRS图像传输模块以及监测端电源等硬件设备的方案和类型。本文通过试验及结果分析发现,将彩色图像转换成黑白图像进行处理完全满足本课题的需要,同时通过多帧相邻图像求平均值、调整灰度分布以及中值滤波等可以明显增加图像对比度、降低图像噪声干扰;应用小波变换和浮动阈值方法可以准确地提取边界较平滑的导线和绝缘子覆冰前后的边界轮廓,且依据该边界轮廓计算的导线和绝缘子左右部分的覆冰厚度的误差分别是0.1mm、0.6mm和0.4mm,均小于本文的单个像元大小(0.67mm),覆冰厚度计算精度较高;应用最优阈值和数学形态学方法能准确提取导线覆冰前后的边界轮廓,且该方法特别适用于提取导线覆冰边界起伏较大的情况,依据此边界计算的覆冰厚度能更好的接近导线的真实覆冰厚度,该方法同时解决了导线冰层透明时边界轮廓提取的难题。试验同时发现,本文提出的方法对导线的覆冰厚度计算精度要比绝缘子略高,且导线和绝缘子静止状态下的覆冰厚度计算误差一般不会超过图像单个像元的大小,因此提高输电线路图像的分辨率,降低像元的大小可以显著减小覆冰厚度的计算误差。本文根据摄像机成像公式,提出采用振动覆冰导线在距离摄像机远近不同位置时计算的覆冰厚度中间值作为振动导线的真实覆冰厚度,该方法在实验室验证条件下的误差是1.5mm,在覆冰厚度不发生明显变化的前提下尽量多采集振动覆冰导线的图像可以降低覆冰厚度的计算误差。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 输电线路覆冰研究现状
• 1.2.2 图像边缘检测方法研究现状
• 1.3 本文的研究目的和研究内容
• 2 覆冰厚度在线监测系统总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 导线和绝缘子静止状态下覆冰厚度计算方法
• 2.3 振动导线的覆冰厚度计算方法
• 2.4 监测系统硬件结构
• 2.5 监测系统硬件选取
• 2.5.1 摄像机选取
• 2.5.2 GPRS 图像传输模块选取
• 2.5.3 电源选取
• 2.6 小结
• 3 输电线路覆冰导线和绝缘子边界轮廓提取方法分析
• 3.1 引言
• 3.2 导线和绝缘子图像的预处理
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 彩色图像转黑白图像
• 3.2.3 多帧图像采集求平均
• 3.2.4 增加图像对比度
• 3.2.5 图像平滑滤波
• 3.3 小波变换与浮动阈值法相结合提取边界
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 应用小波变换检测边缘
• 3.3.3 浮动阈值法跟踪记录边界
• 3.4 最优阈值法与数学形态学相结合提取边界
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 应用最优阈值法二值化原图像
• 3.4.3 应用数学形态学方法消除琐碎区域
• 3.4.4 边界跟踪
• 3.4.5 对透明覆冰的处理
• 3.5 小结
• 4 图像法监测导线和绝缘子覆冰厚度试验验证
• 4.1 引言
• 4.2 图像法监测静止状态下导线和绝缘子覆冰厚度试验验证
• 4.2.1 图像预处理
• 4.2.2 图像边界提取
• 4.2.3 覆冰厚度测量与计算
• 4.3 振动导线覆冰厚度计算方法试验验证
• 4.4 常见导线和绝缘子图像边界轮廓提取效果
• 4.5 小结
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录