本發(fā)明涉及對輸電桿塔特別是高壓輸電桿塔的監(jiān)控技術(shù)，具體涉及一種基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著國家電力建設(shè)的迅速發(fā)展和用電需求的擴張，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，在復(fù)雜地形條件下的電網(wǎng)建設(shè)和設(shè)備維護工作也越來越多。作為電力輸送紐帶的桿塔具有分散性大、地處偏遠(yuǎn)、難以巡視及維護困難等特點。輸電桿塔的狀況直接關(guān)系到電力部門的供電安全，因此對輸電桿塔本體及周邊環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測成為一項迫切工作。

桿塔監(jiān)測系統(tǒng)是對架空輸電線路桿塔傾斜度、地基沉降、周圍環(huán)境及絕緣子、防震錘、螺栓等桿塔設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測的一種監(jiān)控系統(tǒng)。目前桿塔監(jiān)測除人工監(jiān)測法外，還出現(xiàn)了許多基于視頻的桿塔狀態(tài)監(jiān)測方法。人工監(jiān)測法受天氣、桿塔距離等影響，存在監(jiān)控效率低，監(jiān)控不全面的缺陷；基于視頻的監(jiān)測方法采用單一視點對桿塔進(jìn)行成像，通過通信鏈路將采集圖像傳輸回監(jiān)控中心，再利用圖像處理方法獲取桿塔相關(guān)狀態(tài)，監(jiān)測結(jié)果受通信信號穩(wěn)定程度及傳輸距離影響，實時性差。且用單一視點進(jìn)行桿塔多設(shè)備監(jiān)測不具有針對性，監(jiān)測結(jié)果與背景復(fù)雜度有關(guān)，各設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果相互干擾，狀態(tài)監(jiān)測準(zhǔn)確性低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)技術(shù)中人工監(jiān)測存在的監(jiān)控效率低、不全面的問題及采用單視點視頻監(jiān)測存在的實時性差、準(zhǔn)確性低、監(jiān)控結(jié)果不具有針對性的問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的方案是：

基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：

供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心；

所述供電系統(tǒng)為整個監(jiān)測系統(tǒng)提供電力支持；

所述數(shù)據(jù)采集單元包括分布于桿塔上的多個圖像采集傳感器，每個圖像采集傳感器固定監(jiān)測桿塔上的一個興趣點，并將采集的圖像傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括與圖像采集傳感器一一對應(yīng)連接的視覺處理芯片VPU，每個VPU用于對該興趣點的采集圖像進(jìn)行處理并輸出狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；

所述通信網(wǎng)絡(luò)采用北斗衛(wèi)星通信方式實現(xiàn)桿塔、基站、監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信；

所述監(jiān)控中心負(fù)責(zé)接收桿塔狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、桿塔狀態(tài)預(yù)測以及決策。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述圖像采集傳感器包括至少一個相機，所述相機為單目相機或雙目相機。相機的個數(shù)和類型根據(jù)監(jiān)測的興趣點的特點進(jìn)行選擇，針對不同的興趣點有不同的選擇方式，從而實現(xiàn)更加靈活、有針對性的監(jiān)控。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述通信網(wǎng)絡(luò)包括設(shè)置在桿塔、變電站和監(jiān)控中心的北斗短報文模塊。

本發(fā)明采用北斗衛(wèi)星通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和通信，與常規(guī)的光纖通信、無線通信及ZigBee組網(wǎng)等通信方式相比，具有不受監(jiān)測地形、傳輸距離、網(wǎng)絡(luò)信號等影響的優(yōu)勢。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述供電系統(tǒng)采用風(fēng)力發(fā)電或太陽能發(fā)電方式為數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及桿塔上的通信模塊提供電力支持。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述興趣點包括：桿塔本體、塔基、螺栓、絕緣子和桿塔四周。

本發(fā)明中采用上述組合形式的狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果表示方法能夠使得監(jiān)控中心快速、準(zhǔn)確地獲知興趣點具體狀態(tài)情況，除了上述組合方式外，本發(fā)明中的狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果還可以根據(jù)具體需求定制，更加人性化。

此外，本發(fā)明的另一目的還在于提出一種基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法，其應(yīng)用于上述監(jiān)測系統(tǒng)，包括以下步驟：

A、對桿塔的各興趣點的圖像信息進(jìn)行采集和處理后輸出狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；

B、根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果判斷興趣點狀態(tài)是否存在異常，若不存在異常，則僅將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果上傳給監(jiān)控中心，所存在異常，則將所述狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心；

C、監(jiān)控中心接收狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果，或者接收狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果和問題畫面，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、對桿塔狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測及決策。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，在步驟A之前還包括步驟：

A0、劃分興趣點并進(jìn)行編號，并對各興趣點可能出現(xiàn)的狀態(tài)關(guān)聯(lián)對應(yīng)狀態(tài)代碼。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟B中，將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果上傳給監(jiān)控中心，或者將所述狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心的方法是：

桿塔直接將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果或者將監(jiān)測結(jié)果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心；

或者，桿塔通過變電站將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果或者將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述桿塔通過變電站將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果或者將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心的方法為：

桿塔將變電站的ID號和通訊內(nèi)容申請信號加密后以報文形式通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)入地面中心站；

地面中心站接收到報文后，經(jīng)過解密和再加密后加入持續(xù)廣播的出站廣播電文中，經(jīng)衛(wèi)星廣播給變電站；

變電站接收廣播的出站廣播電文，并經(jīng)過解調(diào)解密后，識別監(jiān)控中心地址，然后將通訊內(nèi)容傳送給監(jiān)控中心。

作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果包括興趣點編號、狀態(tài)標(biāo)識、狀態(tài)代碼；其中興趣點編號用于區(qū)分不同興趣點，狀態(tài)標(biāo)識用Yes或No對應(yīng)表示該興趣點狀態(tài)正常或異常，狀態(tài)代碼采用十進(jìn)制數(shù)字或二進(jìn)制數(shù)字或英文字母表示興趣點具體的狀態(tài)分類。

本發(fā)明的有益效果是：

1.采用多節(jié)點實現(xiàn)桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測，每個節(jié)點固定觀測某個興趣點，監(jiān)控更加全面；

2.針對不同監(jiān)測對象，桿塔全系統(tǒng)中每個節(jié)點或采用單目或采用雙目相機有針對地監(jiān)測桿塔狀態(tài)，可進(jìn)一步提高監(jiān)測準(zhǔn)確性；

3.采用北斗衛(wèi)星通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和通信，與常規(guī)的光纖通信、無線通信及ZigBee組網(wǎng)等通信方式相比，具有不受監(jiān)測地形、傳輸距離、網(wǎng)絡(luò)信號等影響的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測原理圖；

圖3為桿塔‐變電站通信鏈路示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明旨在提出一種基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)技術(shù)中人工監(jiān)測存在的監(jiān)控效率低、不全面的問題及采用單視點視頻監(jiān)測存在的實時性差、準(zhǔn)確性低、監(jiān)控結(jié)果不具有針對性的問題。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施案例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明中基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心；

所述供電系統(tǒng)為整個監(jiān)測系統(tǒng)提供電力支持；

所述數(shù)據(jù)采集單元包括分布于桿塔上的多個圖像采集傳感器，每個圖像采集傳感器固定監(jiān)測桿塔上的一個興趣點，并將采集的圖像傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括與圖像采集傳感器一一對應(yīng)連接的視覺處理芯片VPU，每個VPU用于對該興趣點的采集圖像進(jìn)行處理并輸出狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；

所述通信網(wǎng)絡(luò)采用北斗衛(wèi)星通信方式實現(xiàn)桿塔、基站、監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信；

所述監(jiān)控中心負(fù)責(zé)接收桿塔狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、桿塔狀態(tài)預(yù)測以及決策。

在具體實現(xiàn)上，本發(fā)明采用多節(jié)點監(jiān)測方式，節(jié)點與興趣點相對應(yīng)，每一個節(jié)點能夠固定監(jiān)測一個興趣點，而每一個節(jié)點都包括一個圖像采集傳感器單元和與其對應(yīng)連接的專業(yè)視覺處理芯片VPU(視頻處理單元),其中圖像采集傳感器單元可采用一個相機，也可以采用多個相機以提高圖像采集準(zhǔn)確度，在具體選擇時，可以根據(jù)監(jiān)測的興趣點的特點進(jìn)行選擇。

如圖2所示，在本例中，針對絕緣子、塔桿、導(dǎo)線和其它附屬設(shè)備都設(shè)置了對應(yīng)傳感器進(jìn)行圖像采集，并針對每個傳感器也設(shè)置了對應(yīng)VPU進(jìn)行圖像處理，以便輸出監(jiān)測結(jié)果，監(jiān)測結(jié)果可以通過通信模塊上傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲及分析，以便做出相應(yīng)預(yù)測和決策。

基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明實施例基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法包括以下實現(xiàn)步驟：

1)劃分興趣點并進(jìn)行編號，并對各興趣點可能出現(xiàn)的狀態(tài)關(guān)聯(lián)對應(yīng)狀態(tài)代碼；

興趣點的選取和劃分根據(jù)實際需求，作為一種優(yōu)化選擇方式，可以將桿塔本體、塔基、螺栓、絕緣子和桿塔四周作為興趣點，以便監(jiān)控桿塔是否傾斜、塔基是否塌陷、螺栓是否松動或脫落、絕緣子是否污染、爆裂、缺失、線下是否有燒荒現(xiàn)象出現(xiàn)等；

這些狀態(tài)即為興趣點可能出現(xiàn)的狀態(tài)，為了便于數(shù)據(jù)傳輸和識別，本發(fā)明針對各個興趣點的這些狀態(tài)進(jìn)行代碼化，比如：將絕緣子設(shè)為興趣點1，編號為1，桿塔地基設(shè)為興趣點2，編號為2。

絕緣子可能出現(xiàn)的狀態(tài)有：0、正常1、污穢(a、輕度污染，b、中度污染，c、重度污染)2、爆裂3、缺失等。

桿塔可能的狀態(tài)代碼有：0、正常1、桿塔傾斜2、桿塔倒塌3等。

2)對桿塔的各興趣點的圖像信息進(jìn)行采集和處理后輸出狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；

這里的狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果包括興趣點編號、狀態(tài)標(biāo)識、狀態(tài)代碼；其中興趣點編號用于區(qū)分不同興趣點，狀態(tài)標(biāo)識用Yes或No對應(yīng)表示該興趣點狀態(tài)正?；虍惓?，狀態(tài)代碼采用十進(jìn)制數(shù)字或二進(jìn)制數(shù)字或英文字母表示興趣點具體的狀態(tài)分類；

以上述采用十進(jìn)制數(shù)字作為狀態(tài)代碼為例，針對絕緣子若檢測到狀態(tài)正常，則輸出“1Yes0“作為狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果，其中“1”為絕緣子的興趣點編號，“Yes”表示興趣點狀態(tài)正常，“0”表示其狀態(tài)代碼。若檢測到絕緣子輕度污染，則輸出“1No1a”作為狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果，同理，“1”為絕緣子的興趣點編號，“No”表示興趣點狀態(tài)異常，“1a”表示其狀態(tài)代碼，對應(yīng)輕度污染。

3)根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果判斷興趣點狀態(tài)是否存在異常，若不存在異常，則僅將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果上傳給監(jiān)控中心，所存在異常，則將所述狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心；

在本步驟中，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行判斷，具體是根據(jù)狀態(tài)標(biāo)識進(jìn)行判斷，如果不存在異常，則為了節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，直接上傳狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果即可，如果存在異常，為了進(jìn)一步對異常狀態(tài)進(jìn)行分析，除了上傳狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果以外，還要上傳問題圖像。

鑒于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)既能導(dǎo)航定位又能短報文通信以及輸電線路中桿塔地理位置偏僻、地形復(fù)雜等特點，本發(fā)明中，基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測的通信網(wǎng)絡(luò)由北斗衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)桿塔、變電站、監(jiān)控中心間的相互通信。圖3表示以桿塔—變電站的通信鏈路傳輸示例。具體步驟如下：

(1)首先，在桿塔、變電站分別安裝可以發(fā)送和接收短報文的北斗短報文模塊。

(2)桿塔將變電站的ID號和通訊內(nèi)容申請信號加密通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)入地面中心站。

(3)地面中心站接收到通訊申請信號后，經(jīng)解密和再加密后加入持續(xù)廣播的出站廣播報

文中，經(jīng)衛(wèi)星廣播給變電站。

(4)變電站接收出站信號，解調(diào)解密出站報文，完成一次通訊。

此后，變電站可以通過互聯(lián)網(wǎng)(有線或無線方式)將解密出來的數(shù)據(jù)再以數(shù)據(jù)流的形式發(fā)送給監(jiān)控中心，本發(fā)明還支持桿塔與監(jiān)控中心之間的直接通信。

4)、監(jiān)控中心接收狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果，或者接收狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果和問題畫面，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、對桿塔狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測及決策。

監(jiān)控中心包括手機、便攜電腦、巡檢車等移動終端以及固定監(jiān)測中心等，負(fù)責(zé)接收桿塔狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、桿塔狀態(tài)預(yù)測以及決策。

在本發(fā)明中，相機和VPU以及通信模塊所需的電力由供電系統(tǒng)提供，供電系統(tǒng)的供電方式可為風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電或者其他發(fā)電方式。